Мудрый Экономист

Методология решения задачи структурной и параметрической оптимизации системы таможенного контроля методом имитационного моделирования

"Вестник Российской таможенной академии", 2014, N 4

В статье предложен подход к решению задачи оптимизации структуры и параметров системы таможенного контроля методом имитационного моделирования. Предлагаемый подход может быть использован при выборе стратегии таможенного контроля, его форм, методов и инструментов для конкретных условий внешнеэкономической деятельности.

Современная система таможенного контроля представляет собой сложную организованную совокупность информационно-технических, технологических и методических средств, обеспечивающих контроль за соблюдением таможенного законодательства Таможенного союза, законодательства государств - членов Таможенного союза, международных договоров и соглашений при перемещении товаров и транспортных средств через таможенную границу Таможенного союза. Такая система характеризуется множеством взаимосвязанных процессов, операций и явлений, вероятностным характером результатов контрольно-проверочных мероприятий: на различных видах транспорта (авиационном, железнодорожном, автомобильном, морском, трубопроводном); в различных видах внешнеэкономической деятельности (ВЭД) (экспорте, импорте, транзите); по различным категориям перемещаемых материальных потоков (пассажирам, товарам, почте, транспортным средствам, топливу, валюте и др.); по различным категориям товара (ценному, опасному, скоропортящемуся, флоре, фауне и т.д.); с различными участниками ВЭД (экспортерами и импортерами, экспедиторами и перевозчиками, брокерами, банками) [1].

При исследовании подобных систем одной из проблемных задач является задача структурной и параметрической оптимизации. Ее суть состоит в выборе наилучшей (оптимальной) структуры и параметров системы для конкретных условий ее деятельности. Решение такой задачи во многом определяет стратегию, формы и методы таможенного контроля в конкретных условиях и предполагает наличие соответствующего научно-методического аппарата. Общим базисом этого аппарата является методология. Целью настоящей статьи является разработка методологии решения задачи оптимизации структуры и параметров применительно к системе таможенного контроля товаров, перемещаемых через таможенную границу Таможенного союза.

Как правило, предварительным этапом любой оптимизации параметров являются их количественная оценка и всесторонний анализ факторов и параметров, в рамках которых проводится оптимизация [2]. Для оптимизации структуры и параметров системы таможенного контроля это не является исключением.

Предлагаемая методология решения задачи структурной и параметрической оптимизации системы таможенного контроля представлена на рис. 1. Она включает три группы системных исследований: оперативно-стратегические, технико-экономические и системотехнические.

Методологическая схема решения задачи структурной и параметрической оптимизации системы таможенного контроля

      Оперативно-стратегические               Технико-экономические
исследования исследования
------------------------------------¬ ----------------------------------¬
¦Анализ и определение: ¦ ¦Анализ и определение: ¦
¦- проблем, цели, задач и функций ¦ ¦- технической, технологической и ¦
¦ системы таможенного контроля ¦ ¦ информационной оснащенности ¦
¦ (объекта исследования); ¦ ¦ системы таможенного контроля ¦
¦- факторов, показателей и критериев¦<->¦ (основных допущений); ¦
¦ оценки исследуемого объекта; ¦ ¦- ресурсных ограничений ¦
¦- технических, информационных и ¦ ¦ (трудовых, материальных, ¦
¦ технологических характеристик ¦ ¦ финансовых, временных и т.п.); ¦
¦ объекта исследования; ¦ ¦- пределов изменения ограничений ¦
¦- характеристик внешней среды ¦ ¦ ¦
L-T------T--------------------------- L------------------------T------T--
/¦ ¦/ Системотехнические исследования ¦/ /¦
¦ ----+-------------------------------------------------------+---¬ ¦
¦ ¦- Разработка альтернативных вариантов структуры системы ¦ ¦
¦ ¦ таможенного контроля (объекта исследования). ¦ ¦
¦ ¦- Анализ и оценка реализуемости задач, функций, технологий для ¦ ¦
¦ ¦ альтернативных вариантов структуры системы таможенного ¦ ¦
¦ ¦ контроля. ¦ ¦
¦ ¦- Определение требуемых ресурсов (трудовых, материальных, ¦ ¦
L--+ временных, финансовых и др.) для реализации задач, функций, +---
-->¦ технологий таможенного контроля. ¦<-¬
¦ ¦- Оптимизация параметров системы таможенного контроля в ¦ ¦
¦ ¦ последовательности: технологии - функции - структура - ¦ ¦
¦ ¦ параметры. ¦ ¦
¦ ¦- Выбор и обоснование рациональных вариантов структуры системы ¦ ¦
¦ ¦ таможенного контроля ¦ ¦
¦ L--------------------------------T------------------------------- ¦
¦ ¦/ ¦
¦ ---------------------------------+------------------------------¬ ¦
L--+Принятие решений относительно рациональных вариантов структуры +---
¦и параметров системы таможенного контроля ¦
L--------------------------------T-------------------------------
¦/
---------------------------------+------------------------------¬
¦Разработка предложений и рекомендаций относительно ¦
¦совершенствования, модернизации структуры и параметров системы ¦
¦таможенного контроля ¦
L----------------------------------------------------------------

