Система поддержки принятия решений по распределению заданий по ведению реестра операторов персональных данных на основе нечетко-продукционной модели

Введение

В настоящее время во многих сферах человеческой деятельности, особенно в государственных органах, большое распространение получают единые информационные системы. Использование данных систем позволяет повысить эффективность документооборота, скорость принятия управленческих решений и обеспечить качественный контроль исполнительской дисциплины ^[1].

Рассмотрим единую информационную систему, используемую в деятельности территориальных органов Роскомнадзора ^[2]. С точки зрения защиты прав субъектов персональных данных система обеспечивает решение следующих задач: ведение реестра операторов персональных данных, осуществление надзора и контроля за деятельностью операторов персональных данных, а также рассмотрение обращений граждан, объединений граждан и юридических лиц. Среди перечисленных задач наиболее трудоемким является ведение реестра операторов персональных данных.

На рисунке 1 представлена общая схема обработки и распределения заданий по ведению реестра операторов персональных данных.

Рис. 1. Схема обработки и распределения заданий по ведению реестра операторов персональных данных

При поступлении нового документа делопроизводитель должен зарегистрировать его в системе и передать электронное уведомление руководителю, который создает поручение начальнику отдела, ответственного за принятие решения по распределению порученного задания исполнителям. Начальник отдела анализирует поступившее задание и передает его на выполнение конкретному исполнителю. Положительные результаты выполненных заданий начальник отдела включает в проект приказа, который направляется руководителю на утверждение. На завершающем этапе обработки задания сведения об операторе размещаются в реестре операторов персональных данных. Важным моментом в рассмотренной схеме является необходимость распределения заданий по исполнителям ^[3,4]. Причем данная задача решается вручную на основе опыта и интуиции начальника отдела, выступающего в данном случае лицом, принимающим решения (ЛПР) ^[5]. В данном подходе ЛПР сталкивается с проблемой, заключающейся в следующем:

- наличием неопределенности числа ежедневно поступающих заявлений от различных категорий операторов персональных данных с различной сложностью обработки при динамически меняющемся составе исполнителей заданий;

- наличием неопределенности в принятии правильного решения при различных уровнях квалификации лиц, принимающих решения о распределении заданий по исполнителям и текущей загруженности исполнителей, обрабатывающих поступающие задания с задачей не превышения установленных административным регламентом сроков.

Очевидно, что ввиду наличия факторов нечеткости и неопределенности данная проблема не имеет однозначного решения ^[6,7]. Следовательно, от квалификации ЛПР, от правильности принимаемых им решений по распределению заданий зависит эффективность его работы. Таким образом, в автоматизированных системах электронного документооборота, в которых ведущую роль по распределению заданий играет человек, актуальна разработка интеллектуальных систем поддержки принятия решений ^[8,9] для руководителя с целью повышения эффективности распределения заданий по исполнителям.

Постановка и формализация задачи распределения заданий

Рассмотрим формальную постановку задачи распределения заданий по ведению реестра операторов персональных данных. Пусть дано множество заданий Z={z1, z2, …, zN} в количестве N, каждое из которых характеризуется определенным уровнем сложности. Можно выделить 3 уровня сложности заданий, соответствующих обрабатываемым документам, поступающим от различных категорий операторов персональных данных. Введем следующие обозначения:

- «низкий» (S1) – документы от операторов «физическое лицо» и «индивидуальный предприниматель»;

- «средний» (S2) – документы от операторов «юридическое лицо»;

- «высокий» (S3) – документы от операторов «государственные и муниципальные органы».

Также имеется множество исполнителей заданий A={a1, a2, …, an}, причем их количество и состав со временем могут меняться. Кроме того, известны характеристики каждого исполнителя: текущий уровень загруженности С1, рабо-тоспособность С2 и уровень квалификации С3. С целью поддержки принятия решений ЛПР (начальником отдела или его заместителем) требуется рационально распределить все N заданий по исполнителям с учетом их числа, состава, квалификации, работоспособности и текущей загруженности ^[10].

Существует большое количество подходов к решению оптимизационных задач ^[11-14]. Однако, в указанных условиях лицо, принимающее решение, должно учитывать факторы неопределенности, а также нечеткий характер используемых критериев ^[15]. Следовательно, для решения поставленной задачи необходимо применять нечеткие методы рационального выбора альтернатив ^[16]. В данной работе для решения поставленной задачи предлагается использовать специально разработанную нечетко-продукционную модель распределения заданий ^[17,18].

Нечетко-продукционная модель распределения заданий

Разработка нечетко-продукционной модели распределения заданий предполагает решение следующих основных задач ^[19-21]:

- выбор вида нечетко-продукционных правил, как модели представления экспертных знаний для формализации характеристик исполнителей;

- разработки алгоритма логического вывода на правилах для поиска решения задачи по распределению заданий.

Рассмотрим предлагаемый вид правил, используемых экспертом при распределении заданий по исполнителям ^[22].

, (1)

где – загруженность i-го исполнителя;

– сложность задания;

– нечеткие градации загруженности исполнителей;

– степени принадлежности значений xi к НМ ;

– значение сложности задания из множества {S1, S2, S3};

y – выходная переменная, определяющая исполнителя задания;

– конкретный исполнитель задания из {a1, a2, …, an};

CFi – полезность выбора i-го исполнителя.

В данных правилах в качестве входных переменных используются загруженности каждого исполнителя, а также сложность задания, которое требуется распределить на исполнение одному из исполнителей. Единственная выходная переменная определяет данного исполнителя. Особенностью данного вида нечетко-продукционных правил, как модели представления экспертных знаний, является использование параметра достоверности правила CF, определяющего в данном случае полезность выбора исполнителя задания. Необходимо отметить, что первые n входных переменных являются нечеткими, так как определяют нечеткие уровни загруженности исполнителей (например, «низкая», «средняя», «высокая»), а n+1 входной параметр является четким и принимает одно из трех возможных значений: задание низкого, среднего и высокого уровня сложности (в зависимости от типа оператора).

Принятие решений по выбору исполнителей заданий зависит от числа и состава исполнителей ^[23]. Рассмотрим методику построения системы нечетко-продукционных правил для конкретного числа и состава исполнителей заданий. Данная методика включает следующие этапы:

1) задать число n и состав исполнителей заданий A={a1, a2, …, an};

2) задать количество m и наименование нечетких градаций загруженности исполнителей (при m=3: «низкая», «средняя», «высокая»);

3) построить множество комбинаций из значений входных (xi и xi+1) и выходного (y) параметров правил при условии, что множество значений сложности заданий (xi+1) равно 3, а число комбинаций .

4) для каждой комбинации задать нечетко-продукционное правило вида (1).

Таким образом, система нечетко-продукционных правил представляет собой комбинацию входных условий (различных значений загруженности исполнителей и сложности заданий) с исполнителями заданий.

Использование описанной методики позволяет формировать систему правил для конкретного числа и состава исполнителей следующего вида:

(2)

где – определяет значение (нечеткую градацию) загруженности исполнителя из множества , – определяет сложность задания из множества {S1, S2, S3}.

Необходимо отметить, что для каждого состава исполнителей необходимо формировать свою систему правил, которая будет лежать в основе соответствующей нечетко-продукционной модели распределения заданий.

В данной работе для поиска решения задачи по рациональному выбору исполнителей предложен алгоритм логического вывода на сформированной системе нечетко-продукционных правил вида (2). В данном алгоритме для каждого правила рассчитываются следующие оценки ^[24]:

- VÎ^[0;1] (veracity) – степень достоверности антецедента нечеткого правила, равная минимальной степени срабатывания каждого из его условий:

, (3)

где – фактическое число заданий у i-го исполнителя, – сложность задания, причем .

- СÎ^[0;1] (complex) – комплексная оценка достоверности решения правила:

C = V * CF, (4)

где CF – полезность выбора исполнителя в правиле.

Рассмотрим алгоритм логического вывода на правилах для распределения заданий по исполнителям (алгоритм распределения заданий).

1. Определение уровня сложности поступившего задания по категории оператора персональных данных.

2. Определение числа одновременно выполняемых заданий у каждого исполнителя.

3. Для каждого r-го правила системы расчет степеней срабатывания и его условий.

4. Расчет степеней достоверности антецедентов каждого правила по формуле (3).

5. Формирование конфликтного множества, включающего правила с ненулевой степенью достоверности:

6. Для всех правил из конфликтного множества расчет комплексной оценки по формуле (4).

7. Разрешение конфликта: выбор правила с максимальной комплексной оценкой:

8. Получение значения консеквента выбранного правила в качестве искомого решения задачи (исполнителя задания).

На первом этапе алгоритма определяется уровень сложности задания, поступившего на вход данного алгоритма. Далее производится подсчет количества одновременно выполняемых заданий у каждого исполнителя. На следующем этапе для каждого правила системы определяются степени срабатывания его условий и рассчитываются степени достоверности антецедентов правил. Из числа правил с ненулевой степенью достоверности формируется конфликтное множество правил, для которых рассчитывается комплексная оценка достоверности решения. Из конфликтного множества правил выбирается решающее правило, для которого комплексная оценка максимальна. Следовательно, предложенный алгоритм определяет исполнителя задания, указанного в консеквенте выбранного правила.

Таким образом, нечетко-продукционная модель распределения заданий представляет собой систему нечетко-продукционных правил вида (2), определяемых комбинацией входных условий с исполнителями заданий, а также алгоритм логического вывода на правилах. Для практического использования модели разработан программный комплекс, как система поддержки принятия решений по распределению заданий по ведению реестра операторов персональных данных. В качестве языка реализации выбран объектно-ориентированный язык программирования C#. Разработка программного комплекса проводилась в среде Microsoft Visual Studio 2012 IDE.

Описание системы поддержки принятия решений

Разработанная система поддержки принятия решений по распределению заданий по ведению реестра операторов персональных данных имеет модульную структуру и состоит из трех базовых модулей. На рисунке 2 представлена структурная схема данной системы.

Рис. 2. Структурная схема системы поддержки принятия решений

Основными компонентами системы являются модуль формирования состава исполнителей заданий, модуль распределения заданий по исполнителям и экспериментально-исследовательский модуль. Первый модуль позволяет добавлять исполнителей заданий и задавать их характеристики. Второй модуль включает блок построения нечетко-продукционной модели распределения заданий, а также блок нечеткого логического вывода для распределения заданий по исполнителям. Третий модуль используется для генерации заданий, оценки точности модели распределения заданий и визуализации полученных результатов.

Следует отметить, что конкретные данные, поступающие на вход программного комплекса и получаемые при этом результаты, зависят от того, с каким из модулей в конкретный момент работает эксперт (ЛПР). Например, при работе с модулем распределения заданий входными данными будут являться конкретные задания и возможные исполнители заданий. На выходе будет формироваться схема распределения заданий по исполнителям.

На рисунке 3 представлено главное окно программного комплекса.

Рис. 3. Главное окно программного комплекса

Как видно из данного рисунка, в окне показаны исполнители заданий, множество заданий для распределения, а также текущие результаты распределения заданий на основе использования нечетко-продукционной модели.

Оценка адекватности модели распределения заданий

Для оценки адекватности модели распределения заданий использованы реальные данные, накопленные в системе электронного документооборота Территориального органа Роскомнадзора по Республике Татарстан. Рассмотрим информацию, которой оперирует эксперт (ЛПР) в повседневной деятельности для распределения заданий по исполнителям. Для принятия решения ему необходимо оценить уровень сложности поступившего задания, а также текущую загруженность каждого исполнителя. На основании данных оценок ЛПР принимает решение о распределении входящего задания конкретному исполнителю. При этом эксперт учитывает работоспособность и квалификацию каждого исполнителя.

Для оценки адекватности нечетко-продукционной модели произведено сравнение результатов ее работы с эталонными (экспертными) схемами распределения заданий. В таблице 1 представлен фрагмент одной из схем.

