Применение задач оптимизации в управлении инвестиционно-строительными проектами



Введение

Наметившийся в России устойчивый экономический рост, повышение уровня жизни населения, активное обновление законодательства и одновременно возникновение критической массы проблем в сфере промышленного и жилищного строительства, определяют повышенный интерес к исследованию тенденций и перспектив инвестиционного развития строительной отрасли, актуализируют задачу внедрения принципиально новых схем управления в сфере инвестиционно-строительного проектирования, в том числе и с привлечением иностранного инвестирования.

Новые требования к управлению в строительном бизнесе не укладываются в традиционные схемы и апробированные мировой практикой методики проектного управления. В связи с возникающими в последнее время кризисными явлениями в экономике актуальными становятся вопросы удешевления процесса строительства, так как повышение цен на готовые строительные объекты может негативно сказаться на их конкурентоспособности. Современные технологии принятия управленческих решений при проектировании предполагают использование технологий рационального использования ресурсов на этапе планирования строительного проекта, рационального использования транспортных и людских ресурсов, что позволяет в итоге снизить стоимость строительного объекта.

Целью выпускной квалификационной работы является анализ применения моделей и методов экономико-математического моделирования в управлении инвестиционно-строительными проектами.

Задачи работы:

‒ изучение методологии управления инвестиционно-строительными проектами (ИСП);

‒ определение целей и задач управления ИСП;

‒ анализ экономико-математических моделей управления ИСП;

‒ построение математических моделей управления ИСП с учетом реальных данных;

‒ обзор методов использования экономико-математических моделей при проектировании ИСП;

‒ анализ полученных результатов.

Так, при нерациональном планировании строительных проектов зачастую наблюдаются ситуации, при которых дорожное строительство, капитальный ремонт зданий вследствие нерациональной организации управления выполняются в осенне-зимний периоды, что значительно ухудшает качество выполняемых работ. Нерациональная организация транспортных потоков может привести к простоям в работе строительных бригад и к удорожанию доставки стройматериалов. Распределение рабочих бригад по объектам также необходимо проводить с условием минимизации времени простоев.

1.Общая характеристика задач инвестиционно-строительного планирования

Развитие инвестиционно-строительного комплекса, предполагающее использование новых технологий, внедрение прогрессивных форм организации производства, использование современных материалов и изделий не может быть достаточно эффективным без использования теории управления инвестиционно-строительными проектами (ИСП). Строительство является не только первой отраслью, в которой стали использовать положения теории управления проектами, но и объектом внедрения новых методик и инструментов управления проектами. Именно поэтому в данной главе раскрываются важнейшие тенденции развития современного управления ИСП, которые полезно знать управляющим проектами не только в строительстве, но и в любых других отраслях, где управление проектами является ключевым фактором эффективности.

Рост эффективности управления инвестициями в рамках строительного бизнеса в настоящее время является объектом изучения специалистов, работающих в данной отрасли. Решение данной проблемы имеет важное народнохозяйственное значение. Также, развитие технологий управления инвестиционно-строительными проектами предполагает создание стимулов и дальнейшее совершенствование теории управления проектами в смежных отраслях и сферах деятельности (инновационной, компьютерной, машиностроительной).

Распространенность ИСП во всем мире предъявляет высокие требования к наличию компетенций по управлению ими.

Инвестиционно-строительные проекты могут использоваться в строительстве объектов, к которым относятся: здания, дороги, мосты, жилые дома, театры, парки, стадионы, аэропорты, заводы, фабрики, космодромы и многие другие объекты.

Таким образом, инвестиционно-строительные проекты можно определить как проекты, предусматривающие реализацию полного цикла вложений и инвестиций в строительство объекта (на всех этапах — от начальных вложений капитала до достижения целей инвестирования и окончания предусмотренных проектом работ).

Жизненный цикл инвестиционно-строительного проекта включает в себя процессы от момента получения заказа на его разработку и до момента его полной реализации. Современные инвестиционно-строительные проекты предназначены для обоснования своей позиции Заказчиком перед инвестором.

Довольно типичными являются ситуации, когда Предприниматель уже получил договоренность о начале финансирования своего начинания, и для успешной его реализации остается лишь предоставить подготовленный инвестиционно-строительный проект, в котором будет изложены принципы будущей деятельности. Однако в одиночку с такой задачей справиться практически невозможно. Процесс разработки и сопровождения проекта на всех этапах могут также поддерживать специалисты инжиниринговых компаний.

Жизненный цикл ИСП имеет этапы:

‒ Прединвестиционный этап — имеет продолжительность от начала проведения предварительных исследований до принятия решения о финансировании в разработанный проект;

‒ Инвестиционный этап — включает в себя проектирование объекта, заключение контракта, финансирование строительных работ и т. д.;

‒ Производственный этап — включает в себя текущую деятельность по проекту;

‒ Ликвидационный этап — заключается в устранении последствий деятельности предприятия.

Предложенный жизненный цикл инвестиционно-строительного проекта подразумевает возможность предотвращения различных неожиданностей и возможных рисков, а также обеспечивает достижение намеченных результатов в самые короткие сроки. Каждый из реализуемых этапов оценивается с точки зрения достигнутых результатов. По результатам проведенного анализа наступает смена этапа, повторение одного или нескольких предыдущих этапов, либо его закрытие.

Успешное существование и реализация инвестиционно-строительного проекта на протяжении всего его жизненного цикла обеспечивается, прежде всего, профессионализмом и компетентностью разрабатывавших его специалистов.

Реализация ИСП предполагает необходимость инвестиционно-строительной деятельности одной или нескольких организаций. Инвестиционно-строительная деятельность предполагает необходимость осуществления практических мероприятий, дел и действий в рамках инвестирования и строительства зданий, сооружений и других объектов. Инвестирование возможно в форме денежных средств, имущества, прав требования, интеллектуальных и других ценностей.

Инвестиционно-строительные проекты предполагают необходимость комплекса взаимосвязанных действий — от зарождения идеи до стадии эксплуатации, капитального ремонта и реконструкции.

Как было показано выше, целью управления ИСП является минимизация затрат на проекты и максимизация получения прибыли. Таким образом, проектирование связано с проведением экономико-математического моделирования в проекте. Математическими моделями в данном случае будут являться задачи оптимизации использования транспорта (транспортная задача), использования ресурсов, а также сетевого планирования. Решение задач подобного рода в реальных условиях возможно с использованием специализированного программного обеспечения. Входными данными будут являться параметры проекта (расположение объектов, стоимость ресурсов и их доставки, потребность в ресурсах), а выходными — данные по загрузке транспорта, оборудования, а также календарные планы.

В настоящее время в организациях, работающих в сфере строительного бизнеса, все более активно происходит внедрение информационных технологий и специализированного программного обеспечения. К данному типу относятся САПР и ГИС, программные комплексы по управлению проектной документацией, а также сметное программное обеспечение. Системы для автоматизации сметных расчетов позволяют дать оценку проекту (под проектом подразумевается объект инвестиций строительства) с точки зрения объемов выполняемых работ, их стоимости, общей потребности в ресурсах по проекту, но не имеют такого важного функционала как построение календарного плана работ, графика потребности в ресурсах, календарного профиля затрат.

В строительных фирмах существует значительная потребность в программах, позволяющих проводить именно календарное планирование. В силу того, что нахождение наиболее эффективного способа реализации проекта по времени при максимально эффективном использовании ресурсов является первоочередным критерием успешности, а при условии возрастающей с каждым днем конкуренции — гарантом существования организации.

