Модели и методы управления научно-исследовательскими проектами с применением инструментов теории игр

Актуальность темы исследования Диссертация посвящена решению научной проблемы несовершенства существующей методологической базы принятия решений по управлению научно-исследовательскими проектами, что снижает качество управления и эффективность функционирования системы в целом. Актуальность решения научной проблемы заключается в следующем: 1. Необходимость повышения оптимальности принимаемых решений по управлению научно-исследовательскими проектами за счёт разработки и внедрения научно-обоснованных практик управления в организационных системах. 2. Необходимость повышения эффективности выполнения исследований и разработок в условиях ограничений на использование ресурсов и высокой неопределённости. 3. Несовершенство существующих моделей и методов управления научно-исследовательскими проектами, заключающееся в отсутствии комплексного подхода к описанию и исследованию стратегических взаимодействий, составляющих научно-исследовательский проект. 4. Соответствие приоритетам в сфере повышения производительности труда согласно Указу Президента от 07.05.2018 № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» в части разработки и внедрения передовых управленческих, организационных и технологических решений для повышения производительности труда (п. 9, б). 5. Соответствие задачам научно-технологического развития Российской Федерации согласно Указу Президента от 01.12.2016 № 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» в части содействия формированию эффективной современной системы управления в области науки, технологий и инноваций, обеспечивающей повышение результативности исследований и разработок (п. 29, г). Степень разработанности темы исследования Проблеме принятия обоснованных решений в условиях неопределённости, характерных для сложных организационных систем, к которым относится и научно-исследовательский проект, уделяется большое внимание в мировом научном сообществе. Основоположниками данного научного направления признаются Ф.У. Тейлор, Г. Форд, А.П. Роу, П. Блэкетт, С. Цукерман. Наиболее значимыми современниками, проводящими свои исследования в данной области, являются М. Уилкинсон, Г. Лапорт, Д.Ф. Кордо, Е. Демир, Т. Бекташ. Среди российских ученых выделяются Ю.М. Ермольев, Д.А. Иванов, Б.Т. Поляк, А.Ю. Веретенников. Отдельный сегмент представляют исследователи, использующие инструменты теории игр для решения задач принятия решений в организационных системах. Наиболее известны исследования Дж. Нэша, Дж. Харсаньи, Р. 4 Зельтена, Р. Аумана и Т. Шеллинга, Л.С. Шепли и Э.Э. Рота, О. Харта и Б. Хольмстрёма, П. Милгрома и Р. Уилсона. Среди современных научных школ в управлении организационными системами с применением теории игр выделяются: Айзенбергская школа менеджмента (Амхерст, США) в лице А. Нагерни, П. Даниеле, П. Дутта; функционирующая в Университете Тегерана (Иран) научная группа в лице А.А. Талейзадех, М. Раббани; научная группа Технологического университета Онтарио (Канада) в лице С. Кэрри и ряда ассоциированных ученых – С.П. Сиге, А. Базарган, Г. Мартин-Херран, С. Зольфагхари; научная школа Л.А. Петросяна (Санкт-Петербургский государственный университет); научная группа В.Н. Буркова и Д.А. Новикова (Институт проблем управления РАН); научная группа В.А. Гурвича (Высшая школа экономики). Работы данных групп вносят существенный вклад в развитие методологической базы решения моделей теории игр, но для практического применения данных методов при принятии управленческих решений необходима их адаптация к конкретным классам организационных систем. Объектом исследования является научно-исследовательский проект как организационная система с комплексом стратегических взаимодействий заинтересованных сторон на траектории жизненного цикла проекта. Предметом исследования является управление стратегическими взаимодействиями заинтересованных сторон в рамках реализации научно-исследовательского проекта. Целью исследования является разработка моделей и методов интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений в научно-исследовательском проекте как организационной системе с комплексом стратегических взаимодействий заинтересованных сторон. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: 1. Определить существующий уровень исследований в научном направлении управления проектами с применением инструментов теории игр. 2. Разработать базовую теоретико-игровую модель стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта на основе соответствующей онтологической модели. 3. Предложить метод разработки и исследования частных моделей отдельных стратегических взаимодействий, составляющих научно-исследовательский проект как комплекс стратегических взаимодействий заинтересованных сторон, на основе базовой теоретико-игровой модели стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта. 4. Разработать и исследовать посредством предложенного метода частные модели отдельных стратегических взаимодействий заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта. 5. Выполнить апробацию разработанных частных моделей отдельных стратегических взаимодействий заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта. Научная новизна Настоящее исследование направлено на приращение научного знания в области повышения эффективности управления в организационных системах. Научная новизна обусловлена предложенным развитием существующих теоретических и инструментальных основ принятия обоснованных управленческих решений в сложных организационных системах, в частности, с применением инструментария теории игр. В рамках выполнения диссертационного исследования: 1. Разработана базовая теоретико-игровая модель стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта, отличающаяся функционально-полным составом элементов, присущих объекту исследования, и предназначенная для разработки частных моделей стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта. 2. Предложен метод разработки и исследования частных моделей отдельных стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта, отличающийся возможностью оценки оптимальности равновесных исходов и предназначенный для разработки и исследования частных моделей, обеспечивая возможность определения равновесных исходов и оценки результативности мер по повышению их оптимальности. 