Построение моделей системы. Определение управляемых и неуправляемых переменных. Определение параметров системы и показателей эффективности.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА.

СА (исследование операций) не есть матметод или множество мат.методов. СА - это стратегия научного поиска, основанная на использовании научными коллективами мат.методов и концепций для решения сложных проблем в рамках систематизированных научных подходов. По существу, СА организует наши опыт и знания об объекте таким образом, чтобы помочь выбрать из множества стратегий ту, которая представляется наиболее целесообразной в данной ситуации.

На основе вышеизложенной процедуры системообразования выделим основные этапы СА. Схематично этапы и их взаимосвязь отображены на рис.1.

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

Постановка формальной задачи, которую надо решать, для традиционных наук - начальный, отправной этап работы. В исследовании же или проектировании сложной системы это промежуточный результат, которому предшествует кропотливая длительная и сложная работа по структурированию исходной проблемы.

Проиллюстрируем основные особенности такой работы, составляющей первые этапы системного анализа, на примере “социотехнических” систем. Типичным примером социотехнических систем служат организации типа городской медицинской службы, завода, системы транспорта или связи, экологические системы. Разумеется, системный анализ применим и к менее сложным системам. Чем проще анализируемая система, тем ближе реализуемый алгоритм ее анализа к линейному; чем система сложнее, тем больше циклов реализуется при ее анализе, что, кстати, может служить самостоятельным признаком сложности.

ПРЕВРАЩЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ В ПРОБЛЕМАТИКУ.

Итак, первые шаги в системном анализе связаны с формулированием проблемы. Хотя необходимость системного анализа возникает тогда, когда проблема уже не только существует, но и требует решения, когда инициатор системного анализа (“заказчик”, “клиент”) уже сформулировал свою проблему, системный аналитик знает, что первоначальная формулировка - лишь очень приблизительный намек на то, какой именно должна быть действительная рабочая формулировка проблемы.

Имеется ряд причин считать л ю б у ю исходную формулировку проблемы лишь “нулевым приближением”. Главная из них состоит в том, что проблемосодержащая система (так называют систему, в деятельности которой появилась данная проблема как некоторое отрицательное нежелательное явление) не является ни изолированной, ни монолитной: она связана с другими системами и входит как часть в некоторую надсистему; сама она в свою очередь состоит из частей, подсистем, в различной степени причастных к данной проблеме. Таким образом, к любой реальной проблеме необходимо относится не как к отдельно взятой, а как к “клубку” взаимосвязанных проблем. Используя для обозначения этой совокупности термин проблематика, можно сказать, что этап формулирования проблемы состоит в определении проблематики.

Другая причина - это факт того, что предлагаемая заказчиком формулировка является е г о м о д е л ь ю реальной проблемной ситуации. Отсюда следует, что необходимо учитывать не только точку зрения заказчика, позиции других заинтересованных сторон (что, как уже было показано, приводит к необходимости расширения проблемы до проблематики), но и то, что его модель, как и всякая модель, неизбежно имеет целевой характер, является приблизительной упрощенной. Поэтому следует проверять предложенную формулировку на адекватность, что обычно приводит к развитию, дополнению, уточнению первоначального варианта описания проблемы.

Итак, системное исследование всякой проблемы начинается с ее расширения до проблематики, т.е. нахождения системы проблем, существенно связанных с исследуемой, без учета которых она не может быть решена. Это расширение происходит как “вширь” благодаря выявлению связей проблемосодержащей системы с над- и подсистемами, так и “вглубь” в результате рассмотрения данной проблемы с точки зрения каждого из языков конфигуратора и (если необходимо) детализации исходной проблемы.

Конфигуратор - набор различных языков описания изучаемой системы, достаточный для проведения системного анализа данной проблемы. Определяется природой проблемосодержащей и проблеморазрешающей систем с целью анализа.

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОБЛЕМАТИКИ.

Очевидно, что для расширения проблемы потребуется содержательная модель над- и подсистем относительно проблемосодержащей системы. Такая модель представляет собой “перечень заинтересованных лиц”. В этот перечень следует включать:

1) клиента, т.е. того, кто ставит проблему, заказывает и оплачивает системный анализ;

2) лиц, принимающих решения, т.е. тех, от полномочий которых непосредственно зависит решение проблемы;

3) участников, как активных, т.е. тех, чьи действия потребуются при решении проблемы, так и пассивных - тех, на ком скажутся (положительным или отрицательным образом) последствия решения проблемы;

4) самого системного аналитика и его сотрудников, главным образом для того, чтобы предусмотреть возможность минимизации его влияния на остальных заинтересованных лиц,- своеобразная “мера безопасности”.

