Содержание к диссертации
Введение 4
Раздел 1. ОВД в современных условиях, анализ финансо
вого механизма функционирования системы,
обоснование предложений по его совершенство
ванию 19
Глава 1. Организация воздушного движения как важнейшее
звено единой российской системы гражданской
авиации 19
Глава 2, Становление финансово-хозяйственного механизма
ОВД в рыночных условиях 29
Глава 3. Финансово-хозяйственный механизм функциониро
вания ОВД России и направления его совершенст
вования 34
Раздел 2. Оптимизация эксплуатационных расходов пред
приятий по ОВД из условия максимизации при
были 66
Глава 4. Оптимальное управление финансовыми расходами
предприятий по ОВД на модернизацию действую
щего оборудования 66
4.1. Математическая модель 66
4.2. Расчет оптимальных эксплуатационных расходов по системе ОВД в целом и отдельных ее предприятий 90
Глава 5. Оптимальное управление состоянием производст
венной авиационной системы с учетом качества вы
полняемых ею работ 93
Раздел 3. Обоснование направлений по рациональному
распределению эксплуатационных расходов
предприятий по ОВД РФ, получаемых из усло
вия максимизации прибыли 100
Глава 6. Экономико-математическое обоснование процедур
оптимальных замен слабых звеньев в технических
средствах ОВД с целью продления их ресурсов 100
6.1. Логистика - мощный рычаг для повышения эффек
тивности экономической деятельности предприятий
по ОВД 100
6.2. Экономическое обоснование и выбор оптимальной процедуры замен стареющих элементов в технических средствах ОВД 104
6.3. Точность определения экономически оптимальной величины задаваемого ресурса 119
6.4. Минимизация издержек технических средств ОВД
при неполном контроле их состояния 122
6.5. Экономико-математические обоснования оптимального ресурса технических средств ОВД 126
6.6. Управление состоянием ремонтного предприятия средств ОВД по критерию максимума выходной продукции 138
Глава 7. Экономико-математические модели обоснования
оптимальных процедур эксплуатации по состоянию
технических средств ОВД 144
7.1. Случай одного параметра 144
7.2. Случай ограниченного числа контролируемых параметров 147
7.3. Оптимизация по другому критерию. Сравнение моделей 155
7.4. Случай практически неограниченного числа контролируемых параметров 163
7.4.1. Математическая модель 164
7.4.2. Алгоритм приближенного решения задачи оптимизации. Некоторые результаты численного моделирования 169
7.4.3. Пример применения общего алгоритма 177
7.4.4. Некоторая дополнительная формализация 187
Раздел 4. Универсальный метод статистической оценки
точности определения широко используемых
средних экономических показателей 192
Глава 8. Об эффективности точечных оценок параметров
случайных экономических переменных 192
8.1. Теоретические основы метода 192
8.2. Методика статистической оценки точности средних экономических показателей, определяемых по ограниченному числу исходных данных (на примере параметров безопасности полетов воздушных судов) 208
Выводы по работе 216
Литература 220
Приложение 1 230
Приложение 2 243
Приложение 3 255
Приложение 4 274
Приложение 5 311
Введение к работе
Актуальность проблемы и цель исследования. Проблемы управления финансами, производством товаров и услуг решались и решаются многими отечественными и зарубежными учеными.
Эти проблемы являются предметом современных экономических исследований. Разные аспекты рассматриваемых проблем отразили в своих трудах следующие специалисты:
- в области экономической теории и экономики предприятия, отрасли: А.Г. Аганбегян, З.Н. Борисенко, В.Я. Галкин, Е.В. Егоров, Е.Н. Жильцов, В.Н. Казаков, Г.А. Краюхин, P.M. Петухов, К.Б. Лейкина, В.В. Радаев, О.В. Репина, Л.М. Чистов, П. Хейне;
- в области оптимального планирования и управления производством: С.А. Ашманов, О.С. Виханский, Ю.В. Гермер, Л.В. Канторович, Р. Кини, В.В. Леонтьев, Н.Н. Моисеев, Н.Я. Петраков, X. Райфа, А.И. Татаркин, А.Н. Хижняк;
- в создании моделей, описывающих экономические законы и закономерности функционирования систем: Р. Аллен, А. А. Вавилов, Д.А.Гайнанов, В.М.Глушков, А.Г.Гранберг, В.Л.Макаров, В.М.Чадеев, Дж. Форрестер и др.;
- в теории управления производственными потоками, а также оценки экономической эффективности деятельности предприятия с позиций логистики: A.M. Гаджинский, Ю.М. Неруш, И.И. Сидоров, А.А. Смехов и др.
Рассмотрению взаимосвязей экономических показателей посвящено значительное число работ. Повышение эффективности управления развитием производства на основе уравнения динамики производства рассматривается в работах В.А. Горелика, Н.К. Зайнашева, В. Базарова, А.Н. Щукорева, Д.А. Гайнанова и др.
Методы решения многокомпонентных задач с учетом взаимосвязи качественных и количественных показателей рассматриваются в работах Б.Н. Гаврилец, Ф.М. Бородкина, А.Л. Новоселова, Н.В. Чепурных, а также Т. Саати, К. Кернса, Дж. Флейса и др.
Однако в работах названных выше авторов и авторов, занимающихся разработкой непосредственно экономико-математических моделей - О.О. Замкова, А.В. Толстопятенко, Ю.А. Черемных, Э. Малево и др., не рассматриваются в комплексе вопросы математического обеспечения для решения сложных стохастических задач обоснования оптимальной инвестиционной политики поддержки и развития ресурсосберегающих технологий и организации функционирования средств труда с заданным качеством при минимальных средних эксплуатационных издержках.
Решение экономических задач в сфере эксплуатации современных дорогостоящих средств труда, расходы на которую многократно превосходят расходы на производство таких средств, крайне актуально, особенно в условиях рыночной экономики.
Кроме того, анализ состояния такой специфической отрасли народного хозяйства России, как организация управления воздушным движением, представляет большой научны интерес. Сюда входит и исследование финансового механизма отрасли, и разработка обоснованных предложений по его совершенствованию.
Система ОВД России является уникальной по объему обслуживаемого воздушного пространства, разнообразию зон, отличающихся плотностью движения, физико-географическими и климатическими условиями. Само расположение страны определяет ее важную роль в обеспечении международных коммуникаций по кратчайшим расстояниям, соединяющим Европу и Северную Америку с Азиатским континентом. При этом необходимо обеспечивать движение воздушных судов в труднодоступных районах и безориентирной
местности, что требует использования глобальных систем обеспечения полетов.
Система включает в себя органы управления, подсистемы обеспечения управления воздушным движением (УВД), организации потоков воздушного движения и использования воздушного пространства, космические, наземные и бортовые средства и системы навигации, посадки, связи и наблюдения, подсистемы обеспечения и обслуживающий персонал, действующий в соответствии с установленными правилами и процедурами.
Национальная система ОВД обслуживает территорию более 25 млн. квадратных километров, протяженность воздушных трасс достигает 600 тыс. километров. Одновременно в воздухе может находиться до 600 воздушных судов. Численность обслуживающего персонала составляет 40000 тысяч человек. Техническая база системы включает 10 районных, аэроузловых и аэродромных автоматизированных систем (АС) УВД, свыше 1000 единиц крупных радиотехнических объектов, 17000 единиц средств связи.
Необходимость динамичного развития авиационной транспортной системы страны определяет основные требования к системе ОВД. В соответствии с этими требованиями система должна обеспечивать:
- пропускную способность, адекватную текущим потребностям пользователей воздушного пространства, и возможность ее беспрепятственного наращивания для обеспечения будущих потребностей пользователей;
- безопасность воздушного движения в соответствии с международными требованиями;
- экономичность полетов путем предоставления оптимальных профилей и маршрутов движения ВС при минимальных ограничениях и задержках;
- совместимость и интеграцию с мировой аэронавигационной инфраструктурой;
- содействие эффективному решению задач обороны страны. Сетевой характер системы ОВД проявляется в том, что
формирование и управление финансово-хозяйственным механизмом осуществляется как на федеральном уровне, так и на региональном.
