Рынок полиграфических услуг. В настоящее время в России наблюдается значительное увеличение количества полиграфических фирм и изменение состояния полиграфической отрасли в целом. Анализ российского рынка полиграфических услуг позволяет выделить три возможных тенденции его развития:
Первая тенденция состоит в укрупнении полиграфических фирм при существенном сокращении (вплоть до исчезновения) малых и средних предприятий. Образуется небольшое количество полиграфических корпораций, существенной особенностью которых будет являться наличие значительного количества филиалов и подразделений. Для управления такой сложной системой потребуются новые информационные технологии.
Вторая тенденция связана с развитием информационных технологий взаимодействия, которые в ближайшем будущем позволят распределять на большие расстояния выполнение работ по производству полиграфической продукции. В основном это коснется допечатной подготовки. Развитие технических средств и уменьшение стоимости оборудования позволит выполнять сложные заказы небольшими предприятиями или подразделениями. При этом упадет требование к квалификации специалистов в области технологии полиграфических процессов, сократятся размеры коллективов и занимаемые площади.
Все это приведет к сильному дроблению крупных и значительному увеличению количества малых полиграфических фирм. При этой тенденции развития полиграфического рынка возникнет необходимость в фирмах, способных обеспечить потребителю выполнение заказов во всем диапазоне цен, предоставить гарантии качества и времени выполнения, выбирать оптимальные решения в зависимости от текущей ситуации и средств клиента.
Такая фирма должна представлять собой площадку для распределения заказов между существующими предприятиями. Она должна постоянно контролировать ситуацию в отрасли и иметь тесные контакты с производителями полиграфической продукции. Кроме того, фирма может использовать свои производственные мощности и развиваться в корпорацию, объединяясь с наиболее перспективными предприятиями. Организация, охватывающая значительную часть рынка, будет представлять собой полиграфическую биржу.
Третьей тенденцией является динамичное развитие полиграфического рынка, которое характерно для этапа его становления в условиях нестабильной экономики. В этом случае крупные фирмы распадаются, малые объединяются и постоянно возникают новые, а наиболее живучей и приспособленной к кризисным ситуациям является фирма-посредник.
На рынке полиграфических услуг России по оценкам министерства печати в 2001 году функционировало 4086 предприятия [Марголин, 2001]. При этом средний темп роста их количества составляет 7% в год. Для полного обеспечения потребностей рынка полиграфических услуг в России должно существовать около 20000 фирм. Около 26% существующих фирм располагаются в Московском и Санкт-Петербургском регионе. Эта зона является наиболее информатизированной и позволяет эффективно внедрять новые компьютерные технологии.
Полиграфическая отрасль оперирует заказами. Заказ представляет собой информационный объект, который характеризуется множеством параметров и в среднем имеет 100–200 характеристик, большую часть которых могут определить только узкоспециализированные эксперты.
Набор характеристик заказа зависит от типа печатной продукции, среди которых можно выделить около 50 групп. За один день в малой полиграфической компании (10–15 чел.) обрабатывается около 20–30 заказов, время выполнение которых может колебаться от нескольких часов до нескольких месяцев.
| Количество предприятий | 4086 |
| Годовой прирост рынка | 7% |
| Доля рынка для столичного региона | 26% |
| Оборот полиграфического рынка | 3 млрд.$ |
| Типы продукций | >50 |
| Характеристик заказа | 100–200 |
| Заказов в день | 20–30 |
| Технологических операций | 15–25 |
| Время выполнения заказа | 2 ч.–20 дней |
| Время обсчета заказа | 2–10 ч. |
| Постоянные заказы | 30% |
Таблица 1. Характеристики предметной области.
Выполнение заказа на изготовление печатной продукции является основной полиграфической услугой. Цена заказа на 90% определяется стоимостью расходных материалов и амортизацией специализированной техники. В 2002 году планировалась закупка полиграфического оборудования на сумму свыше 1 млрд.$ [Марголин, 2001]. Годовой оборот полиграфического рынка может составить порядка 3 млрд.$. Для сравнения оборот фондового рынка России составляет 30 млрд.$.
Актуальность работы. В настоящее время только 20–30% объема рынка полиграфических услуг определяется так называемыми “постоянными заказами”. Поиск и определение исполнителя полиграфических работ для большого числа заказчиков, и наоборот — заказчиков для исполнителей, требует значительных усилий и затрат времени соизмеримых с самой работой как по подготовке заказа к исполнению, так и его исполнения. Это представляет собой в условиях стоимостных и временных ограничений проблему, решение которой требует применения современных методов. Частными ее решениями являются: создание специальных информационных систем и служб их поддержки на предприятиях, предоставляющих полиграфические услуги; кампании и планомерная рекламная деятельность; создание маркетинговых служб на предприятиях заказчиков; “электронная коммерция” — создание специальных информационных систем (internet-магазинов, -банков, -аукционов полиграфических услуг) и организация их деятельности; автоматизация производства на основе специального программного обеспечения; организационная интеграционная деятельность (заключение долгосрочных договоров о сотрудничестве, создание новых производственных участков, интеграция производств и фирм) и др.