Слово “заинтересованный” следует понимать в широком смысле, поскольку в перечень необходимо включить и тех, кто на самом деле не з а и н т е р е с о в а н в решении проблемы и будет сопротивляться возможным переменам. Формулирование проблематики и состоит в описании того, какие изменения и почему хочет внести каждое из заинтересованных лиц. Какова бы ни была природа рассматриваемой системы, ее проблематика включает спектр проблем: от допускающих формализацию в виде постановки математических оптимизационных задач до проблем “рыхлых”, слабо структурированных.

Подведем итог: Самый ответственный этап системного анализа - формулирование проблемной ситуации. Этот этап лишь начинается с постановки проблемы заказчиком. Необходимо выявить всех, кого затронут возможные изменения, и сформулировать вытекающие из этих изменений их проблемы на всех языках конфигуратора. Полученное множество проблем, названное проблематикой, и является исходным пунктом для системного анализа.

 

ВЫЯВЛЕНИЕ ЦЕЛЕЙ.

Как хорошо формализованные, так и слабо структурированные проблемы должны быть приведены к виду, когда они становятся задачами выбора подходящих средств для достижения заданных целей. Поэтому прежде всего, необходимо определить цели. На данном этапе системного анализа определяется, ч т о надо сделать для снятия проблемы (в отличие от последующих этапов, определяющих к а к это сделать).

Главная трудность выявления цели связана с тем фактом, что цели являются как бы антиподом проблемы. Рассмотрим основные трудности выявления целей и методы его выполнения.

ОПАСНОСТЬ ПОДМЕНЫ ЦЕЛЕЙ СРЕДСТВАМИ.

Действительные цели, как правило, шире, чем объявленые. Например, в одном исследовании проблемы “где лучше разместить” больницу” выяснилось, что действительная цель - улучшение медицинского обслуживания населения, и среди предложенных альтернатив нашлись более эффективные способы использования ресурсов, нежели строительство новой больницы. Это служит примером того, как средства могут приниматься за цели.

Итак, исследование целей заинтересованных в проблеме лиц должно предусматривать возможность их уточнения, расширения или даже замены. В этом и состоит одна из основных причин итеративности системного анализа.

ВЛИЯНИЕ ЦЕННОСТЕЙ НА ЦЕЛИ.

На выбор даже конкретных, частных целей субъекта решающее влияние оказывает его общая идеология, система ценностей, которой он придерживается. В научной литературе нередко обращается внимание на определенную противоположность “технократического мышления” и “гуманистического мышления” как разных подходов к формированию целей. Главное их различие образно можно выразить так: “Человек - царь природы” и “Человек - часть природы”.

 

ДЕКОМПОЗИЦИЯ ЦЕЛЕЙ.

Цель иерархична, так как она отражает потребности сложной многоуровневой системы. Иерархия целей образуется в результате декомпозиции, а способов декомпозиции достаточно много. Поэтому встает проблема выбора наилучшего варианта декомпозиции в соответствии с тем или иным критерием оптимизации. При этом в иерархии цель, на том или ином уровне, служит лишь элементом или средством для цели, расположенной на более высоком уровне, а последняя, в свою очередь, является лишь средством для цели еще более высокого уровня и т.д. Трудность решения задачи декомпозиции цели обуславливается также многообразием и неоднозначностью.

МНОЖЕСТВЕННОСТЬ ЦЕЛЕЙ.

Рассмотрим вопросы выявления целей только самого верхнего уровня, на котором, как правило, их бывает несколько, и важно не упустить какую-нибудь существенную из них. Оказываются полезными следующие способы поиска существенных целей: включать в рассмотрение цели, противоположные заявленным, и цели “двойственные” (например, “минимизировать страдания” не то же самое, что “максимизировать удовольствия”); выявлять не только “желаемые”, но и “нежелательные” по последствиям цели (чтобы как можно раньше предвидеть возникновение новых проблем); вообще всякие цели (их критика будет позже); единственным ограничением может служить то, что цели должны излагаться в номинальной шкале, т.е. быть названиями.

ОПАСНОСТЬ СМЕШЕНИЯ ЦЕЛЕЙ.

Различие между целями не всегда очевидно, и существует опасность ошибочно принять одни за другие. Можно привести множество примеров: имеется большое количество отмеченных конкурсными призами рекламных плакатов, которые не оказали ни какого влияния на сбыт рекламируемой продукции. “Операция прошла успешно, но пациент умер”, - это не дурная шутка, а действительно встречающееся среди хирургов высказывание.

