Simulation modeling in the study of the optimal placement of systemically important universities across the country
Table of contents
Share
Metrics
Simulation modeling in the study of the optimal placement of systemically important universities across the country
Annotation
PII
S207751800007884-1-1
DOI
10.18254/S207751800007884-1
Publication type
Article
Статус публикации
Published
Authors
Ildar Zulkarnay 
Affiliation: Ufa Federal Research Center RAS
Address: Russian Federation, Ufa
Abstract

The article is devoted to the description of the process and the results of a long study devoted to the problem of optimal placement of universities with special statuses (Federal University, National Research University) across the country, where the criterion of optimality is to maximize the system-forming effect on the space surrounding the university with a limited budget for the totality of such universities.  The computer model for the calculations was implemented in the environment of the agent-oriented language NetLogo. The conclusions made in the article allow making adjustments to the award, or vice versa, of the removal of special statuses to universities when the possibility of a revision, originally envisaged, for example, for National Research Universities, comes.

Keywords
agent-based modeling, regional economy, federal university, national research university, Netlogo
Received
11.12.2019
Date of publication
19.12.2019
Number of characters
18790
Number of purchasers
16
Views
277
Readers community rating
0.0 (0 votes)
Cite Download pdf

To download PDF you should sign in

1 Современные государства, ориентируясь на опыт технологических лидеров мира, все больше внимания уделяют развитию университетов и технологических парков, создаваемых на их базе, как драйверов инновационного, технологического развития своих экономик. В этой связи различные страны, ставшие на путь догоняющего развития, создавали и создают новые университеты, новые технопарки, пытаясь получить отечественные Стэнфорд, MIT, Гарвард, Силиконовую долину [11]. В этот процесс включились, и успешно, наши соседи в постсоветском пространстве. Например, по классификации QS World University Rankings-2019 восемь казахстанских вузов попали в первую тысячу лучших университетов мира [14]. Это вузы, имеющие длительную историю развития, большие по размеру, в отличие от нового проекта Казахстана – Назарбаевского университета, созданного в 2009 году «с нуля». Перед ним ставится задача стать университетом действительно мирового уровня, наряду с лучшими британскими и американскими университетами. В этой связи на работу в нем привлекаются ученые со всего мира, преподавание ведется на английском языке и университет открыт для студентов со всего мира. На данный момент Назарбаевский университет отсутствует в мировых рейтингах, но это сознательная политика университета, которые хочет индексироваться в таких рейтингах к 2030 году, когда планируется достичь высоких показателей научной и образовательной деятельности, по которым, собственно и оцениваются университеты [10].
2 В этот процесс включилась и Российская Федерация, поставив задачу вхождения российских университетов в сотню лучших вузов мира [13]. В этом проекте участвует 21 ведущий университет России, которые получают дополнительную к обычному финансированию помощь и стремятся повысить свои позиции в мировых рейтингах. С целью поднятия всего уровня российского образования и науки до мирового уровня, проводилась также программа создания Федеральных университетов (ФУ) и Национальных исследовательских университетов (НИУ). Перед ФУ Правительство ставило некую системообразующую функцию: осуществление оптимизации образовательных структур в территориях, окружающих эти университеты и проведение работы по укреплению своих связей и связей университетов региона с экономикой и социальной сферой этих же территорий, ограниченных федеральным округом [6]. В этой связи планировалось создать один ФУ в одном федеральном округе, но по факту было создано 10 ФУ, располагающихся в 8 федеральных округах. Это отчасти, видимо, связано с политическими факторами, не имеющими отношения к собственно системообразующей функции ФУ: например, Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта расположен в Калининградской области, являющейся частью Северо-Западного федерального округа, но территориального отделенной от основной части РФ другими государствами.
3 Перед НИУ ставились формально несколько иные задачи: интеграция образовательного процесса с научными исследованиями [9]. По существу, НИУ также должны осуществлять системообразующую функцию, распространяя свое влияние на прилегающие территории, т.к. государство нуждается в интеграции образования и науки с целью технологического развития страны, т.е. необходима также интеграция образования и науки с экономикой регионов.
4 Идея вклада университетов в экономику особенно видна в концепции третьего вида специальных статусов – Опорного университета, перед которым ставится задача поддержки развития экономики региона, под которым подразумевается субъект федерации, а также задача обслуживания его рынка труда, с акцентом на инновационное качество развития [8].
5 В результате всех этих проектов развития системы высшего образования страны, было создано 10 ФУ, 29 НИУ и 33 Опорных университета. При этом, статус ФУ присваивался указом Президента РФ существующим университетам (точнее, университетам, получившимся в результате объединения существующих университетов), статус НИУ присваивался существующим университетам на основе конкурсного отбора, и статус «опорного университета» также присваивался существующим университетам на основе конкурсного отбора. Решение в каждом случае определялось активностью региональных властей, готовностью руководства университетов объединяться и вообще их активностью в участии в конкурсах. Как результат, распределение университетов со специальными статусами оказалось крайне неравномерным по стране, и эта неравномерность не отражает сложившуюся неравномерность распределения населения, промышленных мощностей по территории страны.
6 Таким образом, в [1] был сделан вывод, что в решении вопросов присвоения специальных статусов университетам отсутствует научное обоснование решений на базе принципов и методов пространственной экономики, называемой в нашей стране также региональной экономикой [7]. Надо сказать, что даже в советское время, когда региональная экономика была популярна среди экономистов и задача оптимального размещения производительных сил по территории страны ставилась как государственная задача, размещение вузов по стране, по показателю «количество студентов на 1000 жителей», оказалось очень неравномерным. Эта неравномерность оказалась больше для России, чем для США, как было показано в [5].
7 В этой связи перед государственным управлением остро стоит задача использования научно – обоснованных методов размещения не только вузов со специальными статусами, но и вообще, финансирования из федерального бюджета региональных систем образования. В [4] был предложен метод решения этой задачи методами имитационного моделирования на основе агент-ориентированного подхода. В основе метода лежат следующие факты и интуитивно очевидные идеи:
8
  1. Университеты со специальными статусами должны оказывать системообразующее для региональных образовательных систем, а также инновационное, стимулирующее экономическое развитие регионов, влияние;
  2. Это системообразующее влияние убывает по мере удаления объекта влияния от университета;
  3. Сам объект влияния, с точки зрения того, что на него оказывается стимулирующее экономическое развитие влияние, можно измерить количеством населения поселения (города, поселка, населения муниципального района), объемом и качественным составом продукции предприятий;
  4. Университеты со специальными статусами следует располагать в тех точках пространства, где они максимизируют функцию системообразующего эффекта.
9 Теоретически, университет может оказаться в «открытом поле», между многими населенными пунктами при определенном классе системообразующих функций. Проиллюстрируем такой случай на рис.1, на котором по оси абсцисс отмечены 2 города с одинаковым населением и экономическим потенциалом. Будем считать, что между ними и во всем окружающем пространстве нет других населенных пунктов. В этом случае системообразующий эффект может влиять только на эти 2 города. Будем также считать в этом примере, что функция системообразующего эффекта представляет собой монотонную вогнутую функцию, убывающую по мере увеличения расстояния между университетом и объектом системообразующего влияния.
10 На рис.1 представлены 4 графика убывания системообразующего эффекта: при расположении университета в городе А, при расположении в городе В и при расположении университета между городами А и В, в точке С. При расположении в городе А величина системообразующего эффекта равна 10 единицам в самом городе А и 1 единице для удаленного объекта – города В, т.е. суммарный эффект равен 11. Симметрично, при расположении университета в городе В величина системообразующего эффекта равна 10 единицам в самом городе В и 1 единице для удаленного объекта – города А, т.е. суммарный эффект тоже равен 11. А при расположении университета в точке С, величина системообразующего эффекта на город А равна 7 единицам и также равна 7 единицам для объекта влияния – города В. Суммарный системообразующий эффект оказывается равным 14, что и показывает целесообразность размещения университета в точке С, между двумя городами, в «чистом поле».
11

Рис.1. Убывание функции системообразующего эффекта Fa, Fb, Fc по мере удаления от места расположения университета в городах А, В, С, соответственно.

12 Очевидно, что целесообразность такого «промежуточного» расположения для двух городов может быть только вогнутых функций системообразующего эффекта. Для выпуклых функций университет максимизирует свой суммарный системообразующий эффект при расположении в одном из двух одинаковых городов А или Б. Однако, если между городами и вокруг них расположены другие поселения, то оптимальной точкой для размещения университета может опять оказаться «чистое поле» или одно из небольших поселений.
13 В [3] были рассмотрены различные возможные функции системообразующего влияния, на основе сравнительного анализа которых, в совокупности с другими предположениями экспертного характера, была выбрана степенная функция с отрицательной степенью, сводящаяся к гиперболической функции при степени, равной минус единица:
14 FУr=FУ0*Arβ (1)
15 Здесь FУr – функция системообразующего влияния университета;
16 r – расстояние от точки расположения университета до поселения - объекта системообразующего влияния.
17 - показатель показательной функции, определяющий темп уменьшения системообразующего влияния университета с увеличением расстояния r.
18 FУ0 - значение функции системообразующего влияния университета в пределах поселения, города, в котором университет находится, в расчете на одного жителя.
19 В модели исходим из двух упрощающих реальность предположений. Первое, город расположения университета ограничен неким одинаковым для всех поселений кругом радиусом rУ0 , значение которого не влияет на суть исследования. Второе, промышленный и научный потенциал поселений пропорционален населению (что в общем и целом неверно, в разных поселениях ситуация выглядит неодинаково). По этой причине FУ0 устанавливается в расчете на одного жителя поселения, в связи с чем системообразующий эффект университета на поселение пропорционален населению:
20 EУ(r)=FУ*Pпоселение (2)
21 Коэффициент β, определяющий темп уменьшения значения функции системообразующего влияния, количественно определяется из следующих соображений. При заданном значении показателя β на заданном расстоянии rmaх значение функции (1) уменьшится в К раз:
22 К=FУ0FУrУMAX (3)
23 После преобразований (подробнее в [4]) можно получить:
24 β=logrУmaxrу0(K) (4)
25 задавая К и rУmax , как внешние параметры, расчет функции системообразующего влияния можно вести по формуле:
26 FУr=FУ0*rу0rlogrУmaxrу0(K) , r>rу0 (5)
27 С учетом (2) совокупный системообразующий эффект университета на население поселений в области определяется по формуле, первое слагаемое которого определяет системообразующий эффект на поселение (город), в котором университет находится, а второе слагаемое – сумму системообразующих эффектов на поселения региона:
28 EУ(Ω)=FУ0*Pгород+jFУ(rj)*Pпосj (6)
29 rj – расстояние между университетом и поселением j.
30 Для проведения эмуляционных экспериментов была разработана программа на языке NetLogo и создана база данных обо всех городских округах и муниципальных районах Российской Федерации, включающая данные о географических координатах поселений, при этом полагалось, что все население муниципального района располагается в точке с координатами муниципального центра. Методологические вопросы построения базы данных были рассмотрены в [2], а ход построения описан в [3].
31 Используя разработанную нами базу данных можно визуализировать расположение городов по территории страны. По опции «показывать – не показывать называния городов» и опции «минимальное население показываемого города», можно регулировать визуальную читаемость карты (рис.2).
32

Рис.2. Визуализация городов на карте РФ

33 Также, можно визуализировать часть территории страны (рис.3).
34

Рис.3. Визуализация городов Северо-Западного федерального округа.

35 В начале исследования, при апробации методики, компьютерная модель была построена на основе агент-ориентированного подхода [4], когда университеты изначально располагались в узлах решетки, покрывающей страну, и потом сами «искали» место, в котором максимизируется их системообразующий эффект, исходя из ближайших «точек притяжения», при ограничении области поиска (иначе все бы собрались в г. Москве). Эта модель была ориентирована на поиск мест, лежащих вне больших городов, которые теоретически могут существовать, как было обсуждено выше. Но ввиду специфики России, в которой население распределено крайне неравномерно даже в пределах группы 2-3-4 регионов, где население концентрируется в больших городах – столицах регионов, а расстояния между столицами большие, точки максимального системообразующего эффекта между большими городами найти не удается. Ввиду этого, для целей нашего исследования, мы провели расчет системообразующего эффекта для всех городов страны, располагая в них системообразующие университеты. При этом компьютерная программа уже не представляла агент-ориентированную модель, но позволила получить убедительные результаты.
36 Расчет производился при следующих показателях: с К=2, rУ0 =15 км, а для размера области задавались три значения: rmax =250, 500 и 750 км. Результаты расчетов мы видим в таблицах 1, 2, 3, где города с миллионным населением (это изменяемый параметр, конечно), упорядочены по убыванию суммарного системообразующего эффекта университета, расположенного в этом городе.
37 Из городов этого списка ФУ и НИУ есть в Москве, Ростове-на-Дону, Казани, Самаре, Нижнем Новгороде, Санкт-Петербурге, Перми, Екатеринбурге, Челябинске, Новосибирске, Красноярске, Владивостоке, Томске, Иркутске и Саратове. В некоторых городах есть два НИУ, или ФУ и НИУ. А в Казани – один ФУ и два НИУ.
38 На основе этих расчетом можно сделать ряд выводов. Первоначально, в [4] нами ставилось под сомнение целесообразность расположения ФУ в Ростове-на-Дону, а не в Волгограде, на основании того, что первый город расположен близко к границе РФ, а второй расположен более-менее в середине Южного федерального округа, и точно по середине между границами РФ с Украиной и Казахстаном. Однако наш расчет (табл.1) показывает, что расположение ФУ в Ростове-на-Дону позволяет достичь большего системообразующего эффекта, чем это было бы при расположении его в Волгограде. Причем этот вывод устойчив для всех трех расчетов (при охвате территории РФ областью с радиусами 250, 500 и 750 км.).
39

Второй вывод касается г. Уфы, находящегося во всех трех расчетах на восьмой позиции. Как известно, в этом городе нет ни ФУ, ни НИУ. При этом по всем трем расчетам, все города выше Уфы в таблицах 1-3 имеют университеты с этими специальными статусами, и все остальные ФУ и НИУ расположены в городах, где значение системообразующего эффекта ниже, чем если оно было бы при расположении в городе Уфе. Это подтверждается и расчетами, проведенными для городов расположения, независимо от их населения. 

40

Таблица 1. Показатели суммарного эффекта свыше 1млн. чел. для rmax =250 км

Города Значение суммарного системообразующего эффекта
1 Moskva 20336658,12
2 Sankt-Peterburg 8608684,49
3 Novosibirsk 3071632,58
4 Ekaterinburg 2483377,15
5 Samara 2059280,47
6 Nizhniy Novgorod 2058016,85
7 Kazan 2049465,47
8 Ufa 2036554,49
9 Omsk 2008158,18
10 Chelyabinsk 2002404,71
11 Krasnoyarsk 1984133,71
12 Perm 1931955,18
13 Rostov-na-Donu 1815565,21
14 Voronezh 1678400,23
15 Volgograd 1645366,26
16 Krasnodar 1595182,94
17 Tyumen 1537191,39
18 Saratov 1457643,05
19 Irkutsk 1371251,37
20 Tolyatti 1276068,58
21 Habarovsk 1200565,33
22 Mahachkala 1182038,62
23 Barnaul 1167575,72
24 Tomsk 1155488,87
25 Ulyanovsk 1123142,91
26 Orenburg 1088212,23
27 Yaroslavl 1087000,15
28 Kemerovo 1078361,80
29 Novokuznetsk 1073388,92
30 Vladivostok 1072230,02
31 Izhevsk 1069274,73
41 Таблица 2. Показатели суммарного эффекта свыше 1млн. чел. для rmax =500 км
Города Значение суммарного системообразующего эффекта
1 Moskva 21082471,72
2 Sankt-Peterburg 8934563,08
3 Novosibirsk 3141826,01
4 Ekaterinburg 2561562,48
5 Nizhniy Novgorod 2131974,85
6 Samara 2129825,75
7 Kazan 2119963,54
8 Ufa 2103296,63
9 Chelyabinsk 2065115,26
10 Omsk 2062923,35
11 Krasnoyarsk 2016047,15
12 Perm 1995005,41
13 Rostov-na-Donu 1881927,37
14 Voronezh 1739634,86
15 Volgograd 1704012,42
16 Krasnodar 1653842,59
17 Tyumen 1583242,27
18 Saratov 1508941,38
19 Irkutsk 1391408,78
20 Tolyatti 1319964,97
21 Habarovsk 1235709,60
22 Mahachkala 1223815,19
23 Barnaul 1203445,86
24 Tomsk 1180229,58
25 Ulyanovsk 1162005,92
26 Yaroslavl 1126392,48
27 Orenburg 1124298,88
28 Izhevsk 1105012,22
29 Vladivostok 1103476,36
30 Kemerovo 1100975,22
31 Novokuznetsk 1095746,82
32 Ryazan 1001520,53
42 Таблица 3. Показатели суммарного эффекта свыше 1млн. чел. для rmax =750 км
Города Значение суммарного системообразующего эффекта
1 Moskva 21429231,86
2 Sankt-Peterburg 9086516,15
3 Novosibirsk 3173530,20
4 Ekaterinburg 2597488,05
5 Nizhniy Novgorod 2166300,58
6 Samara 2162440,17
7 Kazan 2152566,61
8 Ufa 2134050,27
9 Chelyabinsk 2093920,03
10 Omsk 2087869,61
11 Krasnoyarsk 2030290,02
12 Perm 2024049,14
13 Rostov-na-Donu 1912772,91
14 Voronezh 1768092,45
15 Volgograd 1731212,72
16 Krasnodar 1681122,49
17 Tyumen 1604334,07
18 Saratov 1532708,68
19 Irkutsk 1400384,11
20 Tolyatti 1340265,71
21 Habarovsk 1251783,23
22 Mahachkala 1243177,69
23 Barnaul 1219901,18
24 Tomsk 1191374,71
25 Ulyanovsk 1179987,20
26 Yaroslavl 1144688,59
27 Orenburg 1140941,34
28 Izhevsk 1121503,24
29 Vladivostok 1117763,37
30 Kemerovo 1111153,92
31 Novokuznetsk 1105807,97
32 Ryazan 1017824,51
43 Кроме того, видно что, что ФУ во Владивостоке может обеспечить значение системообразующего эффекта на окружающее пространство ниже, чем большинство городов, входящих в списки таблиц 1-3, причем отрыв существенный: значение этого системообразующего эффекта почти в два раза ниже, чем при расположении аналогичного вуза в Уфе или Омске. Все это говорит о том, что расположение ФУ по территории страны не оптимально с точки зрения максимизации системообразующего эффекта – функции, возложенной на ФУ в нормативных документах.