Табл. 1. Фрагмент экспертной схемы распределения заданий

Всего для проведения исследований было сформировано 10 эталонных схем со средним числом заданий в каждой схеме, равным 166. В таблице 2 представлены характеристики сформированных эталонных схем.

Табл. 2. Характеристики эталонных схем распределения заданий

В данной таблице по каждой схеме указано общее количество заданий, их распределении по уровням сложности, общее количество и состав исполнителей заданий, а также структура экспертного распределения заданий по исполнителям.

Для проверки адекватности модели распределении заданий разработан специальный метод – метод сравнения модели с эталонными схемами. Рассмотрим суть данного метода.

Пусть имеются эталонные схемы распределения заданий по исполнителям и в каждой Sj схеме имеется nj исполнителей {a1, a2, …, anj}, а общее число заданий в схеме для распределения равно Nj, j =1..10. Для каждой схемы введем следующие обозначения, определяющие структуру распределения заданий по исполнителям моделью и экспертом:

- – количество заданий k-го уровня сложности, распределенных моделью i-му исполнителю (i=1..nj) – структура распределения заданий моделью;

- – количество заданий k-го уровня сложности, распределенных экспертом i-му исполнителю (i=1..nj) – структура распределения заданий экспертом.

Причем – суммарное количество распределенных в каждой структуре заданий совпадает (т.е. все задания распределены по исполнителям).

Рассмотрим этапы работы данного метода:

1) для каждой эталонной схемы Sj , j от 1 до 10:

1.1) получение заданий в объеме Nj для их распределения по исполнителям в количестве nj человек;

1.2) определение структуры экспертного распределения заданий;

1.3) использование модели для распределения всех заданий и определение структуры их распределения ;

1.4) расчет точности Pj распределения заданий по формуле:

(5)

2) расчет общей точности модели P по формуле:

. (6)

Работа метода заключается в выполнении 2-х последовательных этапов. На первом этапе для каждой из эталонных схем формируются экспертная структура распределения заданий и структура их распределения моделью, а также вычисляется точность распределения заданий по формуле (5). На втором этапе производится расчет общей (усредненной) точности модели по формуле (6). Таким образом, адекватность нечетко-продукционной модели определяется ее усредненной точностью относительно всех эталонных схем распределения заданий по исполнителям.

В таблице 3 представлены результаты проведенных экспериментов по оценке точности разработанной модели.

Табл. 3. Экспериментальная оценка точности нечетко-продукционной модели распределения заданий

Как видно из таблицы, средняя ошибка модели составляет не более 5%, следовательно, модель является адекватной, т.е. соответствует цели моделирования, а именно, получение схем распределения заданий, близких к экспертным. Таким образом, предложенная в работе нечетко-продукционная модель является эффективным инструментом поддержки принятия решений для ЛПР по рациональному выбору исполнителей заданий.

Оценка эффективности распределения заданий на базе программного комплекса

Разработанная система поддержки принятия решений внедрена в составе автоматизированной информационной системы Территориального органа Роскомнадзора в виде прикладной подсистемы «Распределение заданий по ведению реестра операторов персональных данных» (см. рис. 4).

Рис. 4. Подсистема распределения заданий в составе системы электронного документооборота

На рисунке данная подсистема представлена в структуре общей системы электронного документооборота. Рассмотрим схему обработки и распределения заданий с использованием разработанного программного комплекса (см. рис. 5).

Рис. 5. Схема обработки и распределения заданий по ведению реестра операторов персональных данных с использованием программного комплекса

Данная схема отличается от рассмотренной ранее тем, что ЛПР на этапе принятия решений непосредственно использует программный комплекс распределения заданий, выступающий для него в роли системы поддержки принятия решений. Рассмотрим алгоритм использования программного комплекса при распределении заданий по исполнителям. Данный алгоритм включает следующую последовательность шагов.

1. Получить входные данные: множество заданий Z={z1, z2, …, zN}, множество исполнителей заданий A={a1, a2, …, an}.

2. При необходимости настроить программный комплекс на текущий состав исполнителей (иначе выбрать готовый режим и перейти на шаг 3):

2.1) задать характеристики каждого исполнителя ai, (i=1..n);

2.2) сгенерировать систему нечетко-продукционных правил вида (2), соответствующую текущему составу исполнителей.

3. Подать очередное задание из множества Z на вход алгоритма распределения заданий и определить соответствующего исполнителя.

4. Построить схему XM распределения заданий по исполнителям (конкретное множество заданий Zi*Î Z для каждого исполнителя ai).

5. Лицу, принимающему решения, произвести экспертную оценку схемы распределения заданий XM и, при необходимости, внести в нее изменения (получить схему XЭ).

6. Распределить задания по исполнителям согласно окончательной схеме распределения заданий.

На рисунке 6 представлена блок-схема алгоритма использования программного комплекса при распределении заданий по исполнителям.

Рис. 6. Блок-схема алгоритма использования программного комплекса

На первом этапе формируются входные данные, включающие в себя множество заданий и множество исполнителей. При этом, если состав исполнителей заданий не изменился, то ЛПР выбирает готовый режим работы программы, соответствующий данному составу исполнителей. Однако, в реальном режиме эксплуатации программного комплекса возможна ситуация, когда изменяется состав исполнителей заданий, либо со временем требуется уточнение характеристик исполнителей. В этом случае выполняется второй этап работы алгоритма, заключающийся в настройке программного комплекса на текущий состав исполнителей путем построения новой нечетко-продукционной модели распределения заданий. На третьем и четвертом этапах при помощи модели предлагается распределение всех заданий по исполнителям и формируется схема распределения заданий. На пятом этапе работы алгоритма ЛПР имеет возможность оценить предложенную схему распределения заданий и, при необходимости, внести в нее изменения, тем самым получив экспертную (окончательную) схему распределения заданий. Шестой этап заключается в непосредственном распределении всех заданий по исполнителям согласно окончательной схеме распределения заданий.

С целью определения эффективности практического использования программного комплекса в составе автоматизированной информационной системы Территориального органа Роскомнадзора определена оценка интеллектуальной нагрузки на ЛПР при распределении заданий до и после внедрения разработанной программы. В таблице 4 представлены способы решения задачи ЛПР при распределении заданий.

Интеллектуальная нагрузка на ЛПР при распределении заданий (до и после внедрения программного комплекса)

Табл. 4. Решение задач по распределению заданий до и после внедрения программного комплекса

Как видно из таблицы, решаемые ЛПР задачи по оценке уровня сложности поступившего задания, определению загруженности исполнителей и построению схемы распределения заданий до внедрения программного комплекса выполнялись вручную, что создавало высокую интеллектуальную нагрузку на ЛПР. Внедрение и практическое использование программного комплекса позволило автоматизировать решение данных задач, что существенно снизило интеллектуальную нагрузку на ЛПР ^[25].

Кроме того, в работе проведена оценка времени, затрачиваемого ЛПР на распределение 35 заданий до и после внедрения программного комплекса. В таблице 5 представлены данные в минутах о решении указанных задач вручную либо с использованием программного комплекса.

Табл. 5. Оценка времени распределения заданий до и после внедрения программного комплекса

По результатам проведенных исследований и усредненных за период эксплуатации программного комплекса оценок можно сделать вывод, что автоматизация выбора исполнителей с использованием программного комплекса позволяет повысить среднюю скорость принятия решений на 80,3%, т.е., соответственно, уменьшить время на принятие решений в 5 раз.

Заключение

На основе анализа предметной области актуализирована необходимость и сформулирована задача автоматизации распределения заданий по ведению реестра операторов персональных данных. Для ее решения разработано соответствующее математическое и программное обеспечение в виде нечетко-продукционной модели, алгоритма логического вывода на правилах модели, а также системы поддержки принятия решений по распределению заданий по исполнителям. Результаты экспериментальных исследований и практического использования системы показали устойчивость описанного подхода и согласованность получаемых решений с мнением экспертов, что подтверждает эффективность разработанного математического и программного обеспечения для решения задачи распределения заданий в автоматизированных системах электронного документооборота.