Целевая архитектура предприятия

Планирование изменений
архитектуры предприятия на основе
теории комплементарных активов и
методов дискретной оптимизации
Агиевич В.А.,
кафедра инноваций и бизнеса в сфере информационных технологий,
факультет бизнес-информатики НИУ ВШЭ
Высшая школа экономики, Москва, 2012
www.hse.ru
1
Содержание
1. Методологии архитектуры предприятия и методы
планирования архитектурных изменений
2. Подход к планированию изменений на основе теории
комплементарных активов
3. Формирование матрицы изменений на основе данных
TOGAF
4. Построение модели матрицы изменений и постановка
оптимизационной задачи
5. Решение оптимизационной задачи в первом приближении
6. Бизнес-кейс по направлению деятельности «капитальное
строительтво»
Высшая школа экономики, Москва, 2013
2
Суть подхода архитектуры предприятия (АП)
Базовая
архитектура предприятия
Целевая
архитектура предприятия
Информация
Информация
Бизнес
Бизнес
Технологии
Технологии
Gap-анализ
План перехода (миграции)
Основные задачи архитектурного процесса:
1. Моделирование базовой архитектуры предприятия
2. Моделирование целевой архитектуры предприятия
3. Анализ различий (Gap-анализ)
4. Планирование перехода к целевой архитектуре предприятия
Высшая школа экономики, Москва, 2013
3
Анализ методологий АП с точки зрения наличия
процессов миграции
№ Название
Выводы
1
Zachman Framework
Отсутствует описание любых процессов
2
Federal Enterprise
Architecture Framework
(FEAF)
Перечисляются только основные шаги для
формирования плана миграции и факторы, которые
необходимо при этом учитывать.
3
Generalized Enterprise
Reference Architecture and
Methodology (GERAM)
Внедрение (Implementation) обозначено только в
качестве фазы архитектурного процесса. Методика
внедрения отсутствует.
4
Архитектурная
методология Gartner
Описана последовательность шагов и задач
участников, которые не детализированы до уровня
моделей процесса разработки архитектуры
5
Методика EAP
Планирование миграции отсутствует.
6
The Open Group
Architecture Framework
(TOGAF)
Содержит описание подходов к планированию
архитектурных изменений
Высшая школа экономики, Москва, 2013
4
Анализ методологий АП с точки зрения наличия
процессов миграции - выводы
Для решения обозначенных архитектурных задач разработано множество
методологий, наиболее развитые из которых содержат общую рамочную модель
(framework), описание процесса разработки и внедрения архитектуры, набор
шаблонов.
Основное внимание в существующих методологиях, рамочных моделях и
методах уделяется моделированию. При этом слабым местом в них являются методы
планирования архитектурных изменений. Описываются только общие подходы.
Специальная и бизнес-литература в области архитектуры предприятия уделяет
мало внимания планированию перехода к целевой архитектуре и не предлагает
новых (по сравнению с описанными в соответствующих методологиях) подходов.
В целом в литературе по АП часто указывается на необходимость
планирования архитектурных изменений с учетом разного рода зависимостей.
Однако не приводится достаточно строгих методов эффективной реализации
этого указания на практике, что позволяет сделать вывод о необходимости
применения соответствующих методов из смежных областей.
Одной из таких областей является теория комплементарных активов.
Высшая школа экономики, Москва, 2013
5
Содержание
1. Методологии архитектуры предприятия и методы
планирования архитектурных изменений
2. Подход к планированию изменений на основе теории
комплементарных активов
3. Формирование матрицы изменений на основе данных
TOGAF
4. Построение модели матрицы изменений и постановка
оптимизационной задачи
5. Решение оптимизационной задачи в первом приближении
6. Бизнес-кейс по направлению деятельности «капитальное
строительтво»
Высшая школа экономики, Москва, 2013
6
Методы планирования архитектурных изменений –
слабое место архитектурных методологий
Комплементарные активы – это активы, дополняющие друг друга таким
образом, что увеличение одного актива увеличивает эффект от инвестиций в
другой. Комплементарные активы взаимно увеличивают эффективность друг
друга. Конкурирующие активы, наоборот, взаимно уменьшают эффективность
друг друга.
В некоторых статьях вместо термина «актив» используется термин
«практика».
Прямое следствие из теории комплементарности применительно к ИТ
состоит в том, что эффективность инвестиций в ИТ обусловлена не только
самими инвестициями в ИТ, но и изменениями в комплементарных к ним
активах, которые происходят (или не происходят) вместе с ИТ-проектом.