3. Разработаны частные теоретико-игровые модели отдельных стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта, предназначенные для их исследования и отличающиеся возможностью определения равновесных исходов и оценки результативности мер по повышению их оптимальности. Область исследования соответствует Паспорту научной специальности 2.3.4 «Управление в организационных системах», содержит положения и результаты, соответствующие направлениям исследований: п. 1 (Разработка теоретических основ управления в организационных системах); п. 3 (Разработка методов и алгоритмов решения задач управления в организационных системах); п. 7 (Разработка моделей и методов управления организационными проектами); п. 9 (Разработка методов и алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений в организационных системах). Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в развитии методологической и инструментальной базы управления в организационных системах с применением аппарата теории игр в части разработки базовой теоретико-игровой модели стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта 6 и метода разработки и исследования частных моделей отдельных стратегических взаимодействий на основе базовой модели. Практическая значимость полученных результатов заключается в использовании частных моделей для поддержки принятия решений при управлении научно-исследовательскими проектами в части прогнозирования наиболее вероятных исходов отдельных стратегических взаимодействий и их перепроектирования с целью повышения оптимальности прогнозируемых исходов. Рекомендуется использование результатов работ для решения задач управления научно-исследовательскими проектами в научных и образовательных организациях, промышленных предприятиях, малых инновационных предприятиях и иных организациях, непосредственно осуществляющих научную, научно-техническую и инновационную деятельность с целью повышения результативности исследований и разработок. Методы исследования Для решения задачи поддержки принятия решений по управлению научно-исследовательскими проектами используется расширенный инструментарий теории игр как научного направления на стыке прикладной математики, информатики и кибернетики, изучающего оптимальные решения стратегических агентов в рамках их взаимодействий. Положения, выносимые на защиту: 1. Базовая теоретико-игровая модель стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта отличается функционально-полным составом элементов, присущих объекту исследования, и позволяет разрабатывать частные модели стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта. 2. Метод разработки и исследования частных моделей отдельных стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта, на основе базовой теоретико-игровой модели стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта, позволяет разрабатывать и исследовать частные модели с применением инструментария теории игр. 3. Частные теоретико-игровые модели отдельных стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта, позволяют исследовать соответствующие стратегические взаимодействия, определять их равновесные исходы и оценивать результативность мер по повышению их оптимальности. 4. Практическое использование частных теоретико-игровых моделей отдельных стратегических взаимодействий заинтересованных сторон в управлении научно-исследовательскими проектами позволяет формировать оптимальные по размеру научные коллективы, повышать результативность участия в конкурсных процедурах на реализацию научно-исследовательских 7 проектов и получать больший объём научного результата за счёт перераспределения задач между участниками научного коллектива. Степень достоверности и апробация результатов Полученные в ходе диссертационного исследования результаты представлены на 15 всероссийских и международных профильных научных и научно-практических конференциях: IBIMA Conference (№33 и №34 (2019), №35 (2020)), World Conference on Smart Trends in Systems, Security and Sustainability (WorldS4 – 2019); International Scientific Conference “Digital Transformation on Manufacturing, Infrastructure and Service” (DTMIS – 2020 и 2022); Международная научная и учебно-практическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении» (SAEC – 2021 и 2022); Всероссийская студенческая учебно-научная конференция «Управление инновациями в условиях цифровой трансформации» (IQ – 2022 и 2023); International Scientific Conference on Innovations in Digital Economy (IDE – 2021 и 2022); Всероссийская научно-практическая конференция «Экономика и индустрия 5.0 в условиях новой реальности» (ИНПРОМ – 2022); International Conference for Information Systems and Design (ICID – 2022); Всероссийская конференция с международным участием «Экономика цифровой промышленности» (ЭКОПРОМ – 2022). Также результаты работ представлены на Всероссийском Конгрессе молодых учёных (2021), международных форумах «Передовые цифровые и производственные технологии» (2021 и 2022), Санкт-Петербургском конгрессе «Профессиональное образование, наука и инновации в XXI веке» (2022), конференции «Преподавание информационных технологий в Российской Федерации» (2023). Результаты работы используются при управлении научно-исследовательскими проектами в лабораториях «Цифровое моделирование индустриальных систем» и «Промышленные системы потоковой обработки данных» Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (в частности, при реализации научно-исследовательского проекта «Разработка комплексной методологии и программных средств цифрового моделирования социотехнических и производственных систем с целью повышения качества принимаемых управленческих решений и оптимизации деятельности компаний реального сектора экономики», Министерство науки и высшего образования РФ, государственное задание № 075-03-2021-050, шифр темы FSEG-2021-0012). Результаты работы также используются в образовательном процессе ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» при подготовке магистров по направлению 27.04.05 «Инноватика» (дисциплина «Математические методы технических объектов управления»), а также при подготовке выпускных квалификационных работ магистров в 8 качестве методологической базы разработки моделей теории игр для принятия решений при управлении организационными системами. Личный вклад соискателя заключается в создании всех основных результатов диссертационного исследования, выносимых на защиту. Публикации По материалам диссертации опубликовано и принято к печати 14 работ, в том числе: – 5 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ; – 4 статьи в зарубежных изданиях, индексируемых в БД Scopus/WoS; – 2 публикации в других изданиях; – 3 свидетельства о государственной регистрации Программ для ЭВМ и Баз данных. Благодарности Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (государственное задание № 075-03-2023004 от 13.01.2023). ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В настоящей диссертационной работе решена актуальная научная задача интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений в научно-исследовательском проекте как организационной системы с комплексом стратегических взаимодействий заинтересованных сторон за счёт развития методологической и инструментальной базы управления научно-исследовательскими проектами с применением аппарата теории игр. 1. Определён существующий уровень исследований в научном направлении управления проектами с применением инструментов теории игр. На основе аналитического обзора сформирована перспективная задача исследования моделей управления научно-исследовательскими проектами с применением инструментов теории игр. 2. Разработана базовая теоретико-игровая модель стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта, отличающаяся функционально-полным составом элементов, присущих объекту исследования, и предназначенная для разработки частных моделей стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта. 3. Предложен метод разработки и исследования частных моделей отдельных стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта, отличающийся возможностью оценки оптимальности равновесных исходов и предназначенный для разработки и исследования частных моделей, обеспечивая возможность определения равновесных исходов и оценки результативности мер по повышению их оптимальности. 4. Разработаны и исследованы посредством предложенного метода частные модели стратегических взаимодействий заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта на примере стратегических взаимодействий формирования научного коллектива; участия научного коллектива в конкурсной процедуре на реализацию научно-исследовательского проекта; решения поисковых задач участниками научного коллектива в процессе выполнения исследований и разработок. 5. Выполнена программная реализация частных моделей отдельных стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта, и их апробация на проектах лабораторий «Цифровое моделирование индустриальных систем» и «Промышленные системы потоковой обработки данных» Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ Петра Великого. Согласно результатам апробации, применение разработанных моделей и методов теории игр при управлении научно-исследовательскими проектами способно повысить объём получаемого научного результата в интервале 2,5–10%. Перспективы дальнейшей разработки темы 1. Разработка частных моделей отдельных стратегических взаимодействий в соответствии с разработанным в рамках настоящего диссертационного исследования методом разработки и исследования частных моделей отдельных стратегических взаимодействий, возникающих в ходе реализации научно-исследовательского проекта, на основе базовой теоретико-игровой модели стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта, с целью изучения отдельных аспектов управления научно-исследовательскими проектами. 2. Программная реализация частных моделей отдельных стратегических взаимодействий заинтересованных сторон научно-исследовательского проекта в виде имитационных эволюционных моделей многократных взаимодействий с целью исследования научно-исследовательского проекта в динамике. 3. Адаптация разработанной базовой теоретико-игровой модели стратегического взаимодействия заинтересованных сторон научно исследовательского проекта к другим типам проектов и организационных систем. 4. Адаптация частной модели формирования научного коллектива применительно к масштабу формирования функционально полного консорциума для реализации комплексных мегапроектов (в первую очередь, проектов уровня «мегасайнс»), нацеленных на поиск решения глобальных проблем-вызовов.