На региональном уровне управления требований и ограничений гораздо меньше, и в основном это касается способности структуры выступать в роли хозяйствующего субъекта, ее контроля и управляемости с федерального уровня, способности реализовать принцип самофинансирования, а также возможности делегирования полномочий для обеспечения управляемости системы на региональном уровне.
В условиях быстро меняющейся экономической ситуации требует постоянного внимания нормативная база, регламентирующая порядок определения себестоимости услуг по аэронавигационному обслуживанию и другие стороны деятельности Госкорпорации по ОВД.
Выработка реалистичного и обоснованного комплекса мер должна позволить преодолеть негативные тенденции в эволюции системы и мобилизовать ограниченные финансовые ресурсы на развитие системы ОВД.
Целью (решаемой научной проблемой) данной диссертационной работы является разработка предложений по совершенствованию финансового механизма функционирования системы ОВД РФ и создание единого комплекса экономико-математических моделей, позволяющих распределять расходы (инвестиции) на эксплуатацию средств труда из условия ограниченности доходов (расходы на модернизацию средств труда) таким образом, чтобы обеспечить максимум прибыли предприятий, функционирующих в рыночной экономике, и учесть при этом стохастическую природу внешних и внутренних факторов,
определяющих деятельность рассматриваемых предприятий. Кроме того, выделяемые финансы (эксплуатационные расходы) на модернизацию должны обеспечить заданный уровень качества средств труда при минимизации издержек на их эксплуатацию.
Этот круг задач решается с использованием методов последовательного анализа и вариационного исчисления.
Таким образом, при решении этих задач формулируется оптимальная инвестиционная политика поддержки и развития ресурсосберегающих технологий, позволяющая, наряду с внедрением новейших технологий, обеспечить современное качество средств труда, функционирующих в условиях рыночной экономики.
Кроме того, в диссертации решены отдельные задачи, представляющие самостоятельный научных интерес: оценки точности определения средних экономических показателей при ограниченной исходной статистической информации, управления состоянием фирмы по максимуму выходной продукции, обоснования выбора процедуры продления ресурсов дорогостоящих средств труда и др.
Объектом исследования являются экономические структуры народного хозяйства (предприятия, фирмы, отрасли), функционирующие в условиях рынка и использующие в качестве средств труда сложные современные технические комплексы.
В частности, в диссертации рассматривается система организации воздушного движения Российской Федерации в целом и авиапредприятия по ОВД, где в качестве средств труда выступают бортовое и спутниковое связное и навигационное оборудование и наземные средства управления воздушным движением. Проводится анализ финансовой деятельности системы ОВД и обосновываются предложения по ее совершенствованию.
Предмет исследования - задачи управления состоянием экономических структур различного назначения (на примере системы ОВД РФ),
использующих в качестве средств труда сложные современные технические комплексы (например, транспортные средства с системами электроники и автоматики, вычислительными комплексами и др.), и исследование их на основе предложенных стохастических моделей принятия оптимальных решений.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке комплекса оригинальных стохастических моделей оценки качества, показателей экономических структур, рационального и оптимального управления их финансовым состоянием в целом и состоянием используемых ими сложных современных технических средств труда. Общие идеи вновь демонстрируются на примерах системы ОВД.
Автором созданы основы теории эксплуатации по состоянию современных авиационных и космических летательных аппаратов. Во всех используемых в диссертации моделях стохастическая оптимизация осуществляется по минимуму средних экономических издержек (стоимости эксплуатации, трудозатрат и т.д.) при сохранении заданной эффективности функционирования средств труда.
Предложены модели, позволяющие сформулировать оптимальную процедуру формирования инвестиций поддержки и развития ресурсосберегающих технологий для более эффективного использования эксплуатируемых дорогостоящих средств труда в народном хозяйстве в условиях рыночной экономики и невозможности их оперативной замены на базе новейших технологий.
Практическая ценность, внедрение результатов работы. Практическая значимость выполненного исследования заключается в
— разработке конкретных рекомендаций по финансовому механизму ОВД для ГАС РФ;
- создании концепции анализа финансового механизма функционирования системы ОВД РФ и строгих стохастических моделей принятия оптимальных экономических решений для совершенствования этого
механизма (полученные здесь результаты широко обсуждены на семинарах в МГУ им. М.В. Ломоносова (на факультетах - экономическом, механико-математическом и факультете вычислительной математики и кибернетики), опубликованы в основном в академических изданиях и за рубежом);
- выработке требований к сбору исходных данных для реализации предложенных моделей;
- практических рекомендациях для реализации ряда моделей на предприятиях гражданской авиации РФ.
Результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены и использованы в Федеральной Авиационной Службе России в процессе совершенствования финансово-экономической и технической политики по модернизации системы ОВД РФ.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Анализ финансового механизма системы ОВД РФ и разработка обоснованных предложений по его совершенствованию.
2. Априорные оптимальные вероятностные модели для предотвращения отказов технических средств ОВД.
3. Модель управления состоянием ремонтного предприятия в системе ОВД по максимуму выходной продукции.
4. Модели оптимального векторного управления в экономических структурах со многими стохастически зависимыми параметрами.
5. Модели оптимального управления экономическими структурами, состояния которых описываются дифференциальными уравнениями детерминированного и стохастического вида, и результаты использования моделей для расчетов оптимальных эксплуатационных расходов для предприятий по ОВД и системы ОВД в целом.
6. Модели оценки точности определения средних экономических показателей.
Апробация результатов исследования. Основные положения, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались в последние годы на
1. Всероссийских научных конференциях по проблемам транспорта в 1992-97 гг.
2. Международных научных конференциях в МГТУ ГА (г. Москва) и ЕАТК (г. Егорьевск) в 1993-98 гг.
3. Международной математической конференции в Польше, 1990 г.
4. Международной конференции - Первом Европейском конгрессе по управлению в конструкциях, Испания, Барселона, 1995 г.
5. На Международном конгрессе по логистике авиационных систем, М., МКС, 1995.
6. На Международной конференции «Планирование глобальной радионавигации», М., НТЦ «Интернавигация», 1995.
7. На заседании Научного совета по проблемам транспорта России РАН, октябрь 1998 г.
8. Международной научной конференции по проблемам коммерциализации технологий. Математический институт Л. Эйлера, г. Санкт-Петербург, 2000 г.
9. Семинарах кафедры оптимального управления факультета ВМК МГУ им. М.В. Ломоносова при обсуждении результатов работы «Создание основ автоматизированной экспертной системы для поддержки методики коммерциализации технологий», 2000 г.
Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в [1-27, 31, 41, 77] и отражены в [100-104].
Общая характеристика работы.
Многовековая история человеческих отношений свидетельствует о важной роли в развитии или предотвращении тех или иных событий
психологии упреждения (например, упреждений действий противника перед началом и в ходе ведения войны, политические заявления об упреждающих ядерных ударах в периоды «холодной» войны, предупреждений аварий и катастроф, некоторых стихийных бедствий - пожаров, наводнений, и т.д. и т.п.).
И в повседневной жизни людей психология упреждения играет важную роль.
Психология упреждения - основа психологической безопасности и в экономике. Вспомним известные события в России 17 августа 1998 года. Премьер-министр, а с его подачи и президент страны перед этим уверенно заявляли: «Девальвации рубля не будет». И вдруг.... А если бы в стране был организован экономический мониторинг, результаты которого без утайки и систематически доводились до населения страны, а к обсуждению его результатов привлекались лучшие экономисты с целью выработки упреждающих (кризисы, обвальное падение рубля, гиперинфляцию и тому подобные нежелательные явления) рекомендаций, то не было бы и «17 августа», «черных» вторников и других негативных скачкообразных изменений в экономике.
Научная задача состоит в том, как по времени и количественным показателям, характеризующим накапливаемые патологические явления в экономике, имея функционал потерь (труда, ресурсов) от принимаемых решений, указать моменты и уровни накопленных негативных явлений, при которых следует принимать оптимальные решения, минимизирующие этот функционал и не допускающие в обществе социальный взрыв.
Неприятные явления в экономике часто накапливаются случайным образом, и у общества есть пределы терпения этих неприятностей.
Поэтому в диссертации рассматриваются исключительно стохастические модели принятия решений.