Ключевым условием успешного применения архитектуры предприятия
является обеспечение последовательных изменений (выполнение серии
проектов), при которых учитывались бы комплементарные и
конкурирующие взаимосвязи архитектурных блоков.
Высшая школа экономики, Москва, 2013
7
Матрица изменений – единственный инструмент
планирования изменений с учетом
комплементарных взаимосвязей
• Матрица изменений состоит из двух таблиц,
наложенных друг на друга. Каждая состоит из
прямоугольной части – списка организационных практик
и треугольной, содержащей данные о взаимосвязях
между практиками.
• Знак
«+»
в
ячейках
треугольника
означает
комплементарность двух практик, знак «−» – что эти
практики выступают по отношению друг к другу как
конкуренты.
• Горизонтальная таблица описывает
практики, вертикальная – внедряемые.
существующие
• Данные о комплементарности организационных практик
заполняются на основе экспертных оценок сотрудников
организации.
• Строка и графа Importance описывают важность практик
по шкале Ликерта (от -2 – очень мешает до +2 – очень
важна).
Brynjolfsson E., Renshaw A., Alstyne M.
The Matrix of Change // Sloan Management
Review. — 1997. — Т. 38, 2
Высшая школа экономики, Москва, 2013
• Прямоугольник на пересечении двух таблиц описывает
взаимосвязи существующих и внедряемых практик и,
соответственно, трудности перехода от «как есть» к «как
будет».
8
Матрица изменений – применение
Матрица изменений - полезный инструмент для ответа на следующие типы вопросов:
1. Выполнимость изменений. Насколько устойчива и последовательна существующая
организация бизнес-процессов компании? Насколько устойчивой будет планируемая
организация? Насколько трудным может быть переход от одной системы к другой?
2. Последовательность выполнения изменений. С чего должны начаться изменения?
Какая последовательность изменений будет успешной? Имеются ли точки, в которых
возможно остановить изменения?
3. Позиционирование. Получит ли компания прибыль от произведенных радикальных
изменений или выгоднее будет реорганизовать существующие виды деятельности?
4. Темп и характер изменений. Каким должен быть темп изменений? Должны изменения
происходить постепенно или радикально? Какие группы практик должны претерпевать
изменения одновременно?
5. Оценка изменений организаторами процесса. Учтены ли точки зрения всех
организаторов процесса изменений? Не пропустили ли эксперты важных
взаимодействий? Каковы наиболее существенные источники ресурсов?
Высшая школа экономики, Москва, 2013
9
Содержание
1. Методологии архитектуры предприятия и методы
планирования архитектурных изменений
2. Подход к планированию изменений на основе теории
комплементарных активов
3. Формирование матрицы изменений на основе данных
TOGAF
4. Построение модели матрицы изменений и постановка
оптимизационной задачи
5. Решение оптимизационной задачи в первом приближении
6. Бизнес-кейс по направлению деятельности «капитальное
строительтво»
Высшая школа экономики, Москва, 2013
10
Матрица изменений – применимость для
планирования архитектурных изменений TOGAF
• На фазах B-D TOGAF ADM создается «Консолидированная
матрица различий, решений и зависимостей», которая
содержит информацию о различиях между моделями
целевой и базовой архитектурой предприятия.
• Эти различия выделяются при помощи gap-анализа и
представляют собой новые или исключаемые
«архитектурные строительные блоки» (ABB – Architecture
Building Blocks).
• Согласно TOGAF, архитектурный строительный блок – это
компонент архитектурной модели, который описывает
отдельный аспект архитектуры предприятия. Он отражает
набор функциональности, необходимой для удовлетворения
нужд бизнеса в масштабе организации в целом.
• Таким образом, различия, отраженные в
«Консолидированной матрице различий, решений и
зависимостей», соответствуют понятию организационной
практики, приведенному выше, и могут быть использованы
в качестве базовых и целевых практик матрицы изменений.
TOGAF ADM
(Architecture Development Method)
Высшая школа экономики, Москва, 2013
11
Матрица изменений – проблемы и ограничения
• Максимальные
размеры
матрицы,
позволяющие строить ее вручную и
использовать
для
планирования
изменений – 10х10.
+
Organizational
Traditional paper document
processing
Every LoB has its own
"information island"
Much information is
"commercial secret"
Functional organization and
management system
Traditional boss-depentant
incentives (punishmentStrict industrial discipline
Large territory and long
distances
20% of emplyees use
computers
Two branches of IT
management: CFO's and CTO's
Lagre internal IT organisation
Integrated IT planning
IT
Large IT-project portfolio
Organization-wide network
infrastructure
Mature ERP-system
Some divisions have poor
network access
Many legacy systems (mostly
MES and SCADA)
Many point-to-point
application connections
Попытка построить матрицу 30х17 в Excel:
трудоемкость внесения изменений,
невозможность ручной обработки
и принятия решений
Высшая школа экономики, Москва, 2013
Predictive analytics
Rapidly re-assess plans
with complex simulations
Analyze massive volumes
of smart meter data
Accelerate planning
Acceleration of core
processes
Real-time reports and
analysis
In-memory databases (SAP HANA)
Resource pooling
On-demand self-service
Measured service
Rapid elasticity
Cloud computing
Broad network access
Online training
VII. Invest in
human
capital
Provide more training
VI. Recruit
the right
people
Higher thresholds for
skills
More emphasis on fit and
teamwork
V. Invest in
corporate
culture
Automated employee
perform. measurement
Promote a set of highlevel goals and norms
Stock options
Incentive pay
IV. Use merit-based
incentives
Meritocratic pay
structures
Digitize delegation
III. Empower
the
employees
Accessing the information
of parallel departments
Accessing the information
of business partners
Decentralizing authority
according to info access
Digital dashboards
II. Open information access
Infrastructure
standardization
Transparency of
subordinate
Application integration
Paperless document
processing
Borderless information
flow
I. Move from analog to
digital processes
• В
реальных
проектах
архитектуры
предприятия
может
потребоваться
работать с гораздо большими матрицами
(несколько десятков практик).
• Объем результатов gap-анализа при
построении
архитектуры
крупных
предприятий
слишком
велик
для
непосредственного
(визуального)
использования матрицы изменений.
Вывод: необходимо разработать
формальную модель для дальнейшего
применения математического аппарата в
целях анализа матрицы и получения
результатов.
12
Содержание
1. Методологии архитектуры предприятия и методы
планирования архитектурных изменений
2. Подход к планированию изменений на основе теории
комплементарных активов
3. Формирование матрицы изменений на основе данных
TOGAF
4. Построение модели матрицы изменений и постановка
оптимизационной задачи
5. Решение оптимизационной задачи в первом приближении
6. Бизнес-кейс по направлению деятельности «капитальное
строительcтво»
Высшая школа экономики, Москва, 2013
13
Матрица изменений: формальное описание
компонентов
𝐵 = 𝑏1 , … , 𝑏𝑛 – множество базовых практик, 𝑇 = {𝑡1 , … , 𝑡𝑛 } – множество целевых практик
𝑋 = 𝐵 ∪ 𝑇 = 𝑥1 , … , 𝑥𝑛+𝑚 – множество всех практик, входящих в матрицу
Степени важности практик: множества 𝑉𝑏 и 𝑉𝑡 : 𝑉𝑏 = 𝑣1 , … , 𝑣𝑛 ; 𝑉𝑡 = 𝑣1 , … , 𝑣𝑚 .
Взаимосвязи практик зададим в виде функции 𝑟 𝑥𝑖 , 𝑥𝑗 = 𝑟𝑙 , 𝑟𝑙 ∈ [−1; 1]
Порядок изменений, существующий для некоторых практик, зададим в виде отношений частичного
порядка: 𝑏𝑖 ≤ 𝑏𝑗 , где 𝑖, 𝑗 ∈ [1, 𝑛]; 𝑡𝑖 ≤ 𝑡𝑗 , где 𝑖, 𝑗 ∈ [1, 𝑚]; 𝑏𝑖 ≤ 𝑡𝑗 , где 𝑖 ∈ [1, 𝑛], 𝑗 ∈ [1, 𝑚].
Высшая школа экономики, Москва, 2013
14
Модель матрицы изменений
• Модель матрицы изменений можно
представить в виде взвешенного
неориентированного раскрашенного
графа с весами ребер –1 или +1 и
весами вершин от –2 до +2.
• Вершины графа представляют
практики, а ребра – взаимосвязи между
практиками
Граф матрицы изменений
состоит из двух подграфов:
𝐺𝑏 = 𝐵, 𝐸𝑏 - граф базовой
системы практик,
𝐺𝑡 = 𝑇, 𝐸𝑡 - граф целевой
системы практик
Высшая школа экономики, Москва, 2013
15
Содержательная постановка задачи
Основной задачей применения матрицы изменений является выбор
последовательности изменений при переходе от базовой системы практик к
целевой.
Последовательность изменений состоит из внедрения целевых и удаления
базовых практик упорядоченных таким образом, чтобы обеспечить наиболее
легкое осуществление этих изменений.
«Легкость» изменений характеризуется взаимосвязями внедряемой или
удаляемой практики со всеми практиками «текущей» системы (базовая система с
учетом всех изменений, произошедших к моменту рассматриваемого изменения).
Подзадача 1: Выбрать последовательность изменений, максимизирующую
суммарную «легкость» этих изменений, и, в то же время, обеспечивающую
минимум максимальной «трудности» отдельных изменений (исключить скачки).
Подзадача 2: Максимизировать устойчивость системы между проектами
изменений, которая тем больше, чем меньше связей «-» и больше связей «+»
система имеет в данный момент. То есть сгруппировать изменения в оптимальные
проекты.
Высшая школа экономики, Москва, 2013
16
Математическая постановка подзадачи 1:
нахождение траектории преобразования графа
Найти оптимальную траекторию преобразования графа 𝐺𝑏 в граф 𝐺𝑡 .
Траектория есть упорядоченное множество элементарных преобразований,
состоящих во внедрении целевой практики или удаления базовой
Шаг
0
1
2
…
i
…
n+m
Граф
𝐺𝑏
𝐺1
𝐺2
…
𝐺𝑖
…
𝐺𝑡
𝑏3
𝑡1
…
𝑡3
…
𝑏2
Последовательность
графов
Траектория
{𝑐1 , … , 𝑐𝑛+𝑚 }
Высшая школа экономики, Москва, 2013
17
Математическая постановка подзадачи 1:
целевая функция и ограничения
Пусть 𝑇𝑟 – траектория. 𝑇𝑟 = 𝑐1 , … , 𝑐𝑛+𝑚 , 𝑐𝑖 ≺ 𝑐𝑖+1 .
Множество всех возможных траекторий от графа 𝐺𝑏 к графу 𝐺𝑡 обозначим через 𝑇𝑟(𝐺𝑏 , 𝐺𝑡 ). Мощность этого
множества есть количество перестановок из (n+m) элементов по (n+m), то есть (n+m)!.
«Легкость» изменения 𝑐𝑖 измеряется относительно текущего состояния системы практик, представленного графом
𝐺𝑖 = (𝑋, 𝐸), соответствующим графу 𝐺𝑏 с выполненными изменениями 𝑐1 . . 𝑐𝑖−1 . При этом «легкости» внедрения
новой целевой практики будет соответствовать функция
𝑛
𝑙 𝑐𝑖 =
𝑖−1
𝑟(𝑋 𝑐𝑖 , 𝑏𝑗 ) +
𝑗=1
𝑗=1
−𝑟 𝑋 𝑐𝑖 , 𝑋 𝑐𝑗
𝑟 𝑋 𝑐𝑖 , 𝑋 𝑐𝑗
, если 𝑋 𝑐𝑗 ∈ 𝐵
, если 𝑋 𝑐𝑗 ∈ 𝑇
а «легкости» исключения базовой практики – та же функция с противоположным знаком.
Следовательно, суммарный показатель «легкости» изменений на траектории 𝑇𝑟𝑖 может быть вычислен как
𝑛+𝑚
𝑙 𝑐𝑗 , если 𝑋 𝑐𝑗 ∈ 𝐵
𝐿 𝑇𝑟𝑖 =
−𝑙 𝑐𝑗 , если 𝑋 𝑐𝑗 ∈ 𝑇
𝑗=1
Таким образом, 𝐿 𝑇𝑟𝑖 является целевой функцией, а критерий оптимальности есть 𝐿 𝑇𝑟𝑖 ⟶ 𝑚𝑎𝑥.
Определим ограничения задачи. Как было отмечено выше, для некоторых практик существуют отношения
частичного порядка, определяемые в общем виде как
𝑥𝑖 ≤ 𝑥𝑗 , где 𝑖, 𝑗 ∈ [1, 𝑛 + 𝑚]
В случае когда в матрице для базовой практики 𝑏 задана целевая практика 𝑡, на которую она заменяется, необходимо
расположить соответствующие изменения так, чтобы между ними не выполнялись никакие другие. Таким образом,
для всех пар практик 𝑏, 𝑡, таких что 𝑟 𝑏, 𝑡 = −2, должно быть задано ограничение
𝑋 𝑐𝑖 = 𝑏 и 𝑋 𝑐𝑖+1 = 𝑡
Высшая школа экономики, Москва, 2013
18
Математическая постановка подзадачи 1
В итоге постановка подзадачи 1 формулируется как задача
двухкритериальной дискретной оптимизации:
Найти траекторию 𝑇𝑟 преобразования графа 𝐺𝑏 к графу 𝐺𝑡 такую, чтобы
соблюдались ограничения
𝑥𝑖 ≤ 𝑥𝑗 , где 𝑖, 𝑗 ∈ [1, 𝑛 + 𝑚],
𝑋 𝑐𝑖 = 𝑏 и 𝑋 𝑐𝑖+1 = 𝑡 (𝑏, 𝑡: 𝑟 𝑏, 𝑡 = −2).
и выполнялись критерии оптимальности:
𝐿 𝑇𝑟𝑖 ⟶ 𝑚𝑎𝑥,
max (−𝑙 𝑐𝑗 ) ⟶ min, 𝑐𝑗 ∈ 𝑇𝑟𝑖
1≤𝑗≤𝑛+𝑚
Математическая постановка подзадачи 2 требует дополнительного изучения
бизнес-кейса, и на данный момент не описана.
Высшая школа экономики, Москва, 2013
19
Содержание
1. Методологии архитектуры предприятия и методы
планирования архитектурных изменений
2. Подход к планированию изменений на основе теории
комплементарных активов
3. Формирование матрицы изменений на основе данных
TOGAF
4. Построение модели матрицы изменений и постановка
оптимизационной задачи
5. Решение оптимизационной задачи в первом приближении
6. Бизнес-кейс по направлению деятельности «капитальное
строительтво»
Высшая школа экономики, Москва, 2013
20
Решение подзадачи 1 в первом приближении
• Для решения подзадачи 1 в первом
приближении (с использованием первого
критерия оптимальности) был выполнен
анализ применимости доступных методов
дискретной оптимизации. Многие из них
(например, динамическое программирование)
признаны неподходящими из-за характера
целевой функции.
• В итоге разработан алгоритм с элементами
метода ветвей и границ для нахождения всех
допустимых траекторий.
• Алгоритм реализован в система MS Access и
опробован на матрице из статьи
Э.Бринйолфссона The Matrix of Change
(размерность 5х6).
Тестовые данные
Высшая школа экономики, Москва, 2013
• Программа строит 678 допустимых траекторий
(из 11!=39916800 возможных) и находит
оптимальное решение за доли секунды.
21
Следующие шаги
1. Разработка алгоритма для оптимизации траектории с учетом
второго критерия (предположительно – Парето-оптимизация)
2. Разработка программы, реализующей алгоритм. Апробация на
тестовых данных
3. Анализ полученных результатов, уточнение постановки
подзадачи 1
4. Анализ бизнес-кейса по разработке архитектуры предприятия
5. Описание постановки подзадачи 2
6. Решение подзадачи 2
7. Доработка 2-й главы диссертации
8. Применение разработанного метода для бизнес-кейса
9. Написание 3-й главы диссертации
Высшая школа экономики, Москва, 2013
22
Содержание
1. Методологии архитектуры предприятия и методы
планирования архитектурных изменений
2. Подход к планированию изменений на основе теории
комплементарных активов
3. Формирование матрицы изменений на основе данных
TOGAF
4. Построение модели матрицы изменений и постановка
оптимизационной задачи
5. Решение оптимизационной задачи в первом приближении
6. Бизнес-кейс по направлению деятельности «капитальное
строительтво»
Высшая школа экономики, Москва, 2013
23
Бизнес-кейс: капитальное строительство –
карта бизнес-процессов верхнего уровня
Высшая школа экономики, Москва, 2013
24
Бизнес-кейс: информационные системы,
используемые в капитальном строительстве
Высшая школа экономики, Москва, 2013
25
101000, Россия, Москва, Мясницкая ул., д. 20
Тел.: (495) 621-7983, факс: (495) 628-7931
www.hse.ru
26