К требованиям для программного обеспечения для автоматизации расчета параметров ИСП относят:

‒ разработку календарных графиков выполнения работ с поддержкой иерархической структуры;

‒ возможность построения графиков потребностей в ресурсах, графиков расходования денежных средств, связанных с затратами на проект проектирование и на отдельные виды работ, ресурсов необходим компонент планирования ресурсного обеспечения;

‒ наличие сервисов планирования широкого спектра ресурсов — от исполнителей и механизмов (возобновляемых ресурсов), до материалов (расходуемых ресурсов);

‒ возможность моделирования различных вариантов инвестиционно-строительного проекта (модель позволяет провести анализ расходов при изменении времени и затрат ресурсов на выполнение этапов работ и подобрать наиболее оптимальный);

‒ возможность нахождения наиболее «экономного» варианта реализации проекта за счет оптимизации стоимости компонент проекта при проведении проекта в различные сроки, привлечении альтернативных ресурсов;

‒ проведение анализа распределения затрат на элементы объекта, на проведение строительных работ различных типов в рамках утвержденного бюджета;

‒ возможность интеграции в корпоративные информационные системы (КИС), импорт-экспорт информации в программы составления строительных смет, а также складские, бухгалтерские программные комплексы.

Для решения задач подобного класса используется специальный класс программного обеспечения — системы календарного планирования и контроля реализации проектов.

Итак, рассмотренные системы обеспечивают поддержку основных процессов временного, ресурсного и стоимостного планирования и контроля на основе алгоритмов сетевого планирования, метода критического пути (некоторые даже ресурсно-критического), метода освоенного объема и т. п.

2. Методика разработки транспортной схемы организации строительства на основе методов блочного-линейного программирования

Транспортная задача — это задача о наиболее экономном плане перевозок однородного продукта из пунктов производства (станций отправления) в пункты потребления (станции назначения).

Общая формулировка.

Некоторый однородный продукт производится в m пунктах производства A₁, А₂,…,A_m. Задан объём производства a_i пункта A_i (). Произведённый продукт должен быть перевезён в n пунктов потребления B₁, B₂, …,B_n. Известен спрос b_j пункта B_j (). Заданы также транспортные издержки C_ij, связанные с перевозкой единицы продукта из пункта A_i в пункт B_j. Требуется составить план перевозок, обеспечивающий при минимальных транспортных расходах удовлетворение спроса всех пунктов потребления за счёт продукта, произведённого во всех пунктах производства.

В поставленной задаче обозначив через х_ij количество единиц груза, запланированных к перевозке от i-го поставщика к j-му потребителю, сведём задачу в так называемую матрицу планирования, представленную в таблице 1.

Таблица 1

Матрица планирования

Поставщики	Потребители									Запасы
	B1		…	Bj		…	Bn
A1		x11			x1j			x1n		a1
	c11		…	c1j		…	c1n
…	…		…	…		…	…			…
Ai		xi1			xij				xin	ai
	ci1		…	cij		…	cin
…	…		…	…		…	…			…
Am		xm1			xmj				xmn	am
	cm1			cmj			cmn
Потребности	b1		…	bj		…	bn			ai bj

Тогда математическая формулировка транспортной задачи сводится к минимизации линейной формы

при ограничениях:

‒ ограничение по запасам:

‒ ограничение по потребностям:

Различают задачи с закрытой моделью, когда a_i=b_j и открытой моделью, когда a_ib_j, т. е. баланс между запасами и потребностями отсутствует.

Необходимым и достаточным условием разрешимости транспортной задачи является равенство суммарных запасов суммарным потребностям, т. е.

(1.5)

Если , то вводят фиктивный (n+1)-й пункт назначения с потребностью и полагают c_i,n+1=0, .

Если , то вводят фиктивный (m+1)-й пункт отправления с запасами и принимают c_m+1,j=0, .

Основные особенности транспортной задачи:

1) ограничения заданы в виде равенств;

2) каждая неизвестная входит лишь в 2 уравнения;

3) коэффициенты при неизвестных равны 1.

И хотя транспортная задача относится к задачам линейного программирования, в связи с вышеперечисленными особенностями для её решения созданы специальные алгоритмы.

Решение транспортной задачи разбивается на 2 этапа:

1) Определение начального опорного плана.

2) Улучшение опорного плана.

Опорный план называется невырожденным, если содержит ровно (m+n-1) перевозку. Если перевозок меньше, чем m+n-1, то это вырожденный опорный план.

Для решения транспортной задачи используют различные методы, такие как: метод северо-западного угла, метод минимальной стоимости, метод Фогеля и метод потенциалов. В рамках данной работы рассматривается решение транспортной задачи методом Фогеля.

При определении опорного плана транспортной задачи методом аппроксимации Фогеля на каждой итерации по всем столбцам и по всем строкам находят разность между двумя записанными в них минимальными тарифами. Эти разности записывают в специально отведенных для этого строке и столбце в таблице условий задачи. Среди указанных разностей выбирают минимальную. В строке (или столбце), которой данная разность соответствует, определяют минимальный тариф. Клетку, в которой он записан, заполняют на данной итерации.

Если минимальный тариф одинаков для нескольких клеток данной строки (столбца), то для заполнения выбирают ту клетку, которая расположена в столбце (строке), соответствующем наибольшей разности между двумя минимальными тарифами, находящимися в данном столбце (строке).

Входные данные в рамках решения транспортной задачи методом Фогеля:

‒ количество перевозчиков;

‒ количество потребителей;

‒ элементы матрицы затрат, значения запасов и потребностей:

Матрица затрат:

Элементы матрицы a_ij соответствуют затратам на перевозку единицы продукции из пункта i в пункт j.

Матрица потребностей

Элементы матрицы b_i соответствуют потребностям в продукции в пункте i..

Матрица запасов

Элементы матрицы с_i соответствуют величине запасов продукции в пункте i.

Результатом решения транспортной задачи методом Фогеля является матрица перевозок и величина стоимости перевозки.

Матрица перевозок:

Элементы матрицы d_ij соответствуют объему перевозки единицы продукции из пункта i в пункт j.

Стоимость перевозки

Литература:

1. Зайцев, М. Г. Методы оптимизации управления и принятия решений: Примеры, задачи, кейсы: Учебное пособие / М. Г. Зайцев, С. Е. Варюхин; Рецензент С. Р. Филонович. — М.: ИД Дело РАНХиГС, 2011. — 640 c.
2. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 2008. -286с.
3. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Теория эксперимента: прошлое, настоящее, будущее. -М.: Знание, 2010. -64с.
4. Алексеенко Н. Н. Методика построения системы технического обслуживания электронного оборудования электровозов однофазно -постоянного тока: Дис. канд. техн. наук: 05.09.03. -М., 2010. -188с.
5. Андронов A. M. Решение некоторых задач организации и планирования технического обслуживания самолетов методами математической теории массового обслуживания: Дис. канд. техн. наук: 05.22.14. -Утв. -Рига, 1991. -229с.
6. Вагнер Г. Основы исследования операций. -М.: Мир, 2009. -т. 3. -501с.
7. Курицкий Б. Я. Оптимизация вокруг нас.-Л.:Машиностроение,1989.-144с.
8. Зайченко Ю. П. Исследование операций.- К.:Выща шк.,1988.-552с.
9. Вентцель Е. С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология: Учеб. пособие для студ. втузов. — 2-е изд., стер. — М. Высш. шк., 2001.
10. Теория игр: учеб. пособие / В. М. Дуплякин — Самара: Изд-воСамар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. — 191 с.
11. Моделирование микроэкономики: Учебное пособие для вузов / Е. Ю. Дорохина, М. А. Халиков, Рос. экон. акад. им. Г. В. Плеханова. — М.: Экзамен, 2003. — 222 с.
12. Линейное программирование. / Васильев Ф. П. Иваницкий А. Ю. — М.: Факториал Пресс. 2003. — 352 с.
13. Хоботов Е. Н., Управление в технических системах. Ч. 1. Управление запасами, Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, М., 2001