Начало Новости Технологии и ноу-хау  Дайджест Проекты Новосибирский филиал Персоналии Публикации 

INTEGRA.NM

технология нового поколения для решения сложных финансовых и экономических задач

INTEGRA.NM является специализированной программной технологией нового поколения, обеспечивающей решение широкого класса финансовых и экономических задач повышенной сложности в условиях неполноты и неточности исходных данных. Сохраняя эффективность и простоту использования, свойственные обычным электронным таблицам, INTEGRA.NM предоставляет уникальные вычислительные возможности для разработки компьютерных социально-экономических, экономических и финансовых моделей стран, регионов, отраслей производства, корпораций, предприятий.

Создаваемые на базе технологии INTEGRA.NM модели нового поколения обеспечивают эффективное решение ключевых задач административного и производственно-финансового управления, в том числе таких как:

• Анализ перспектив социально-экономического развития и определение реальных границ такого развития.
• Поиск компромиссов между интересами различных участников социально-экономического процесса и выявление ограничений, позволяющих отразить эти интересы при оптимизации политики управления.
• Расчет условий достижения желаемых значений социальных и экономических показателей.
• Анализ экономической эффективности, финансовой устойчивости и риска деятельности отдельных производств, предприятий и групп предприятий.
• Оптимизация стратегии развития региона, его структурных единиц, отраслей экономики, предприятий и групп предприятий.
• Индикативное планирование на всех уровнях управления.
• Экономическое обоснование и оптимизация инвестиционных проектов.
• Разработка и сопровождение оптимального бюджета.
• Прогнозирование возможности образования неблагоприятных ситуаций и определение действий, эти ситуации блокирующих.

Технология INTEGRA.NM поддерживает процесс формирования комплексного плана любой сложности, а также его контроль и корректировку на стадии сопровождения. Одновременно, она может быть использована для решения таких вспомогательные задачи, как:

• Оценка прогнозных рисков с учетом формализуемых и плохо формализуемых факторов,
• Сведение финансовых и ресурсных балансов,
• Согласование оценок фактических и прогнозных показателей,
• Оценка достоверности статистических данных,
• Разрешение выявленных при моделировании противоречий,
• Корректировка модельных расчетов по промежуточным срезам и итогам.

Технология включает развитый набор иллюстративных графических средств и генератор отчетов. INTEGRA.NM найдет широкое применение в деятельности предприятий и организаций любого типа и размера, а также на всех уровнях административного управления.

Новые качества технологии

Технология INTEGRA.NM базируется на использовании современных методов искусственного интеллекта и интервальной математики. По сравнению с обычными электронными таблицами (например, EXCEL) INTEGRA.NM предоставляет следующие принципиально новые возможности:

• позволяет выполнять вычисления не только с точной, но и с частично известной информацией, заданной в виде интервалов допустимых значений; это дает возможность использовать приблизительные оценки параметров, в частности, при разработке финансовых планов;
• позволяет учитывать интервалы любого типа (решения систем неравенств, оценки правдоподобия, доверительные вероятностные интервалы и др.), а также допускает работу с разнотипными интервалами;
• ячейки электронной таблицы могут быть связаны формулами произвольного вида и сложности (линейными и нелинейными уравнениями, неравенствами, логическими выражениями), причем количество связей для одной ячейки не ограниченно. Это позволяет решать реальные задачи повышенной сложности, недоступные другим системам;
• все формулы, выражающие связи между ячейками таблицы, допускают как прямые, так и обратные вычисления, что позволяет определять не только последствия принимаемых решений, но и формировать сами эти решения, исходя из желаемого результата в будущем;
• развитой пользовательский интерфейс позволяет структурировать таблицу произвольным образом, определяя иерархическую структуру строк и столбцов;
• комплекс разнообразных средств графического представления данных, адаптированных к работе с частично известной информацией, может использоваться не только для визуализации данных, но и для их ввода и редактирования.

Технология INTEGRA.NM реализована в виде прикладной программной системы, предназначенной для на широкого круга пользователей.

Простейшие примеры работы с системой INTEGRA.NM

Пример 1. Инвестиционный проект

Рассмотрим оптимизацию инвестиционного проекта, связанного с обогащением хромовой руды.

INTEGRA.NM позволяет рассматривать большие проекты, описанные сотнями показателей (параметров), но в данном упрощенном примере проект описан минимальным числом параметров. В их числе – величина банковского кредита, ожидаемая прибыль, стоимость рабочей силы, энергии, руды и др. При оптимизации необходимо определить общую продолжительность проекта и ежегодный график доходов и расходов.

На рис.1 представлен момент ввода общей структуры проекта и начальных значений его параметров, которые можно задавать как точно, так и в виде интервалов. В данном примере продолжительность проекта может варьироваться от одного до трех лет, размер кредита находится в диапазоне между 5000 и 30000 тыс. условных денежных единиц, а ежегодное количество руды должно быть в пределах от 350 до 1050 тонн.

Рис. 1. Начальные условия

С каждой ячейкой таблицы может быть связано несколько формул (уравнений или неравенств), ограничивающих область ее возможных значений. Кроме таких локальных формул, связанных с отдельной ячейкой, возможно также введение глобальных формул, задающих произвольные отношения между различными параметрами, в том числе и логические выражения.

После первого шага вычислений получим результаты рис.2. При заданных начальных значениях показателей и формулах связей между параметрами проекта размер кредита уточнился и стал от 7000 до 25000, общая продолжительность проекта конкретизировалась до трех лет, что в свою очередь точно определило процент, под который может быть взят кредит – 7%.

Рис. 2. Результаты первого счета

После первого шага большинство показателей имеют довольно широкие интервальные значения. Чтобы сделать проект более конкретным мы можем, например, присвоить размеру банковского кредита минимально возможное значение – 7000. Результат вычислений при минимальной величине кредита представлен на рис.3. Большинство параметров уточнилось, хотя они все еще могут изменяться в достаточно широких пределах. В частности, чистая прибыль находится в интервале [13 140, 16 220].

Рис. 3. Минимизация кредита

На следующем шаге мы можем задать чистую прибыль очень близкой к ее верхней границе, например [16000, 16 220]. Результат вычислений этого шага представлен на рис.4. Все параметры имеют практически точные значения, и проект может быть принят для реализации. Таким образом, оптимальный вариант финансирования проекта с минимальным размером займа был сформирован всего за два шага. Аналогично могут быть легко получены другие варианты финансового плана, учитывающие различные ограничения на параметры.

Рис. 4. Максимизация прибыли

Пример 2. Распределение ресурсов по статьям расходов

Для пояснения некоторых идей, касающихся работы с системой INTEGRA.NM, рассмотрим задачу распределения суммы средств по статьям расходов в условиях неполной информации.

Допустим, что в начале распределения отсутствуют данные по минимуму и максимуму расходов, касающихся части статей (рис. 5) . Тем не менее, даже в этом случае возможен интервальный расчет (рис.6), где символы е+17 и е+16 отражают высокую недоопределенность показателя (машинную бесконечность).

Рис. 5. Исходная таблица


Рис. 6. Расчет по данным исходной таблицы

Если задать максимум и минимум расходов в графе «всего», картина уточняется:

Рис. 7. Результат задания максимума и минимума расходов в графе «всего»

После этого пользователь может шаг за шагом уточнять значения любого из плановых показателей таблицы (сужать интервал до более узкого – в том числе – точного значения). В результате этого будут уточняться значения и других плановых интервалов. Итогом явится план, отвечающий всем заданным начальным условиям и введенным в процессе решения уточнениям.

Теоретическая база

Вычислительные возможности технологии INTEGRA.NM базируются на методе недоопределенных моделей (Н-моделей) – оригинальном математическом и программном аппарате, который был разработан в нашем коллективе еще в начале 80-х годов. Этот аппарат превосходит по многим параметрам аналогичные западные разработки, которые стали появляться на программном рынке в последние несколько лет, и объединены общим термином – constraint programming (программирование в ограничениях). Данное направление программирования зародилось в рамках искусственного интеллекта и в настоящее время признается одним из самых перспективных методов решения сложных задач. Метод Н-моделей был представлен на десятках престижных международных конференций, где был оценен как один из наиболее мощных и развитых подходов в области программирования в ограничениях.

В электронной таблице INTEGRA.NM связи между ячейками задаются в виде произвольных алгебраических формул (ограничений) и образуют единую математическую модель. Эта модель может иметь как точные, так и частично известные (интервальные) параметры, допускает существование любых зависимостей между параметрами, позволяет совместно использовать линейные и нелинейные уравнения, неравенства и логические выражения.

Каждой ячейке таблицы может быть сопоставлен интервал, характеризующий допустимую область точность наших знаний о ее значении. В дальнейшем этот интервал может быть сужен (или превратиться в точное значение) как результате вычислений, так и при поступлении более точной информации извне. Возможность работы с частично известной информацией особенно важна для задач планирования экономики и финансов. Например, мы можем только приблизительно оценить величину будущей инфляции, сезонные изменения цен на товары или колебания обменного курса валют.

Вычислительное ядро INTEGRA.NM составляет интервальный решатель математических задач, реализованный в рамках проекта UniCalc. Этот модуль характеризуется следующими возможностями:

• позволяет решать сложные нелинейные системы с произвольным числом переменных и ограничений;
• позволяет решать смешанные системы, включающие переменные различных типов (целые и действительные числа, логические значения) и разнообразные ограничения (уравнения, неравенства, логические выражения);
• обеспечивает эффективное решение задач, дополняя уникальные вычислительные возможности потокового алгоритма Н-моделей рядом специализированных методов компьютерной алгебры и классической интервальной математики;
• включает высокоэффективные механизмы автоматического поиска точных решений для недоопределенных данных.

Любая представленная в INTEGRA.NM вычислительная проблема ассоциируется с некоторым пространством решений, которое может допускать один, несколько или бесконечное множество истинных ответов.

• В случае конечного множества решений, пользователь может применить процедуру автоматического поиска всех решений.
• В случае бесконечного множества решений, искомое решение можно оптимизировать по одному или нескольким параметрам, последовательно сужая границы изменения соответствующих переменных.

Перечисленные возможности формируют радикально новую парадигму решения задач, ставящую INTEGRA.NM вне конкуренции по сравнению с другими системами, основанными на обычных вычислительных механизмах.

Сравнению технологий INTEGRA.NM и EXCEL посвящен специальный раздел.

История проекта, текущее состояние и перспективы

Первая версия технологии под торговой маркой ФинПлан была разработана в 1996-97 годах для решения проблем, связанных с планированием районного муниципального бюджета и контролированием его исполнения. Опыт использования этой системы показал, что с ее помощью можно эффективно решать задачи планирования, содержащие сотни параметров, связанных тысячами ограничений. В 1996 году система INTEGRA.NM была с успехом представлена на крупнейшей европейской компьютерной выставке CeBIT (Германия), а в 1997 году – демонстрировалась на международной конференции, посвященной практическим приложениям технологий, основанных на ограничениях (Англия).

За истекший период было последовательно реализовано несколько версий технологии. В частности, в 2004 году были существенно расширены пользовательские и вычислительные возможности системы INTEGRA.NM и проведена ее адаптация для ряда приложений.

Одновременно технология INTEGRA.NM успешно опробована в рамках нескольких проектов Минобороны РФ, при разработке моделей промышленности Москвы, Томской и Ивановской областей, экспериментальных моделей экономики Республик Казахстан и Болгария, и в ряде других проектов. В настоящее время в рамках программы российско-белорусского научного сотрудничества РФФИ – БРФФИ по гранту № 08-01-90018 (Ф08Р-019) на базе INTEGRA.NM ведется совместный проект «Разработка экспериментальной модели национальной экономики Республики Беларусь на базе недоопределенной информации с использованием методов программирования в ограничениях в рамках технологии нового поколения».

В ближайшие планы включена разработка многопользовательской и многотабличной версии INTEGRA.NM 3 на базе ядра UniCalc 5.0. Дальнейшее развитие технологии INTEGRA.NM будет идти в направлении ее дальнейшего расширения, в частности интеграции с технологией гибкого календарно-ресурсного планирования, развиваемой в проекте Time-EX.