Рис. 1

При оперативно-стратегических исследованиях определяются проблемы, цели и задачи, место и роль системы таможенного контроля в общей структуре государственного контроля ВЭД, формируются показатели и критерии оценки деятельности таможенных органов по реализации функции таможенного контроля, а также условия воздействия внешней среды (состояние ВЭД, информационные и материальные потоки, международные нормы, таможенное и национальное законодательство и др.). Для проведения оперативно-стратегических исследований используются, как правило, экспертные методы, тренинги, методы статистического анализа.

Технико-экономические исследования проводятся с целью определения допущений и ограничений, в рамках которых осуществляется деятельность таможенных органов по реализации функции таможенного контроля с учетом товарной и транспортной специализации, особенностей ВЭД (импорта, экспорта, транзита), специфики категорий перемещаемых товаров и участников ВЭД, а также с учетом имеющихся в распоряжении таможенных органов ресурсов (информационно-технических, технологических, методических, кадровых, финансовых, временных). Методической базой для проведения такого рода работ являются методы экспертного анализа различного рода нормативных документов, методы сравнения и аналогий, а также методы информационного и функционального обследования деятельности таможенных органов по реализации функций таможенного контроля.

В группу системотехнических исследований входят:

На этапе системотехнических исследований основными методами являются методы математического моделирования, в частности имитационное моделирование.

Следует отметить, что в системных исследованиях сложных объектов имитационное моделирование достаточно успешно применяется в случаях, если:

Решение задачи оптимизации структуры и параметров системы таможенного контроля методом имитационного моделирования представляет собой итерационный процесс построения и корректировки модели, исследования и оценки ее поведения, определения множества рациональных вариантов структуры и параметров модели с точки зрения поставленной цели. Методическая схема применения метода имитационного моделирования для решения задачи структурной и параметрической оптимизации системы таможенного контроля приведена на рис. 2. Рассмотрим содержание работ на этапах моделирования.

Методическая схема имитационного моделирования для решения задачи структурной и параметрической оптимизации системы таможенного контроля

   ------------------------------------------------------------------¬
-->¦Этап 1. Постановка задачи и определение целей имитационного ¦<-¬
¦ ¦моделирования процессов таможенного контроля ¦ ¦
¦ L----------------------------------T------------------------------- ¦
¦ ¦/ ¦
¦ -----------------------------------+------------------------------¬ ¦
¦ ¦Этап 2. Информационное и функциональное обследование объекта ¦<-+
¦ ¦моделирования - системы таможенного контроля ¦ ¦
¦ L----------------------------------T------------------------------- ¦
¦ ¦/ ¦
¦ --------------------------------+---------------------------------+-¬
¦ ¦Этап 3. Формализация процессов таможенного контроля: ¦
¦ ¦- построение формализованной схемы исследуемого процесса (модели); ¦
¦ ¦- определение параметров формальных приборов модели; ¦
¦ ¦- оценка адекватности модели ¦
¦ L-------------------------------T---------------------------------T--
¦ ¦/ /¦
¦ -----------------------------------+------------------------------¬ ¦
+->¦Этап 4. Планирование имитационных экспериментов с моделью и ¦ ¦
¦ ¦формирование задания на моделирование ¦ ¦
¦ L----------------------------------T------------------------------- ¦
¦ ¦/ ¦
¦ -----------------------------------+------------------------------¬ ¦
¦ ¦Этап 5. Компьютерная реализация модели (формирование и ввод +---
¦ ¦исходных данных, генерация имитационной модели) ¦<-¬
¦ L----------------------------------T------------------------------- ¦
¦ ¦/ ¦
¦ -----------------------------------+------------------------------¬ ¦
¦ ¦Этап 6. Постановка имитационных экспериментов (исследование ¦ ¦
¦ ¦альтернативных вариантов структуры системы таможенного контроля) ¦ ¦
¦ L----------------------------------T------------------------------- ¦
¦ ¦/ ¦
¦ -----------------------------------+------------------------------¬ ¦
¦ ¦Этап 7. Анализ и интерпретация результатов моделирования, ¦ ¦
¦ ¦сравнительный анализ альтернативных вариантов системы ¦ ¦
¦ L----------------------------------T------------------------------- ¦
¦ ¦/ ¦
¦ -----------------------------------+------------------------------¬ ¦
¦ ¦Этап 8. Оптимизация структуры и параметров системы таможенного ¦ ¦
¦ ¦контроля через анализ поведения модели системы ¦ ¦
¦ L----------------------------------T------------------------------- ¦
¦ ¦/ ¦
¦ -----------------------------------+------------------------------¬ ¦
L->¦Этап 9. Корректировка модели в соответствии с результатами +---
¦оптимизации системы таможенного контроля ¦
L------------------------------------------------------------------

Рис. 2

Этап 1. Постановка задачи и определение целей моделирования. Вербально постановку задачи можно сформулировать следующим образом.

Для заданных вариантов структуры системы таможенного контроля, параметров ВЭД, целей, задач и функций таможенного контроля, управляющих и информационных связей между элементами системы (процессами, операциями), информационно-технических, технологических и методических ресурсов системы:

а) осуществить экспериментальное моделирование и определить множество параметров функционирования системы таможенного контроля, характеризующих его качество и результативность, в частности: время реализации таможенных операций, длины очередей на обслуживание, загрузку рабочих мест (время работы и простоев, в том числе вынужденных простоев), пропускные способности таможни, таможенного поста и (или) отдельных трактов обработки заявок, "узкие" места в системе таможенного контроля, количество выявленных нарушений таможенных правил и др.;

б) провести сравнительный анализ, оценку и выбор рациональных вариантов структуры и параметров модели и системы таможенного контроля в соответствии с поставленной целью.

Этап 2. Информационное и функциональное обследование системы таможенного контроля. В процессе обследования системы определяются релевантные факторы, параметры, процессы и операции (т.е. наиболее существенные с точки зрения поставленной цели), связи и характер взаимодействия между ними, а также релевантные взаимодействия с внешней средой (внешние информационные и управляющие элементы и связи). Здесь же решается вопрос об уровне детализации модели в соответствии с поставленной целью моделирования и целесообразностью дальнейшей детализации исследуемых процессов.

Этап 3. Формализация процессов таможенного контроля и построение формализованной схемы исследуемого процесса, т.е. структурной модели. Для проведения таких работ предлагается использовать инструмент формализации процессов таможенного контроля на базе агрегатного подхода по схеме "система - устройство - агрегат" [4; 5]. При этом определяются параметры формальных приборов обслуживания: для "системы" определяются параллельные процессы таможенного контроля. Здесь под процессом понимается тесная связь закономерно следующих друг за другом операций (фаз обработки сообщений), представляющих непрерывное единое движение к достижению цели (выполнению функций, задач) таможенного контроля. Для "устройств" устанавливаются условия и приоритетность включения агрегатов (т.е. приоритетность выполнения операций в процессе). Для "агрегатов" определяются информационные и управляющие параметрические связи, условия включения и выключения (формируются ключевые слова), время обслуживания агрегатов или условия их получения в модели, способы и дисциплины обслуживания, способы формирования очередей и принципы выборки из них. Определяются связи формальных приборов с окружающей средой. В соответствии с принятым агрегатным подходом к формализации процессов таможенного контроля при построении моделирующего алгоритма в качестве механизма имитации процессов таможенного контроля может быть использован метод повременного моделирования со случайным шагом (моделирование по "особым" состояниям) [5]. На этом этапе задаются параметры входных сообщений. Здесь под сообщением будем понимать определенное количество информации, поступающей в систему таможенного контроля, проходящей через нее и требующей "обслуживания". Обязательным условием является включение "отрицательных" воздействий на процесс таможенного контроля.

В результате выполнения указанных выше работ получаем структурную динамическую модель исследуемого процесса с заданными свойствами. Оценка адекватности такой модели ее реальному состоянию осуществляется путем логического сопоставления структуры модели, ее характеристик с целями и задачами моделирования (с результатами информационного и функционального обследования системы таможенного контроля, полученными на этапе 2).

Этап 4. Планирование имитационных экспериментов. Планирование экспериментов осуществляется в соответствии с поставленными целями и задачами моделирования. При этом определяются условия проведения эксперимента, время моделирования, количество реализаций, требуемых для получения необходимой точности результатов моделирования, осуществляется выбор начального состояния модели, режимов выдачи, объема и содержания отчетов по результатам моделирования, формы их выдачи, определяются количество исследуемых параметров и последовательность их варьирования на пути к оптимальной структуре и параметрам исследуемой системы таможенного контроля. В результате планирования эксперимента формируется задание на моделирование альтернативных вариантов структуры системы таможенного контроля.

Этап 5. Компьютерная реализация имитационной модели. Процесс имитационного моделирования заключается в построении компьютерной модели и проведении имитационных экспериментов. В соответствии с предложенными в работах [4; 5] инструментами формализации процессов таможенного контроля по схеме "система - устройство - агрегат", механизмом повременного моделирования процессов по "особым состояниям" и базовой структурой системы имитационного моделирования (СИМ) построение имитационной модели осуществляется по схеме, представленной на рис. 3.

Информационная схема построения и исследования модели системы таможенного контроля

                  --------------------------------------¬
-----+ Исследователь (пользователь модели) +--¬
Формализация ¦ L-----------------------------T-------- ¦ Анализ
объекта ¦ ¦ Запуск ¦ результатов
¦ ¦ модели ¦ моделирования
- - - - - - -+ - - - - - -- - - - - -¬- - - - - + - - - - -+ - - - - - - -¬
¦ Подсистема формализации процессов ¦¦ Подсистема имитационного ¦
таможенного контроля моделирования
¦ ¦¦ ¦
Система Инструменты
¦ таможенного формализации ¦¦ ¦
контроля - процессов
¦ объект таможенного ¦¦----------------¬-----------------¬¦
моделирования контроля ¦ Генерация ¦¦ Подсистема ¦
¦---------------¬ ------------------¬¦¦¦входного потокদ обеспечения ¦¦
¦ Реальный ¦ ¦ "Система" ¦ L-T--T-----------L-----------T--T--
¦¦ объект ¦ +-----------------+¦¦ /¦/¦ /¦/¦ ¦
¦ (процесс) ¦ ¦ "Устройство" ¦ ¦ ¦ ------------------¬ ¦ ¦
¦¦ ------------¬¦ +-----------------+¦¦ ¦ L->¦ Моделирующий ¦<-- ¦ ¦
¦ L-T---T---T--¦ ¦ "Агрегат" ¦ ¦ -->¦ алгоритм ¦<-¬ ¦
¦¦ -+¬ -+¬ -+¬ ¦ L------------------¦¦ ¦ ¦ L------------------ ¦ ¦ ¦
¦ LT- L-- LT- ¦ ------------------¬ ¦/¦/ ¦/¦/
¦¦ --+¬ --+¬ ¦ ¦Модель объекта п¦--+--+----------¬------------+--+-¬¦
¦-+¬-+¬ -+¬-+¬+>¦ схеме "система -¦ ¦ Генерация ¦¦ Формирование ¦
¦¦L--L-- L--L--¦ ¦ устройство - ¦¦¦¦ модели ¦¦ результатов ¦¦
¦ ¦ ¦ агрегат" ¦ ¦ ¦¦ моделирования ¦
¦L-------T------- L-------T----------¦¦L----T-----------L-----------T-----¦
¦ ¦ /¦ ¦
L - - - -+ - - - - - - - -+ - - - - --L - - + - - - - - - - - - - - + - - -
¦/ ¦/ Задание на ¦ моделирование ¦/
---------+------¬---------+---------¬-------+---------¬-------------+-----¬
¦Формализованно妦 Формализованная ¦¦ Ввод исходных ¦¦ Выбор оптимальной¦
¦ описание ¦¦ схема объекта ¦¦данных и задания¦¦ (рациональной) ¦
¦ процессов ¦¦ (структурная ¦¦на моделировани妦 структуры и ¦
¦ таможенного ¦¦ модель и описани妦 (план ¦¦параметров системы¦
¦ контроля ¦¦ ее параметров) ¦¦ эксперимента) ¦¦ таможенного ¦
¦ ¦¦ ¦¦ ¦¦ контроля ¦
L----------------L-------------------L-----------------L-------------------

Рис. 3

В результате формализованного описания исследуемого объекта по схеме "система - устройство - агрегат" и описания параметров формальных элементов (см. рис. 3) получаем структурную модель исследуемого объекта - формализованную схему. Такая схема несет в себе исходные данные для построения компьютерной модели. Исходные данные могут быть представлены в табличном или графическом виде. Выбор способа и разработка языка представления исходных данных являются отдельной задачей имитационного моделирования и в большинстве случаев прерогативой математиков-программистов, осуществляющих разработку программных средств СИМ.

Построение компьютерной модели происходит автоматически путем ввода исходных данных структурной модели и задания на моделирование. По команде исследователя "запуск модели" осуществляется генерация входного потока сообщений к входным агрегатам, и далее в соответствии с формализованной схемой исследуемого объекта осуществляются имитация исследуемого процесса и фиксация поведения его элементов (т.е. фиксация переменных состояния исследуемого процесса таможенного контроля).

Этап 6. Постановка имитационных экспериментов. Компьютерная имитация исследуемого процесса таможенного контроля и фиксация поведения системы и ее элементов, в соответствии с планом эксперимента, составляют содержание данного этапа работ. Управление процессом моделирования и выдача результатов осуществляются соответствующими средствами СИМ автоматически, по сформированному заранее заданию на моделирование (см. рис. 3).

Этап 7. Анализ и интерпретация результатов моделирования. Предметом анализа являются количественные оценки потоков сообщений в модели и их качественные характеристики, временные параметры обслуживания сообщений и их статистические оценки математического ожидания и дисперсии. В прикладном аспекте интерпретация результатов моделирования может быть представлена в виде следующих показателей:

В результате анализа формулируются выводы относительно поведения исследуемой системы таможенного контроля, ее параметров и показателей, выдвигаются гипотезы и предложения относительно оптимизируемых структуры и параметров модели.

Этап 8. Оптимизация структуры и параметров системы таможенного контроля осуществляется через анализ поведения модели и сравнительный анализ ее альтернативных вариантов, результаты которых получаются путем варьирования параметров, корректировки модели и постановки новых имитационных экспериментов. При этом не исключается использование расчетных формул и (или) аналитических методов оптимизации.

Этап 9. Корректировка модели и проведение дополнительных экспериментов осуществляются по результатам оптимизационных мероприятий (результатам моделирования).

В результате итерационного процесса построения и корректировки модели, анализа и оценки поведения модели определяем множество рациональных вариантов структуры системы таможенного контроля для конкретных условий ВЭД и ограничений, в рамках которых осуществляется деятельность таможенных органов. С учетом многофакторности и многопараметричности исследуемой системы такое множество может достигать большой размерности, что затрудняет процесс выбора и принятия решения относительно рациональных вариантов структуры и параметров системы таможенного контроля (см. рис. 1). Для уменьшения размерности задачи выбора и обоснования принятия решения можно применить метод выделения "паретовских" решений [3; 6]. В основу метода положена идея парного сравнения альтернатив, в результате которого все худшие (заведомо невыгодные и (или) неконкурентоспособные) по всем показателям решения отбрасываются и остаются только доминирующие решения, так называемые оптимальные по Парето (не строго оптимальные, но наилучшие и приемлемые по ряду критериев). В результате такой "оптимизации по Парето" множество альтернатив, как правило, сильно уменьшается. Выбор, обоснование и принятие решений относительно поставленной проблемы структурной и параметрической оптимизации системы таможенного контроля осуществляются на базе методов принятия решений и являются прерогативой системного анализа и управления.

Таким образом, предложенные методология решения задачи структурной и параметрической оптимизации системы таможенного контроля и методическая схема имитационного моделирования могут быть использованы в качестве инструментария при выборе оптимальной стратегии таможенного контроля, его форм, методов и инструментов для конкретных условий ВЭД и с учетом имеющихся ресурсов таможенных органов.

Использованные источники

  1. Липатова Н.Г., Анисимов Е.Г., Черныш А.Я., Карпов А.Н. Понятия и определения в области исследования проблем таможенного дела: Монография. М.: Изд-во Российской таможенной академии, 2010. 92 с.
  2. Анисимов В.Г., Анисимов Е.Г., Липатова Н.Г., Черныш А.Я. Применение математических методов при проведении диссертационных исследований: Учебник. М.: Изд-во Российской таможенной академии, 2011. 514 с.
  3. Липатова Н.Г. Моделирование информационных систем в таможенном деле: Учебное пособие. М.: РИО РТА, 2006. 268 с.
  4. Липатова Н.Г. Инструменты формализации процессов таможенного контроля и механизм их имитации при моделировании // Вестник Российской таможенной академии. 2014. N 2. С. 58 - 65.
  5. Липатова Н.Г. Система имитационного моделирования для исследования процессов таможенного контроля // Вестник Российской таможенной академии. 2014. N 3. С. 131 - 139.
  6. Анисимов В.Г., Анисимов Е.Г., Ведерников Ю.В., Матросов В.В., Черныш А.Я. Модели и методы решения задач управления инновационными проектами: Монография. М.: Изд-во Российской таможенной академии, 2009. 92 с.

Н.Г.Липатова