Системотехника, исследование операций

 

Многие научные дисциплины, такие как исследование операций, системотехника, теория выработки решений, системный анализ используют системный подход к исследованию объектов различного назначения. Между этими науками нет четких границ, потому что очень часто они используют одинаковые математические методы. Так с истемотехника – научное направление, занимающееся вопросами проектирования технических систем на основе системного подхода. К числу задач, рассматриваемых системотехникой, относят: определение общей структуры технической системы; организацию взаимодействия между подсистемами и элементами; учет влияния внешней среды; разработку требований к техническим средствам; оценку эффективности технических систем.

В системотехнике используются понятия и закономерности общей теории систем, методы исследования операций, анализ систем, кибернетики и других научных дисциплин. Достижения системотехники используются на этапах проектирования, испытаний и эксплуатации сложных систем.

Исследование операций – комплексная математическая дисциплина, занимающаяся построением, разработкой и применением математических моделей принятия решений. Появление термина «исследование операций» и зарождение этой научной дисциплины относится к началу второй мировой войны и обусловлены практической необходимостью наилучшей организации крупномасштабных боевых действий, а также прогнозированием их исхода при принятии командованием различных решений.

В настоящее время методы исследования операций находят широкое применение в решении самых различных практических задач (перспективное планирование научных разработок, создание эффективных технических систем, прогнозирование развития сферы обслуживания, организация перевозок и др.).

Процесс исследования операций имеет следующие особенности: предполагается, что:

- имеются достаточно полные сведения об исследуемом объекте, позволяющие определить количественные значения исходных данных;

- детальные исследования по формированию цели не производятся, предполагается, что цель задана;

- в процессе исследования разрабатывается математическая модель операции, где целевая функция представляет собой отражение цели операции;

- принятие решений осуществляется по результатам решения оптимизационной задачи.

Таким образом, при использовании методов исследования операций предполагается, что цель уже кем-то задана и задача сводится к использованию математических моделей, описывающих связь оптимизируемой целевой функции с определяемыми, показателями исследуемой системы. Такой подход давал удовлетворительные результаты при решении несложных задач, когда процесс определения цели был основан на опыте и интуиции людей, осуществляющих управления операциями. Однако опыт управления сложными операциями показывает, что некоторые интуитивно поставленные цели зачастую не реализуются, что приводит к неправильному расходу ресурсов. Кроме того, традиционные математические методы исследования операций уже не могут дать положительных результатов или практически не могут использоваться при анализе всех процессов в сложных организационных системах. Все это потребовало разработки нового научного подхода к формированию целей и решению сложных задач планирования и оперативного управления операциями. Такой научный подход в настоящее время получил наименование «системный анализ».

 

3.3 Системный анализ

 

В настоящее время наиболее конструктивным направлением системных исследований признается системный анализ. Этот термин впервые появился в 1948 г. в работах корпорации RAND в связи с задачами военного управления и получил распространение в отечественной литературе после перевода в 1969 г. книги С. Оптнера «Системный анализ для решения, деловых и промышленных проблем».

Термин «системный анализ» трактовался в публикациях неоднозначно. В одних работах системный анализ определяется как «приложение системных концепций к функциям управления, связанным с планированием» или даже со стратегическим планированием и целевой стадией планирования. В других термин «системный анализ» употребляется как синоним термина, «анализ систем» или «системное управление организацией».

На основе обобщения различных точек зрения принято считать, что системный анализ – это методология решения проблем, основанная на структуризации систем и количественном, сравнении альтернатив.

В истории развития системного анализа можно выделить несколько этапов, показанных рисунке 3.1. На начальном этапе можно говорить о возникновении системного подхода как идейной, концептуальной основы системного анализа.

Системный подход

Системный анализ – I

Системный анализ – II Системный подход

Методы теории оптимизации и исследования операций

Качественные методы системного анализа

Компьютерное моделирование систем

Общие математические методы исследований

Рисунок 3.1 – Этапы развития методологии системного анализа

На первом этапе развития собственно СА в качестве методологии исследования использовались аналитические методы теории оптимизации и исследования операций. При этом особое внимание уделялось получению в той или иной форме аналитических соотношений, связывающих цели со средствами, т. е. показателей эффективности со структурой и параметрами объекта, который пытались отобразить в виде хорошо организованной системы. На современном этапе кроме методов теории оптимизации и исследования операций используются формальные, качественные методы анализа и количественные методы, опирающиеся на результаты различных способов компьютерного моделирования систем.