ИЗМЕНЕНИЕ ЦЕЛЕЙ СО ВРЕМЕНЕМ.

Изменение целей во времени может происходить не только по форме, в силу все лучшего понимания действительных целей, но и по содержанию - вследствие изменения объективных условий и/или субъективных установок, влияющих на выбор цели. Цели более высоких уровней долговечнее.

Перечислим основные трудности выявления целей: 1. Цель - это описание желаемого будущего, в чем легко допустить неточности, а то и ошибиться. 2. То, что для одного уровня иерархии является целью, для другого есть средство; их часто путают. 3. Формирование целей человека определяется системой ценностей, которой они придерживаются, а они бывают различными, иногда противоречивыми. 4. Так как проблему нельзя отрывать от проблематики, то цель никогда не бывает единственной. 5. При множественности целей существует опасность их неверного ранжирования. 6. Цели меняются с течением времени.

ФОРМИРОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ.

Слово “критерий” будем употреблять не только в смысле “критериальная функция”, а в более широком смысле - как любой способ сравнения альтернатив. Это означает, что критерием качества альтернативы может служить любой ее признак, значение которого можно зафиксировать в порядковой или более сильной шкале. После того как такая характеристика найдена (“критерий сформирован”), появляется возможность ставить задачи выбора и оптимизации. Критерии являются количественными моделями качественных целей. Следовательно, расхождения критериев и целей неизбежны, и очень важно заботиться о том, чтобы переход к работе с выбранными критериями действительно привел к движению в направлении к заданным целям.

 

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ И НЕУПРАВЛЯЕМЫХ ПЕРЕМЕННЫХ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

Если получить достаточно строгую и логически непротиворечивую, содержательную постановку задачи, можно построить ее мат.модель. Этот процесс называется формализацией задачи.

В частности, мат.модель может иметь вид:

найти

max E = f (X, Y) (1)

при ограничениях

, где i=1,2,...m (2)

Е - целевая функция (показатель качества или эффективности), Х, Y - вектор управляемых и неуправляемых переменных, - функция потребления i-го ресурса, - величина i- го ресурса.

а) Управляемые переменные - это существенные параметры, объекта, процесса, которые могут быть целенаправленно изменены с помощью изменения положения управляющих органов (факторов).

Например, 1) кол-во оборудования и ремонт участков - в производственных задачах

2) кол-во отделов и подбор руководителей - в оргсистемах

3) в ГТД

4) в ЛА

Очень важно правильно выбрать параметры в качестве управляемых, т.к. это определяет эффективность функционирования объекта. Ошибка приводит к потере эффективности.

б) Неуправляемые переменные - это возмущающие факторы.

1) для ПРЭС - это действие конкурентов

2) для ЛА - это поведение атмосферы (погодные условия)

3) для оргсистем - отклонения в поведении локальных подсистем от правил и норм

Ошибка - приводит к неадекватному пониманию реальной ситуации и к выработке ошибочной стратегии.

в) Технологические параметры - параметры (координаты), которые определяют протекание тех.процесса (изготовления, управления, планирования и т.д.). Они могут быть управляемыми и неуправляемыми, измеряемыми и не измеряемыми (набл. и ненабл.)

Ошибка в выборе технологических параметров скажется на качестве выпускаемой продукции.

г) Показатель эффективности - это комплекс (параметров) (Е)

Критерий эффективности - это значение (условие на) этого комплекса:

E=max, E=min, E E

Решение ее - это задача оптимизации.

Как правило, к сложной системе применяют несколько показателей эффективности, т.к. система многофункциональная, многоцелевая, многорежимная, МСАУ. Поэтому задача оптимизации получается многокритериальной. Цель решения - нахождение компромисса.

Трудность: в правильном выборе критерия эффективности и в правильном предпочтении при множестве { } в НИР: много платить 1-2 чел., или мало, но 10 чел.

д) Далее этот этап завершается построением модели (адекватно отражающей процесс) - залог успешного решения проблемы.

e) Верификация имитационной модели - проверка соответствия ее поведения предположениям экспериментатора. Когда модель организована в вычислительную программу для ЭВМ, то сначала, как обычно, исправляют ошибки в ее записи на алгоритмическом языке, а затем переходят к верификации. Это первый этап действительной подготовки к имитационному эксперименту. Подбираются некоторые исходные данные, для которых могут быть предсказаны результаты просчета. Если окажется, что ЭВМ выдает данные, противоречащие тем, которые ожидались при формировании модели, значит, модель неверна. (См. рис.1)

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: