基于非线性组合优化的IT模块结构选择模型

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'基于非线性组合优化的IT模块结构选择模型'
基于非线性组合优化的IT模块结构选择模型摘要:在面向服务架构的软件设计思想下,用户需要从IT服务提供商的通用产品线中选择适合自己 需要的功能模块组合,文章以企业投资成本最小化为目标,建立了以企业部门需求满足率为随机约朿 条件的组合优化模型,寻求最佳产品线、模块组合结构。用Lagrangian启发式松弛算法将模型确定化、 线性化、最后化简为“判断一赋值”模型,并给岀详细的迭代解法。最后按用友ERP-U8报价基础数 据计算得出企业特定需求下的功能模块选择策略,验证了算法的可行性和有效性。关键词:IT模块结构选择;随机约束条件的组合优化模型;Lagrangian启发式松弛算法IT products modules selection model based on nonlinearcombinatorial optimization problemAbstract: In order to make reasonable decision in the selecting general product lines and modules of ITService Provider based on the Service-oriented architecture soft engineering, a complicated IT investment cost combinatorial optimization problem, which constrained by stochastic custom demands, was proposed? The nonlinear function of optimization problem was condensed into a judgment-evaluation model by Lagrangian relaxation heuristic algorithm. Iterative algorithm was stated in detail also. Finally, a practical example is provided to demonstrate the effectiveness and feasibility of algorithm.Key words: IT products modules selection model; combinatorial optimization problem with stochastic custom demands constrain; Lagrangian relaxation heuristic algorithm0引言近几年,面向服务架构(SOA, Service-oriented architecture)的软件开发理念成为网络化信息系统的主要设 计思路,使得IT产品变得更有弹性,更快地响应业务单位的需求。任何一个大的应用软件系统,都不再是集 成在一起的整个系统软件,而是基于基础标准和接口的屮间件。构件化技术为不同用户的定制要求提供了可能, 把常用功能做成可供选择的构件,用户就有了更为灵活的选择。尤其是系统管理软件,如ERP、CRM等采用 了构件化技术后,基于标准的兼容性降低了系统的复杂性,软件的各个功能模块就可以独立地使用、升级,而 不会彫响系统整体。这为企业提供更多的可选择性和重用性。规划企业信息架构,合理选择IT产品模块, 降低信息化成本也成为新的研究内容。由于而向服务架构软件设计思想应用较晚,对IT模块结构选择的研究较少,Brian L. Dos Santos(2003)使 用现代金融理论中资本资产定价理论(CAPM)从风险角度分析IT投资的价值,并从固定成本和变动成本在不同 市场需求形势下的选择上,给出信息系统研发和维护如何在外包(Outsourcing)或自行完成(In-house service)之间 进行选择。Koch S (2006)用蒙特卡罗模拟的方法估算IT投资项目组合的最大可能损失,从风险的角度分析了 项目组合的选择。倪明,徐福缘等(2004)基于企业经营过程重构的思想,运用:砺壑械娜悄:,将企 业所拥有的各类信息化投入资源作为约束条件,建立了基于部门间资源分趾的企业信息化投资决策模型。这些 研究都是从企业需求的角度分析IT资源的分配,但我们常常面临IT服务提供商通用产品线的选择,那么从供 方产品入手,有选择地组合供方产品模块满足企业需求,也是解决这类问题的另外一种思路。根据IT服务提 供商报价产品线/模块报价为基础数据,以企业部门需求满足率为约束条件,以企业IT投资成本最小化为目标, 建立优化模型,寻求最佳模块组合结构。1问题描述--般IT系统都按照模块产品分组,形成模块组,实行模块组内的总并发控制方式进行设计,我们在考虑 IT投资的时候需要对模块或产品线的取舍进行决策,而决策主要依据企业业务需求。模型仅考虑企业采用一 家IT服务提供商的产品,产品包含M个产品线或模块组,用X, , X2……表示;任一产品线或模块组X/ 包含V个功能模块,用?],亏……亏比表示;企业用户有厶个,用K,Y2……匕表示,结构如图1所示:模块一 3模块2一模块22I模块2N图1系统模块耳用户需求关系客户1客户2 客户3客户L不同的功能模块对不同相关用八具有一定效用,也就是说用八对系统相关功能模块有一定的需求,该效用 是:,我们用Q来表示用八/的需求满足率,那么问题就是在满足特泄需求的约束前提下,决泄模块取舍, 找出成本最低的模块组合方式。2分析建模模型假设条件如下:① IT产品系统功能模块已经确定,模块组、模块的费用已知;② 用户选择任一功能模块必须支付该模块所属模块组的许可费用和模块基础价格两种费用;③ 各模块对用户的效用(需求)已知,为计算简便我们假设用户效用(需求)服从正态分布,均值与方差已知(或可由历史数据统计得出);④ 客户总需求不超过系统提供总的效用。模型符号定义如下:i :第i个系统模块组;OCSM;j :第./?个模块;/ :第/个用户;OQS L;花:模块组i的许可单价;Q :模块组i的许可数;Sij :模块组!?下第丿?个模块基础价格;af :用户/的需求;% :模块组,下第/模块对用户/的效用,uUJ Ncmnalgij竝),且切独立;0i:用户/的服务满足率。决策变量包扌G: 1如果选择模块组几0如果不选择模块组八列:1如果选择模块组i下第丿?个模块;0如杲不选择模块组i下第丿个模块。优化中的费用包括:模块组费用C|,功能模块费用min(C) = min(C, +C2) =min + 牙弓 X,%g]目标函数是一个非线性函数,我们可以通过增加约束条件化为线性函数,模型可以进一步简化表述为:min工口皿+工工?&厂(1)SEEw -S6z/ % 川I i J I/ 、Pr 工工 Xij% < ⑷ >0/
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