Одним из эффективных решений может стать создание автоматизированной информационной системы формирования и ведения полиграфических заказов, целью которой является снабжение заказчиков и исполнителей полноценной, квалифицированной и достоверной информацией о состоянии рынка и поддержка в принятии решений. Система относится к классу так называемых “стратегических ситуационных центров”. Она должна создаваться на основе современных информационных технологий и обеспечивать возможность удаленного контроля над выполнением работы, размещения и распределения заказов. Такая система может быть создана на базе распределенной полиграфической корпорации или государственной организации.
Для реализации ситуационного управления необходима разработка эффективных систем поддержки принятия решения. В этом классе особо выделяются экспертные системы (ЭС) и системы имитационного моделирования (СИМ).
В настоящее время не существует широко известных СИМ, ориентированных на полиграфическое производство. Применение современных СИМ общего назначения имеет ряд ограничений: универсальность системы сильно усложняет процесс проектирования; специфика предметной области не позволяет полностью имитировать процесс с использованием универсальных средств; высокая стоимость, при незначительном использовании возможностей.
Первое ограничение не является исключительным для полиграфии, поэтому в настоящее время на рынке программных средств представлено большое количество предметно-ориентированных СИМ. Например, для компьютерных сетей существуют системы NetCracker и OpenNET. Особенностью таких систем является наличие обширной БД с типовыми объектами. В системе NetCracker 3.1 имеется более 15 тысяч наименований сетевого оборудования, характеристики которого соответствуют реальным значениям.
Второе ограничение вызвано тем, что в полиграфии существует большое количество типов заказов со значительным числом параметров. Это не позволяет эффективно рассчитывать потоки заявок. Распределение заявок в полиграфическом предприятии осуществляется путем разбиения заказа на части, параллельно-последовательной обработки и поэтапной сборки. Рабочие места в большинстве фирм закреплены не жестко, так как задачи могут решаться на различных вычислительных машинах. Специалисты имеют широкую специализацию и могут выполнять различные действия. Для преодоления первых двух ограничений необходимо иметь СИМ с развитыми средствами программирования.
Важным критерием рассматриваемой системы является время принятия решения. При малых размерностях моделируемой системы и небольшом количестве параметров СИМ показывают высокую производительность, которая сочетается с высокой точностью. При средних и больших размерностях системы моделирование занимает длительное время, что недопустимо при оперативной работе.
Определение всех параметров заказа и распределение работ среди сотрудников может выполнить только группа экспертов. На практике используются приблизительные расчеты всех характеристик и планирование работ, которое выполняют 1–2 специалиста. Для автоматизации этого вида деятельности можно использовать класс экспертных систем.
ЭС и СИМ являются альтернативными подходами для большого класса задач. В таблице 2 приводятся результаты эмпирического сравнения их по двум параметрам: времени моделирования (вывода) и точности получаемых результатов, которые указываются в условных единицах, изменяющихся от нуля до десяти, и процентах соответственно.
| Задачи | Скорость (время моделирования) | Точность (детальность) | ||||
| Малая размерность | СИМ | ЭС | СИМ | ЭС | ||
| Типовые | 10 | 6 | 90–100% | 90–100% | ||
| Аналогичные | 10 | 5 | 90–100% | 60–70% | ||
| Нестандартные | 10 | 2 | 90–100% | 0–10% | ||
| Средняя размерность | СИМ | ЭС | СИМ | ЭС | ||
| Типовые | 2 | 5 | 90–100% | 90–100% | ||
| Аналогичные | 2 | 4 | 90–100% | 60–70% | ||
| Нестандартные | 2 | 1 | 90–100% | 0–10% | ||
| Большая размерность | СИМ | ЭС | СИМ | ЭС | ||
| Типовые | 0 | 2 | 90–100% | 90–100% | ||
| Аналогичные | 0 | 1 | 90–100% | 60–70% | ||
| Нестандартные | 0 | 0 | 90–100% | 0–10% | ||
Таблица 2. Сравнение СИМ и ЭС для различной размерности.
Как видно из таблицы 2 ЭС обладают более высоким быстродействием. Это связано с тем, что в них заложен опыт решения типовых задач. При возникновении аналогичных задач ЭС тоже эффективны, но в нестандартных ситуациях (новых условиях) они уступают СИМ.
Создание интегрированной системы, включающей возможности ЭС и СИМ, позволит значительно расширить круг решаемых задач, увеличить быстродействие и точность. На сегодняшний день уже существуют разработки в этом направлении. Например, в ЭС реального времени G2 имеется модуль для моделирования значений датчиков внешней среды. Он используется в тех случаях, когда невозможно получить реальные данные. Другими примерами могут являться разработки, где для получения исходных данных СИМ используются диалоговые системы. Тем не менее, вопрос интеграции СИМ и ЭС мало изучен и малоизвестен.
В таблице 2 показано, что при большой размерности ЭС и СИМ оказываются мало эффективными. Интеграция этих систем позволяет увеличить производительность за счет свертки типовых операций при моделировании. Тем не менее, размерность предметной области даже для небольших фирм крайне высока. Одним из способов разрешения проблемы размерности является абстрагирование от большого количества количественных показателей к малому числу качественных описаний.
Подход, реализующий эти принципы, получил свое применение в ситуационных системах, среди которых можно выделить системы отображения информации (ССОИ), управления (ССУ) и моделирования (ССМ). Большинство практических разработок в этой области засекречены, так как широко используются в военных, космических и других стратегических целях. В работе предлагается объединить ЭС, СИМ и ССМ.
Для создания системы необходимо провести исследования, направленные на разработку основных алгоритмов и программ и основанные на интеграции (синтезе) ситуационного, экспертного и имитационного подходов к моделированию процессов управления на рынке полиграфических услуг. В научной литературе нет сведений о разработках и исследованиях ведущихся в настоящее время в данном направлении, как в части общей постановки задачи интеграции ситуационных, экспертных и имитационных методов моделирования, так и в части практического приложения в области полиграфии. Разработки методов, алгоритмов и систем в данном направлении является актуальным и имеет практическую ценность.
Таким образом, интеграция систем моделирования вызвана необходимостью устранения недостатков отдельных систем, реализации комплексной поддержки принятия решения и решения проблемы размерности.
Еще одной предпосылкой к интеграции систем является интеллектуальная деятельность человека во время принятия решения. Специалист, который имеет большой опыт в предметной области, в основном, использует накопленные знания, однако при возникновении нестандартных ситуаций он обращается к своей способности моделирования. “Человек, решая как ему поступить в той или иной ситуации, пытается представить себе последствия решения, для этого он проигрывает ситуацию, представляет ее себе мысленно, строя модель в голове” [Мухин, 1999]. В зависимости от сложности задачи моделирование может осуществляться мысленно или натурно.
Часто для принятия решения необходимо проанализировать информацию о большом количестве параметров. Средний человек способен одновременно воспринять около 10–12 элементов, а запомнить еще меньше — не более 7–9 из них. В связи с этим для работы со значительным числом характеристик специалист вынужден обобщать нужные и отсеивать избыточные данные на основании целостного понимания ситуации. Для поддержки рассмотренных видов интеллектуальной деятельности были созданы соответствующие классы программных продуктов.
Таким образом, интеграция систем моделирования определяется тесной взаимосвязью процессов моделирования, абстрагирования и памяти человека.
Цели и задачи исследований
Целью проведенных и представленных в данной книге исследований является разработка методики интеграции широко распространенных методов ситуационного, имитационного и экспертного моделирования.
Интеграция в книге рассматривается на двух уровнях: теоретическом и практическом.
На теоретическим уровне, во-первых, выдвигается сама идея возможности и необходимости объединения трех подходов для моделирования одного предмета (в рассматриваемых примерах это полиграфические процессы), которая базируется на стремлении обнаружить латентные связи между этими подходами, а затем показать как их совместно использовать для решения практических задач.
Во-вторых, идея интеграции выступает не только как результат комбинаторного преобразования над множеством из трех подходов, а как цель создания нового целого из известных составных частей — нового теоретического подхода из выделенных и апробированных ранее.
В-третьих, интеграция не абстрактна, а технически конкретна и объединяет не какие-либо, не все возможные, а конкретные классы формализмов: формально-логические, продукционные и сетевые модели представления знаний из теории ЭС, ситуационные сети и ситуационные расширения логики предикатов из теории ситуационного моделирования, процессно- и событийно-ориентированные методы из теории имитационного моделирования. Конечно, это не означает, что интеграция других формализмов (теории нечетких множеств, модальных логик, онтологий, стохастических сетей Петри и др.) невозможна, а лишь подчеркивает ограниченность рассматриваемых проблем в книге.
В-четвертых, для теоретического описания интегрированной модели предлагается единый инструментарий, эффективный для выделенного класса конкретных моделей.
В-пятых, на феноменологическом (наблюдаемом, анализируемом) и на эмпирическом (экспериментальном) уровнях проведены опыты, свидетельствующие о неслучайности и целесообразности предлагаемой идеи интеграции.
На практическом уровне интеграция выступает, во-первых, как некая потенциально возможная для создания техническая система (фактически рассматривается техническое предложение создания “биржи” полиграфических услуг с использованием ситуационных центров).
Во вторых, как методика последовательного использования методов и алгоритмов для создания ситуационно-имитационно-экспертной системы.
В третьих, как техническая (информационно-программная) реализация центральных компонент интегрированной среды моделирования полиграфических процессов.
На обсуждение читателей выносятся следующие основные положения, полученные по результатам проведенных исследований:
— необходимость и возможность интеграции трех подходов к моделированию для выделенного класса задач — создания ситуационных центров (в частности для полиграфической отрасли);
— методика интеграции ситуационного, имитационного и экспертного моделирования как упорядоченная совокупность методов и алгоритмов;
— отдельные этапы методики, включающие в себя алгоритмы, варианты взаимодействия, критерии выбора, правила преобразований и системные решения;
— SIE-модель — теоретическое (формально-математическое) описание варианта интеграции указанных выше ситуационных, имитационных и экспертных моделей;
— эскизный проект ситуационной модели и ситуационного языка рынка полиграфических услуг;
— реализация особенностей предметной области (технология виртуальных транзактов, стратегия отказов и др.)
— практические технические (информационно-программные) решения для полиграфической отрасли.
Структура книги. Книга состоит из двух частей. В первой части описываются теоретические исследования, модели, алгоритмы и методика интеграции систем моделирования.
В первой главе приводится обзор существующих подходов и методов в области ситуационного, имитационного и экспертного моделирования. Рассматриваются современное состояние и тенденции развития систем моделирования.
Во второй главе исследуется взаимодействие экспертных систем и систем имитационного моделирования. Рассматривается различные варианты интеграции. Разрабатываются критерии выбора системы для поддержки принятия решения и алгоритмы передачи данных между СИМ и ЭС.
В третьей главе описывается структура полиграфического рынка и его ситуационная модель. Приводится описание синтаксиса ситуационного языка. Исследуется эффективность ситуационного подхода.
В четвертой главе описывается графический язык описания интегрированной модели (SIE-модели) и дается формальное описание ее элементов.
В пятой главе описываются методы учета особенностей полиграфической области для аналитического, имитационного и экспертного моделирования. Исследуется вопросы оптимального распределения транзактов в очереди к обслуживающим аппаратам при динамическом изменении и пропускной способности. Предлагается технология виртуальных транзактов. Для определения возможности выполнения заказа разрабатывается стратегия отказа для продукционной модели вывода на знаниях.
Во второй части приводится подробное описание выполненных практических разработок. В издании сделана попытка представления программных комплексов с разных сторон: приводится описание не только пользовательского интерфейса и общих возможностей, но и алгоритмы работы, структуры и подробные описания баз данных. Разработки представлены с точки зрения их развития от постановочных задач, проектных версий до конкретных реализаций и усовершенствований.
Данные описания представляют собой опыт в проектировании и программировании сложных систем. Они могут оказаться полезными для разработчиков компьютерных приложений. Для тех, кого не очень интересует практическая сторона реализации, приводится краткое описание возможностей систем.
В шестой главе производится описание предметной области, обоснования разработки, анализ аналогов и прототипов комплекса программных средств для ведения полиграфических заказов. Разрабатывается архитектура макета программного комплекса, и описываются этапы ее развития.
В седьмой главе рассматривается система имитационного моделирования допечатных процессов. Подробно описываются алгоритмы работы, архитектура системы, способы хранения и отображения данных.
В восьмой главе подробно описывается создание полиграфической системы ситуационного моделирования, важнейшей компоненты ситуационного центра. Рассматриваются вопросы представления с помощью технология баз данных ситуационной модели. Дается подробное описание систем ситуационной поддержки руководителя и оператора.
В заключении подводится итог проведенным исследованиям, полученным результатам, рассматриваются перспективы развития затронутых в книге вопросов.
В приложении даны две статьи, опубликованные автором после сдачи рукописи по тематике книги.
В литературе приводится список цитируемых и дополнительно рассмотренных публикаций: книг, статей, отчетов по научно-исследовательским работам, диссертаций и ресурсов Интернет.