Таким образом, научно организованный экономический мониторинг обеспечивает психологическую устойчивость и безопасность обще ства, его благоприятную социальную атмосферу, предупреждает и дает возможность предотвратить социальные взрывы, позволяет вовремя предупредить население о негативных тенденциях в экономике и сменить (или подкорректировать) правительственный курс или сменить само правительство.
Внедрение методов оптимальной эксплуатации любых технических систем и комплексов с упреждением отказов, аварий и катастроф не только приводит к психологической устойчивости оператора в звене «человек - машина - среда», но и позволяет в процессе производства различных видов благ существенно снижать издержки любого производства.
Предварительные расчеты показывают высокую эффективность внедрения моделей управления с упреждением в микроэкономике - при управлении состоянием предприятия или фирмы; в макроэкономике -при упреждающем управлении экономикой на основе наблюдения глобальных (обобщенных) экономических параметров (например, валового национального продукта (ВНП), валового внутреннего продукта (ВВП), валовых внутренних или национальных сбережений, дефляторов ВНП или ВВП и др.).
Применение теории вероятностей и математической статистики, а впоследствии и методов математического программирования и теории управления послужили мощным стимулом к развитию строгой экономической теории.
В настоящее время область применения математических методов в экономике существенно расширилась. Современная экономическая теория предполагает существенно более широкий уровень формализации, чем это было принято ранее.
Общеизвестно, что важнейшей составляющей экономического роста любой страны, наряду с людскими и природными ресурсами, капита лом, является технология (наука, управление, информационное и компьютерное обеспечение и др.).
Одним из основных инструментов технологии являются новейшие технические средства, способные реализовывать управленческие решения, обосновываемые путем применения современных методов математического обеспечения, в различных областях человеческой деятельности (в промышленности, на транспорте, в энергетике, сельском хозяйстве, медицине, экологии и др.).
В диссертации на основе нетрадиционных подходов к управлению предлагаются на базе единых общих алгоритмов оптимальные решения, реализация которых позволит более рационально использовать людские и природные ресурсы, капитал и в конечном итоге, как мы надеемся, повысить эффективность функционирования экономики страны.
Многие приводимые математические модели опираются на последние достижения в области теории вероятностей - на теорию управляемых случайных процессов, которую А.Н. Колмогоров назвал величайшим открытием математики ХХ-го века.
Исследования Л.В. Канторовича, В.В. Леонтьева и других ученых показали, что применение только методов оптимизации позволяет снизить непроизводственные издержки (например, транспортные расходы) на (10-15)%.
Укажем секторы экономики, в которых, по глубокому нашему убеждению, могут быть с успехом использованы и доведены до конкретных приложений разработанные в диссертации модели. Это: машиностроение, технологические процессы различных природы и уровня, транспорт, энергетика, сельское хозяйство, экология, медицинское обслуживание и оборудование, электроника и автоматика, управление в больших механических конструкциях, экономический мониторинг и принятие решений, бизнес и управление, управление качеством при работе предприятия и фирмы и т.д.
В диссертации нашли также отражение результаты исследований, полученных автором при выполнении комплексных экономических работ с ведущими учеными механико-математического, экономического факультетов и факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ им. М.В. Ломоносова, а также Уральского отделения Российской Академии наук.
В первом разделе диссертации, состоящем из трех глав, анализируется финансовый механизм функционирования системы организации воздушного движения Российской Федерации (ОВД РФ) в условиях перехода к рынку и частичного функционирования в нем и обосновываются предложения по его совершенствованию.
Анализируется обширный фактический материал по финансовой деятельности системы ОВД и ее отдельных предприятия, помещенный в приложении (см. приложение 1).
Во втором разделе излагаются оптимальные модели управления экономическими системами с плавно меняющимися параметрами, поведение которых во времени описывается с помощью обыкновенных и стохастических дифференциальных уравнений. Оптимальные решения в каждой из двух приводимых здесь моделей отыскиваются с использованием принципа максимума Л.С. Понтрягина. В первой модели (гл. 4) все решения доведены до числа и имеется подробная программа вычислений, помещенная в приложении (см. приложение 3).
Во второй модели (гл. 5) указан лишь алгоритм получения оптимального решения.
Следует здесь отметить, что принцип максимума Л.С. Понтрягина находит в настоящее время все более широкое применение в новейших экономико-математических исследованиях (см., например, труды международной экономической конференции в Австрии: Proceedings of the Technical meeting between JJASA and TJT: «Comparative Analysis of the Endogenous Techno - economic Process: Technology Spillovers Japan, the
USA, Europe APEC Countries»; JJASA, Laxenburg, Austria, 18 and 19 September, 1999).
Следует также подчеркнуть, что во всех перечисленных главах при обосновании оптимальности принимаемых решений, независимо от природы исследуемых динамических систем, используются строго экономические критерии: минимум суммарных или удельных издержек, максимум общего или удельного дохода, максимум прибыли, наивысшая производительность труда, максимум выходной продукции и др.
В третьем разделе (глава 6) рассматриваются вероятностные модели, обеспечивающие минимум издержек (затрат) при производстве благ для различных форм хозяйствования, эти модели в основном ориентированы на обеспечение заданного качества (надежности) средств труда с наименьшими затратами в процессе их производственной деятельности. Кроме того, здесь же дано экономическое обоснование ресурсов средств труда в процессе их длительной эксплуатации, а также приведена одна частная модель оптимального управления предприятием или фирмой.
В седьмой главе третьего раздела описываются две обобщенные математические схемы оптимального управления экономической структурой. Обобщение для непрерывного изменения состояний исследуемой структуры в одной схеме состоит в рассмотрении произвольного (заведомо немарковского) случайного векторного процесса с ограниченным числом составляющих, в другой, - рассматривается универсальная обобщенная стохастическая векторная модель принятия оптимальных решений, пригодная для использования в различных областях, в частности, как для проведения макро-, так и микроэкономических исследований. Доказательство основных результатов по первой модели дано в приложении (приложение 2).
Последняя модель не требует аналитической аппроксимации исследуемого векторного случайного процесса. Процесс задается набором
реализаций его составляющих, в которых уже отражены имеющиеся между ними корреляционные связи.
Процесс наблюдается дискретно, решение в момент наблюдения принимается по «угрожающей» составляющей. Минимизируется введенный функционал издержек при функционировании рассматриваемой экономической (либо другой) системы. Реализация решения - вновь по оптимальному упреждению, кроме того, в модели выбирается оптимально и шаг наблюдения.
В порядке дискуссии автор ставит вопрос о задании стандартного векторного случайного процесса, позволяющего с использованием рассмотренной выше общей модели исследовать более широкий класс экономических динамических систем.
Имеется реальный численный пример выбора оптимального управления случайным векторным процессом с пятью стохастически зависимыми составляющими.
В четвертом разделе кратко излагаются последние достижения в области компьютерной статистики, позволяющие путем размножения первоначально ограниченного объема исходных экономических стохастических данных в пределах единственной ограниченной выборки получить асимптотически точные распределения разности выборочных средних (для фиксированного и ограниченного объема выборки) и математического ожидания всей неизвестной генеральной совокупности.
Эти результаты основываются на теории перевыборок, разработанной Ю.К. Беляевым. Они позволяют статистически достоверно судить о точности оценок случайно изменяющихся экономических показателей при ограниченном числе первоначальных статистических данных (программа вычислений приведена в приложении 5).
В ряде случаев это дает возможность отказаться от проведения дорогостоящих, а порой и экономически разорительных статистических экспериментов.
Кратко изложенное выше в общих терминах содержание разделов в тексте диссертации излагается с ориентацией на исследование финансовой деятельности системы ОВД РФ и обоснование направлений инвестирования в ресурсосберегающие технологии для действующих технических средств при финансировании из прибыли предприятий по ОВД.
В заключение убежденность автора диссертации в том, что большинство из приведенных в ней моделей носит микро-экономико-математический характер, можно подкрепить авторитетным мнением известных ученых в области микроэкономики Р.Г. Емцова и М.Ю. Лукина: «Последние десятилетия развития современной микроэкономики показали, насколько широка область ее применений и как порой она далеко уходит от «традиционных» экономических проблем, выявляя экономические аспекты в казалось бы совсем неэкономических сферах человеческой жизни» [33].