References

1. Akhunov R.R., Zul'karnaj I.U., Islakaeva G.R. Otsenka sootvetstviya statusa universitetov regiona ego potentsialu (na primere Respubliki Bashkortostan) // Ehkonomika i upravlenie: nauchno-prakticheskij zhurnal. 2017, № 1 (135).

2. Gumerova G. T. Metodologicheskie voprosy ispol'zovaniya kart GIS v avtorskikh programmakh v srede Netlogo // Iskusstvennye obschestva. 2017, T. 12, № 3-4 URL: https://artsoc.jes.su/s207751800000108-7-1/

3. Gumerova G. T. , Zul'karnaj I. U. Metod rascheta optimal'nogo razmescheniya sistemoobrazuyuschikh vuzov po territorii strany // Iskusstvennye obschestva. 2018, T. 13, № 4 URL: https://artsoc.jes.su/s207751800000142-5-1/

4. Zul'karnaj I.U. Mul'tiagentnyj podkhod k razrabotke regional'noj politiki po razmescheniyu uchrezhdenij vysshego obrazovaniya po territorii strany // Iskusstvennye obschestva. 2017, T. 12, № 3-4. URL: https://artsoc.jes.su/s207751800000111-1-1/

5. Islakaeva G.R., Zul'karnaj I.U. Rezul'tativnost' regional'noj politiki v sfere vysshego professional'nogo obrazovaniya // Izvestiya Ufimskogo nauchnogo tsentra Rossijskoj akademii nauk. 2012. № 1.

6. Korchagina I.V. Innovatsionno-tekhnologicheskie preobrazovaniya klasterov malykh i srednikh predpriyatij na osnove integratsii opornogo universiteta // e-FORUM. 2017. № 1 (1).

7. Lyosh A. Prostranstvennaya organizatsiya khozyajstva. // M.: Nauka, 2007.

8. Malyavina A. B. O kontseptual'nykh problemakh sozdaniya federal'nykh universitetov // Vlast'. 2007. № 5.

9. Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 13 iyulya 2009 goda N 550 «O konkursnom otbore programm razvitiya obrazovatel'nykh organizatsij vysshego obrazovaniya, v otnoshenii kotorykh ustanavlivaetsya kategoriya "natsional'nyj issledovatel'skij universitet" (s izmeneniyami na 6 avgusta 2013 goda)» // URL: http://docs.cntd.ru/document/902165684

10. Pochemu Nazarbaev universitet ne popadaet v global'nye rejtingi vuzov? // URL: http://www.exclusive.kz/expertiza/obshhestvo/117355/

11. Salmi D. Sozdanie universitetov mirovogo klassa. // M.: Ves' mir. 2009.

12. Ukaz Prezidenta Rossijskoj Federatsii ot 07.10.2008 g. № 1448 «O realizatsii pilotnogo proekta po sozdaniyu natsional'nykh issledovatel'skikh universitetov» // URL: http://kremlin.ru/acts/bank/28121

13. 5-100. Proekt povysheniya konkurentosposobnosti veduschikh rossijskikh universitetov sredi veduschikh mirovykh nauchno-obrazovatel'nykh tsentrov // URL: https://www.5top100.ru/

14. QS World University Rankings-2019 // URL: https://www.topuniversities.com/university-rankings/world-university-rankings/2019