Имитационное моделирование бизнес-процессов в системах массового обслуживания

Общая характеристика работы

Актуальность темы. На сегодняшний день все больше организаций сталкиваются с необходимостью коренной перестройки, или реинжиниринга, бизнес-процессов для повышения конкурентоспособности в условиях глобализации экономики и усложнения характера хозяйственной деятельности. Очевидно, что такая перестройка требует тщательно разработанной методологической основы и применения формальных методов для ее разработки с целью уменьшения негативных последствий неверных управленческих решений.

Само понятие "Реинжиниринг бизнес-процессов" впервые было введено М. Хаммером в 1990 году в статье "Reengineering Work: Don’t automate, obliterate". В ней отмечалось, что работы, не увеличивающие добавленную стоимость, не следует пытаться автоматизировать, от них следует избавляться. Необходим пересмотр бизнес-процессов с целью максимизации полезности для потребителя при минимизации потребления ресурсов. Аналогичную идею выдвинул в том же году и Т. Дэвенпорт.

В течение нескольких последующих лет число публикаций, посвященных теме реинжиниринга бизнес-процессов, быстро увеличивалось, многие консалтинговые компании разрабатывали свои методы. Однако после появления критики в его адрес в начале 1995 г. вкупе с участившимися случаями провалов проектов по реинжинирингу бизнес-процессов, общий ажиотаж в этой области несколько спал. Стало очевидным, что радикальная перестройка процессов требует определенной методологической основы и тщательного анализа, а, следовательно, и разработки адекватных моделей и инструментов, способных предсказать последствия предлагаемых изменений.

В этот период стала бурно развиваться область моделирования бизнес-процессов с целью создания инструментов по выработке оптимальной стратегии реинжиниринга, что продолжается и по сей день.

Наиболее важным инструментом становятся различного рода компьютерные системы поддержки принятия управленческих решений. Использование методов математического, в том числе и имитационного моделирования и принятие на их основе обоснованных решений по управлению организацией является конкурентным преимуществом и позволяет снизить риск неудачи при перестройке бизнес-процессов.

Обычно исследователи в этой области фокусируются на определенных сторонах бизнес-процессов, предлагая методы и модели, специфичные для конкретной отрасли. На рынке существует и ряд универсальных инструментальных сред, которые обладают широкими возможностями, но вместе с тем характеризуются чрезмерной сложностью, достаточно высокой ценой, а также значительными затратами на внедрение.

Перспективным направлением в этой области является дискретно-событийное моделирование бизнес-процессов, учитывающее актуальные на сегодняшний день аспекты: достаточный уровень формализма, учет временных факторов, синхронизации процессов, адекватность моделей для анализа и оптимизации и пр. В. Хлупич в своих работах (1998) и (2005) определила общую концепцию дискретно-событийного моделирования бизнес-процессов, основные направления работы в этой сфере, задачи, стоящие перед исследователем и проблемы, с которыми ему приходится сталкиваться. Основным методом исследования здесь на сегодняшний день являются сети Петри, чему посвящено уже немало работ. Однако данный метод обладает некоторыми недостатками, основными из которых являются сложность структуры моделей реальных процессов, значительные их размеры и, как следствие, недостаточная наглядность и прозрачность. Кроме того, необходимость разработки подобной модели «с нуля» вынуждает исследователя производить весьма тщательный анализ существующей структуры процессов в свете именно этой методологии, что не всегда возможно по причине ограниченных временных ресурсов. Выходом из этой ситуации представляется использование уже существующих разработок и моделей и по возможности переход от уже имеющихся простых моделей к более сложным дискретно-событийным, что позволит сэкономить как время, так и финансовые ресурсы, выделяемые на реинжиниринг.

Исторически одним из первых и наиболее распространенных методов моделирования бизнес-процессов является функциональное описание средствами IDEF0. Однако этот метод обладает рядом существенных недостатков, делающих невозможными глубокий анализ и оптимизацию бизнес-процессов, поэтому на сегодняшний день стоит задача разработки и использования более мощных, но в то же время относительно простых в использовании инструментов, позволяющих исследовать бизнес-процессы организации.

Этот факт вызвал появление работ, направленных на разработку методов перехода от моделей IDEF0 к более совершенным моделям. Перспективным является переход от IDEF0 к моделям систем массового обслуживания, которые проще по структуре, чем сети Петри, более наглядны и, несмотря на сложность их аналитического исследования, относительно просто моделируются в имитационном режиме.

Вариант дискретно-событийной интерпретации диаграмм IDEF0, изначально для этого не предназначенных, предложен в статье С. Рубцова «Опыт использования стандарта IDEF0». Однако для построения модели в терминах теории систем массового обслуживания эта интерпретация плохо походит, поскольку делает модель слишком абстрактной и трудно формализуемой. Встретить примеры готовых разработок по преобразованию IDEF0-моделей процессов в модели СМО, либо по созданию универсальной методологии моделирования бизнес-процессов как систем массового обслуживания безотносительно предметной области, не удалось.

Все это определяет актуальность темы разработки методологии, которая позволила бы с наименьшими затратами получить адекватную модель бизнес-процессов и в то же время была бы простой в использовании и не требовала значительных инвестиций на этапе внедрения, а также инструментальных средств, позволяющих использовать эту модель в своих целях исследователями с различной квалификацией.

Целью работы является разработка методологии построения адекватных моделей бизнес-процессов, сформулированных в терминах теории систем массового обслуживания, на основе имеющихся описаний, выполненных в соответствии с методологией IDEF0, а также реализация ее в виде проблемно-ориентированной системы имитационного моделирования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

• 
  Разработка методики перехода от функционального описания бизнес-процессов средствами IDEF0 к дискретно-событийной модели с использованием теории систем массового обслуживания;
  
• 
  Разработка методики учета в модели управляющих воздействий и показателей качества осуществления процессов;
  
• 
  Построение модели системы основных бизнес-процессов конкретной организации на основе предложенных методов;
  
• 
  Формализация и идентификация построенной модели;
  
• 
  Построение на основе предложенных методов системы имитационного моделирования, которая упрощает процесс моделирования и улучшает качество вырабатываемых в его процессе рекомендаций;
  
• 
  Проведение вычислительных экспериментов с имитационной моделью в рамках решения конкретной задачи выработки управляющих воздействий и практических рекомендаций, направленных на увеличение производительности исследуемой системы.
  

Основным методом исследования является математическое, и, в частности, имитационное моделирование, базирующееся на использовании аппарата системного анализа, математической статистики, теории систем массового обслуживания и планирования эксперимента.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. 
   Методика перехода от функционального описания бизнес-процессов средствами IDEF0 к дискретно-событийной модели, позволяющая строить ее на основе от функционального описания бизнес-процессов безотносительно содержания последних;
   
2. 
   Методика учета в модели управляющих воздействий и показателей качества осуществления процессов;
   
3. 
   Имитационная модель основных бизнес-процессов инвестиционно-строительной организации, построенная на основе предлагаемых методов, пригодная для выработки управленческих решений;
   
4. 
   Программный комплекс, реализующий предложенные методы в виде проблемно-ориентированной системы имитационного моделирования, автоматизирующей основные операции по построению и использованию имитационной модели.
   

Положения, выносимые на защиту:

1. 
   Методика перехода от функционального описания бизнес-процессов средствами IDEF0 к дискретно-событийной модели с использованием теории систем массового обслуживания;
   
2. 
   Методика учета в модели управляющих воздействий, в рамках которой вводятся непрерывные показатели степени занятости устройств обслуживания, векторы их характеристик и бесконечное множество типов заявок на обслуживание, отличающихся друг от друга значениями компонент вектора характеристик;
   
3. 
   Учет в модели показателей качества осуществления процессов, не связанных с рассчитываемыми традиционно статистическими показателями работы системы массового обслуживания;
   
4. 
   Программный комплекс, представляющий собой систему имитационного моделирования для построения моделей по предложенным методам и их исследования;
   
5. 
   Имитационная модель системы основных бизнес-процессов инвестиционно-строительной организации, разработанная на основе предлагаемых процедур.
   

Практическая ценность диссертационной работы заключается в использовании разработанной методики для построения имитационной модели бизнес-процессов инвестиционно-строительной организации и применения предложенной системы имитационного моделирования в процессе реинжиниринга бизнес-процессов ООО «РДД» для оценки структурных изменений, а также тактических управляющих воздействий и выявления направлений совершенствования процесса функционирования организации.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы обсуждались: на V конференции «Школа – семинар молодых ученых «Управление большими системами», (Липецк, 2008); на II конференции «Школа – семинар молодых ученых «Управление большими системами», (Воронеж, 2007); на III Всероссийской молодежной конференции по проблемам управления (ВМКПУ'2008); на III Межрегиональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века – будущее Российской науки» (РГУ, 2005); на студенческой научной конференции «Неделя науки» (РГУ, 2005); на студенческой научной конференции «Неделя науки» (РГУ, 2004); на семинарах кафедры прикладной математики и программирования Южного Федерального университета в 2004-2008 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, изложенных на 155 страницах машинописного текста, а также приложения объемом 14 страниц. Библиографический список включает 107 наименований использованной отечественной и зарубежной литературы.
Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и задачи исследования, охарактеризованы используемые методы, дан краткий исторический обзор проблематики, сформулированы положения, выносимые на защиту, описана структура работы и краткое содержание ее разделов.

В первой главе рассмотрены теоретические аспекты моделирования бизнес-процессов: дается их определение, рассматриваются основные методы моделирования, а также кратко описываются основные положения стандарта IDEF0.

Первый раздел посвящен рассмотрению основных определений бизнес-процессов, целей и задач их моделирования с точки зрения управления организацией.

Рассмотрены два основных определения бизнес-процессов. Первое из них, предложенное Хаммером и Чемпи, утверждает, что «бизнес-процесс – это набор действий, имеющий один или несколько типов входов и создающий выход, имеющий ценность для заказчика». Второе было предложено Т. Дэйвенпортом в 1993 г. Согласно ему, «бизнес-процесс - это заданная последовательность действий, конечная цель которой – производство определенного выхода для конкретного заказчика или рынка». Рассматриваются еще шесть трактовок бизнес-процессов, предлагаемых различными авторами, и на их основании выделены некоторые общие для всех определений элементы, относящиеся к самому процессу (обычно описываемому как преобразование некоторого входа, набор действий, технология), его входу и его выходу (обычно относящемуся к достижению определенной цели или продукта для клиента). В дальнейшем именно такая трактовка используется в качестве основы для построения модели.

Рассмотрены следующие цели и задачи моделирования бизнес-процессов, охватываемые емким понятием «анализ процессов», который составляет основу их реинжиниринга:

1) Описание процессов для их изучения. Модель процессов должна представлять структуру и бизнес-процессы организации в унифицированном виде.

2) Поддержка принятия решений при разработке и конструировании процессов. Модель бизнес-процессов является основным источником информации для их анализа, валидации и верификации. Она также является средством фиксации вносимых изменений, прежде чем они найдут отражение в системе нормативной документации.

3) Поддержка принятия решений при осуществлении бизнес-процессов: с помощью различных моделей осуществляется выработка и анализ управленческих решений операционного и тактического характера.

4) Поддержка внедрения информационных технологий. На основании модели бизнес-процессов осуществляется разработка систем автоматизации отдельных сторон деятельности предприятия, структуры взаимодействия программного обеспечения, моделей баз данных и средств сбора и аналитической обработки информации.

В первом разделе показано, что существует множество точек зрения на природу и сущность бизнес-процессов, определяемых, прежде всего, целями, которые ставит исследователь при их моделировании и анализе. Это обусловило широкое разнообразие методов моделирования и анализа бизнес-процессов.

Во втором разделе рассмотрены основные методы моделирования бизнес-процессов, приведена их классификация и примеры некоторых работ в этой области.

В частности, рассматриваются три основных типа методов: диаграммные модели, математические модели и т.н. языки моделирования бизнес-процессов. Первый тип включает модели, которые иллюстрируют процессы с использованием графических диаграмм. Второй тип соответствует моделям, имеющим математическое или иное формальное основание. Наконец, третий тип (т.е. языки бизнес-процессов) содержит искусственные языки, поддерживающие моделирование бизнес-процессов и почти всегда – выполнение последних. Табл. 1 иллюстрирует классификацию и приводит список источников по каждой из ключевых технологий.