Таким образом, системным анализом называется логически связанная совокупность теоретических и эмпирических методов и средств исследования сложных многоуровневых и многокомпонентных систем, объектов, процессов, учитывающих, весь комплекс взаимосвязей и взаимодействий между элементами системы и обеспечивающих повышение обоснованности решения конкретной проблемы.

Системный анализ как дисциплина сформировался в результате возникновения необходимости исследовать и проектировать сложные системы, управлять ими в условиях неполноты информации, ограниченности ресурсов и дефицита времени. Он является дальнейшим развитием таких дисциплин как: исследование операций, теория оптимального управления, теория принятия решений, экспертный анализ, теория организации эксплуатации систем и использует математический аппарат, качественные и количественные методы из области математической логики, теории эффективности, теории информации, структурной лингвистики, теории нечетких множеств, искусственного интеллекта и т.д.

Основные отличия системного анализа от других формализованных подходов при обосновании управленческих решений заключаются в следующем:

- рассматриваются все теоретически возможные альтернативные методы и средства достижения целей;

- оцениваются альтернативные варианты систем с позиций длительной перспективы;

- разрабатываются нестандартные решения;

- учитываются различные взгляды при решении одной и той же проблемы;

- применяется к проблемам, для которых не полностью определены требования стоимости или времени;

- признается принципиальное значение организационных и субъективных факторов в процессе принятия решений, в соответствии с этим разрабатываются процедуры согласования различных точек зрения;

- уделяется особое внимание факторам риска и неопределенности, их учету и оценке при выборе наиболее оптимальных решений среди возможных вариантов.

Новизна системного анализа заключается в том, что проблемы рассматриваются в целом, с постоянным акцентом на ясность анализа, на количественные методы и на выявление неопределенности. Новыми также являются схемы или модели, где связи не могут быть адекватно выражены с помощью математической модели.

Достоинство системного анализа состоит в систематическом и эффективном сочетании суждений и интуиции экспертов в соответствующих областях науки, что приводит к:

1. Большему пониманию и проникновению в суть проблемы: выявленные взаимосвязи и количественные ценности, способствуют обнаружению скрытых знаний.

2. Большей точности: более четкая формулировка целей и задач позволяет снизить, хотя и не устранить, неизбежно неясные стороны многоплановых целей.

3. Большей сравнимости: анализ может быть осуществлен таким образом, что планы работы и политика одного предприятия можно с пользой увязать и сравнить с планами работы и политикой других предприятий.

4. Большей полезности и эффективности: разработка новых методов приводит к более упорядоченному распределению ресурсов и оказывает помощь в проверке ценности интуитивных суждений.

Однако наряду с полезностью следует отметить ограниченность системного анализа, обусловленную:

- неизбежной неполнотой анализа;

- приближенностью меры эффективности;

- отсутствием способов точного прогнозирования перспективы.

Методы системного анализа могут быть наиболее эффективно использованы в процессе принятия решений в условиях высокой неопределенности (создание новой сложной системы, формирование комплексных целевых программ, прогнозирование; затрат и т.д.).

Таким образом, системный анализ – междисциплинарная научная дисциплина, обобщающая методологии исследований сложных технических, природных и социальных систем, которая применяет различные методы, основанные на использовании ЭВМ. Центральной проблемой этой дисциплины является проблема принятия решения, связанная с выбором определенной альтернативы в условиях различного рода неопределенностей, обусловленных многокритериальностью задач оптимизации, не всегда ясными целями развития систем, неоднозначностью сценариев развития системы, недостаточностью априорной информации о системе, воздействием случайных факторов в ходе динамического развития системы и т.д., т.е. когда выбор альтернативы требует анализа разнообразной информации различной физической природы.

Рассмотрим виды проблем, решаемых с помощью системного анализа, учитывая, что проблема в широком смысле – сложный теоретический или практический вопрос, требующий изучения или решения.

В настоящее время единой классификации проблем не существует. Нередко к проблеме относят лишь очень крупные научные и хозяйственные проблемы, обоснованное решение которых требует проработки, выявления и сравнения нескольких возможных вариантов. Исходя из этого, выделяют две категории проблем: стабилизации и развития:

1. Решение проблем стабилизация направлено на предотвращение, устранение или компенсацию возмущений, нарушающих текущую деятельность системы. На уровне предприятия решение этих проблем обозначают термином «управление производством».

2. Решение проблем развития и совершенствования систем направлено на повышение эффективности функционирования за счет изменения характеристик объекта управления или системы управления объектом.

В качестве классификационных признаков также используют степень формализации, характер проявления и степень связности проблем.

По степени формализации выделяют следующие проблемы:

- неструктурированные (описание на качественном уровне и решение эвристическими методами на основе опыта и интуиции);

- слабоструктурированные (качественное и количественное описание, частично формализована предметная область, для решения используют системный подход);

- структурированные (обычно решаются методами исследования операций).

По характеру проявления проблемы обычно делятся на повторяющиеся, аналогичные, новые и уникальные.

По степени связанности принято выделять комплексные и автономные проблемы.

Следующий вид классификации проблем связывают с уровнем проблем и их решений. Выделяют четыре уровня проблем и решений.

Первый уровень – рутинные проблемы, рутинные решения. На этом уровне руководитель ведет себя в соответствии с имеющейся программой, почти как компьютер, распознающий; ситуации и поступающий заранее предсказуемым образом. На этом уровне не требуется творческого подхода, поскольку все процедуры заранее предписаны.

Второй уровень – селективные проблемы, инициативные решения. На этом уровне требуется доля инициативы и свободы. Руководитель оценивает достоинства целого круга возможных решений и старается выбрать из некоторого числа хорошо отработанных альтернативных наборов действий те, которые лучше всего подходят к данной проблеме.

Третий уровень – адаптационные проблемы, новое решение известной проблемы. На этом уровне руководитель должен выработать творческое решение, которое в определенном смысле может быть абсолютно новым. Успех руководителя зависит от его личной инициативы и способности сделать прорыв в неизвестное.

Четвертый уровень – инновационные проблемы, новое решение неизвестной проблемы. Проблемы сложные, требующие совершенно нового подхода. Наиболее современные и трудные проблемы могут потребовать для их решения создание новой отрасли науки или технологии.

Существует также классификация, которая делит проблемы на качественные, количественные, смешанные (количественно-качественные) и слабоструктурированные (наличие качественного и количественного описания и частично формализованной предметной области).

Количественные проблемы – проблемы, которые можно выразить в числах или в таких символах, которые, в конце концов, могут быть выражены в числовых оценках. Особенность таких проблем: точность, надежность решения, строгость и управляемость.

Качественные проблемы – проблемы, которые описываются качественными характеристиками, свойствами (связаны с детальным перечислением будущих или плохо определенных ресурсов и их свойств или характеристик).

Обобщая различные способы классификации проблем, можно выделить три вида проблем:

- оперативные проблемы (структурированные) – это проблемы, решение которых приводит к предотвращению, устранению или компенсации возмущений, нарушающих текущую деятельность системы. Их можно оценить количественно и решить с помощью отобранных альтернативных действий в той или иной ситуации;

- проблемы совершенствования и развития систем (слабоструктурированные) – это проблемы, решение которых позволяет повысить эффективность функционирования за счет изменения характеристик объекта управления или системы управления объектом, а также внедрения новых идей;

- инновационные проблемы (слабоструктурированные или неструктурированные) – это проблемы, решение которых связано с выработкой новых идей, внедрением нововведений и применением эвристических методов на основе опыта и интуиции.

Главным содержанием дисциплины «системный анализ» являются сложные проблемы принятия решений, при изучении которых неформальные процедуры, представления здравого смысла и способы описания ситуаций играют не меньшую роль, чем формальный математический аппарат.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: