Основы системного анализа. 1. Понятие Системного анализа
 Скачать 482.81 Kb.
|
|
7. Принципы решения слабоструктурированных проблем Для решения проблем этого класса целесообразно использовать методы системного анализа. Проблемы, решаемые с помощью системного анализа, имеют ряд характерных особенностей: 1. принимаемое решение относится к будущему (Например, завод, которого пока нет); 2. имеется широкий диапазон альтернатив; 3. решения зависят от текущей неполноты технологических достижений; 4. принимаемые решения требуют больших вложений ресурсов и содержат элементы риска; 5. не полностью определены требования, относящиеся к стоимости и времени решения проблемы; 6. проблема внутренняя сложна вследствие того, что для ее решения необходимо комбинирование различных ресурсов. Основные концепции методов системного анализа состоят в следующем: · процесс решения проблемы должен начинаться с выявления и обоснования конечной цели, которой хотят достичь в той или иной области и уже на этом основании определяются промежуточные цели и задачи; · к любой проблеме необходимо подходить, как к сложной системе, выявляя при этом все возможные подроблемы и взаимосвязи, а также последствия тех или иных решений; · в процессе решения проблемы осуществляется формирование множества альтернатив достижения цели; оценка этих альтернатив с помощью соответствующих критериев и выбор предпочтительной альтернативы; · организационная структура механизма решения проблемы должна подчиняться цели или ряду целей, а не наоборот. Системный анализ представляет собой многошаговый итеративный процесс, причем исходным моментов этого процесса является формулировка проблемы в некоторой первоначальной форме. При формулировке проблемы необходимо учитывать 2 противоречивых требования: 1. проблема должна формулироваться достаточно широко, чтобы ничего существенного не упустить; 2. проблема должна формироваться таким образом, чтобы она была обозримой и могла быть структурирована. В ходе системного анализа степень структуризации проблемы повышается, т.е. проблема формулируется все более четко и исчерпывающе.  Рис. 3 — Один шаг системного анализа 1. постановка проблемы 2. обоснование цели 3. формирование альтернатив 4. исследование ресурса 5. построение модели 6. оценка альтернатив 7. принятие решения (выбор одного решения) 8. анализ чувствительности 9. проверка исходных данных 10. уточнение конечной цели 11. поиск новых альтернатив 12. анализ ресурсов и критериев Для оценки применяют самые разнообразные, но локальные методы: экономические, технические, социальные, политические и другие. 8. Принципы решения хорошо структурированных проблем Для решения проблем этого класса широко используются математические методы исследования операций (И.О.). В операционном исследовании можно выделить основные этапы: 1. Определение конкурирующих стратегий достижения цели. 2. Построение математической модели операции. 3. Оценка эффективностей конкурирующих стратегий. 4. Выбор оптимальной стратегии достижения целей. Модель операции позволяет оценить эффективность конкурирующих стратегий и выбрать из их числа оптимальную стратегию. Критерий эффективностиоперации должен удовлетворять ряду требований: 1. Представительность, т.е. критерий должен отражать основную, а не второстепенную цель операции. 2. Критичность — т.е. критерий должен изменяться при изменении параметров операций. 3. Единственность, так как, только в этом случае возможно найти строгое математическое решение задачи оптимизации. 4. Учет стохастичности, которая связана обычно со случайным характером некоторых параметров операций. 5. Учет неопределенностей, которая связана с отсутствием какой-либо информации о некоторых параметрах операций. 6. Учет противодействия, которое вызывает часто сознательный противник, управляющий полными параметрами операций. 7. Простота, т.к. простой критерий позволяет упростить математические выкладки при поиске opt. решения. 9. Системный подход к выявлению и решению проблем На этапе синтеза осуществляется: 1) Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата; моделирование; оценка модели по критериям: адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей); 2) синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему; 3) синтез параметров системы, снимающей проблему; 4) обоснование вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка и анализ результатов оценивания, выбор наилучшего варианта). В процессе функционирования реальной системы выявляется проблема, состоящая в несоответствии существующего положения – требуемому. Для решения проблемы проводится системное исследование, состоящее из декомпозиции, анализа и синтеза, позволяющее в результате снять проблему. Системный подход к решению проблем может быть представлен в виде схемы цикла системного исследования (Рисунок 4).  Рис. 4 – Схема цикла системного исследования Основные задачи (структура) системного анализа могут быть представлены в виде трехуровневого дерева функций системного анализа (Рис. 5). На рисунке представлены основные этапы системного анализа. Декомпозиция. Декомпозицией (структуризацией) системы называется деление системы на части, удобное для каких-либо операций с этой системой. Целью декомпозиции является упрощение системы, сложной для рассмотрения целиком.  Рис. 5 – Дерево функций системного анализа. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций. Глубина декомпозиции ограничивается. В автоматизированных методиках типичной является декомпозиция модели на глубину 5-6 уровней. Декомпозиция прекращается, если необходимо изменить уровень абстракции – представить элемент как подсистему. Если при декомпозиции выясняется, что модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика», то в этом случае произошло изменение уровня абстракции. В общей теории систем доказано, что большинство систем могут быть декомпозированы на базовые представления подсистем. К ним относятся: последовательное, параллельное соединение элементов, а также соединение с помощью обратной связи. Наиболее часто применяемыми стратегиями декомпозиции являются: а) функциональная декомпозиция (базируется на анализе функций системы. Ставится вопрос: «что делает система?» независимо от того, как она работает.); б) декомпозиция по жизненному циклу (признак выделения подсистем – изменение закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы «от рождения до гибели»); в) декомпозиция по физическому процессу (признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний); г) декомпозиция по подсистемам или структурная декомпозиция (признак выделения подсистем – сильная связь межу элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (информационных, логических, иерархических, энергетических и т.п.)). Для описания всей системы должна быть построена составная модель, объединяющая все отдельные модели. Анализ. Анализ – нахождение различного рода свойств системы или среды, окружающей систему. На этапе анализа происходит формирование детального представления системы посредством осуществления: 1) Функционально-структурного анализа, который включает в себя: уточнение состава и законов функционирования элементов, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание множества состояний Z, задание параметрического пространства T, анализ целостности системы, формирование требований к системе; 2) Морфологического анализа – анализа взаимосвязи компонентов; 3) Генетического анализа – анализа предыдущей истории, причин развития ситуации, тенденций, построение прогнозов; 4) Анализа аналогов; 5) Анализа эффективности, включающеговыбор шкалы измерения, формирование показателей эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, непосредственное оценивание и анализ полученных оценок; 6) Формирование требований к создаваемой системе – выбор критериев оценки и ограничений. Синтез. Задача синтеза системы противоположна задаче анализа – необходимо по описанию закона преобразования построить систему, фактически выполняющую это преобразование по определенному алгоритму. В ходе синтеза осуществляется оценка анализируемой и синтезируемой системы. Реализация синтезированной системы в виде предлагаемой физической системы позволяет провести оценку степени снятия проблемы практики и принять решение на функционирование модернизированной реальной системы. Упрощенная функциональна диаграмма этапа синтеза системы, решающей проблему (Рис. 6).  Рис. 6 – Функциональная диаграмма этапа синтеза системы. На этапе синтеза осуществляется: 1) Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата; моделирование; оценка модели по критериям: адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей); 2) синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему; 3) синтез параметров системы, снимающей проблему; 4) обоснование вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка и анализ результатов оценивания, выбор наилучшего варианта). 10. Методы экспертных оценок Экспертные оценки – группа методов, наиболее часто используемых в практике оценивания сложных систем на качественном уровне. Не претендуя на полноту, можно указать следующие технико-экономические задачи, в которых их использование дает определенную практическую пользу: Выбор целей исследования. Выбор и построение критериев в задачах векторной оптимизации. Принятие решений при управлении производством и выбор наилучшего варианта решения любой другой достаточно сложной проблемы в условиях неопределенности. Задачи идентификации (математическое описание). Построение эвристических механизмов управления. Эргонометрические исследования. Оценка качества продукции и пр. Сущность метода экспертных оценок заключается в проведении экспертами интуитивно-логического анализа проблемы с количественной оценкой суждений и формальной обработкой результатов. Получаемое в результате обработки обобщенное мнение экспертов принимается как решение проблемы. Комплексное использование интуиции (неосознанного мышления), логического мышления и количественных оценок с их формальной обработкой позволяет получить эффективное решение проблемы. Характерными особенностями метода экспертных оценок как научного инструмента решения сложных не формализуемых проблем являются, во-первых, научно обоснованная организация проведения всех этапов экспертизы, обеспечивающая наибольшую эффективность работы на каждом из этапов, и, во-вторых, применение количественных методов, как при организации экспертизы, так и при оценке суждений экспертов и формальной групповой обработке результатов. Эти две особенности отличают метод экспертных оценок от обычной давно известной экспертизы, широко применяемой в различных сферах человеческой деятельности. Область применения метода экспертных оценок весьма широка. Перечислим типовые задачи, решаемые методом экспертных оценок: 1) составление перечня возможных событий в различных областях за определенный промежуток времени; 2) определение наиболее вероятных интервалов времени свершения совокупности событий; 3) определение целей и задач управления с упорядочением их по степени важности; 4) определение альтернативных вариантов решения задачи с оценкой их предпочтения; 5) альтернативное распределение ресурсов для решения задач с оценкой их предпочтительности; 6) альтернативные варианты принятия решений в определенной ситуации с оценкой их предпочтительности. Для решения перечисленных типовых задач в настоящее время применяются различные разновидности метода экспертных оценок. К основным видам относятся: анкетирование и интервьюирование; мозговой штурм; дискуссия; совещание; оперативная игра; сценарий. Каждый из этих видов экспертного оценивания обладает своими преимуществами и недостатками, определяющими рациональную область применения. Во многих случаях наибольший эффект дает комплексное применение нескольких видов экспертизы. Анкетирование и сценарий предполагают индивидуальную работу эксперта. Интервьюирование может осуществляться как индивидуально, так и с группой экспертов. Остальные виды экспертизы предполагают коллективное участие экспертов, в работе. Независимо от индивидуального или группового участия экспертов в работе целесообразно получать информацию от множества экспертов. Это позволяет получить на основе обработки данных более достоверные результаты, а также новую информацию о зависимости явлений, событий, фактов, суждений экспертов, не содержащуюся в явном виде в высказываниях экспертов. При использовании метода экспертных оценок возникают свои проблемы. Основными из них являются: подбор экспертов, проведение опроса экспертов, обработка результатов опроса, организация процедур экспертизы. 11. Метод мозговой атаки Метод мозгового штурма появился в Соединенных Штатах Америки в конце 30-х годов. В это время совладелец крупной рекламной фирмы Алекс Ф. Осборн начал практиковать среди своих сотрудников новый подход к поиску идей. Метод окончательно оформился и стал известен широкому кругу специалистов с выходом книги А. Осборна "Управляемое воображение: принципы и процедуры творческого мышления" в 1953 году. Структурно метод довольно прост. Он представляет собой двухэтапную процедуру решения задачи: на первом этапе выдвигаются идеи, а на втором они конкретизируются, развиваются. Правила этапа генерации: 1. Запрет критики. 2. Запрет обоснований выдвигаемых идей. 3. Поощрение всех выдвигаемых идей, включая нереальные и фантастические. Правило аналитического этапа: Выявление рациональной основы в каждой анализируемой идее. Дельфийский метод The Delphi method Дельфийский метод - метод экспертных оценок на основе: -1- опроса мнений специально подобранных экспертов; -2- их математико-статистической обработки; и последующей -3- корректировки экспертами своих оценок. В общем случае для получения согласованной обобщенной оценки могут потребоваться несколько туров опроса экспертов. ДЕЛЬФИЙСКИЙ МЕТОД (Delphi approach) (толковый словарь) метод экспертной оценки будущего (экспертного прогнозирования). Этот метод разработан американской исследовательской корпорацией РЭНД. Суть его состоит в организации систематического сбора мнений специально подобранных экспертов (экспертных оценок), их матем.-стат. обработки, корректировки экспертами своих оценок на основе каждого цикла обработки. При этом используется строгая процедура обмена мнениями, обеспечивающая по возможности беспристрастность выводов. В большинстве случаев обыденного прогнозирования простейшим методом является выяснение мнения эксперта, в первую очередь человека, знающего соответствующую область лучше других. Конечно, остается вопрос, кого следует считать экспертом, каким образом можно оценить надежность его прогнозов и, если мнения экспертов различаются, на каком из них следует остановиться. Чтобы решить эту проблему "эпистемологии неточных наук", О. Келмер, в ту пору математик корпорации РЭНД, разработал "дельфийский метод" - упорядоченную, планируемую и основанную на определенной методологии процедуру получения и использования экспертных мнений. Идея процедуры проста: она предусматривает последовательную индивидуальную постановку одних и тех же вопросов большой группе экспертов в какой-либо конкретной области и сведение этих мнений путем сопоставления их в ходе последующих раундов к какому-то набору вариантов или единому согласованному мнению. С целью проверить эффективность этого метода О. Хелмер вместе с Т. Гордоном провел в РЭНД исследование в области долгосрочного прогноза. Процедура экспертного опроса по методу "Дельфи" строится в несколько этапов. ЭТАП 1. ФОРМИРОВАНИЕ РАБОЧЕЙ ГРУППЫ Задача рабочей группы заключается в организации процедуры экспертного опроса. ЭТАП 2. ФОРМИРОВАНИЕ ЭКСПЕРТНОЙ ГРУППЫ. В соответствии с методом "Дельфи" группа экспертов должна включать 10-15 специалистов в данной области. Компетентность экспертов определяется путем анкетирования, анализом уровня реферирования (количества ссылок на работы данного специалиста), использованием листов самооценки. ЭТАП 3. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВОПРОСОВ Формулировки вопросов должны быть четкими и однозначно трактуемыми, предполагать однозначные ответы. ЭТАП 4. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРТИЗЫ Метод "Дельфи" предполагает повторение нескольких шагов проведения опроса. По итогам первого опроса выделяются крайние, так называемые "еретические" мнения, и авторы этих мнений обосновывают свою точку зрения с последующей дискуссией. Это позволяет, с одной стороны, всем экспертам принять во внимание аргументы сторонников крайних точек зрения, с другой - дает возможность последним еще раз продумать свою точку зрения и или дополнительно обосновать ее, или отказаться от нее. После дискуссии опрос проводится снова с целью предоставления возможности экспертам принять во внимание итоги обсуждения. И так повторяется 4-5 раз до тех пор, пока точки зрения экспертов не сблизятся. ЭТАП 5. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ ОПРОСА По методу "Дельфи" за итоговое мнение экспертов принимается медиана, то есть среднее в упорядоченном ряду мнений значение. Если ряд, упорядоченный по величине ответов (например, ответов на вопрос о цене инновативного продукта), включает в себя n значений: Р1, Р2,…, Рn, то в качестве итоговой оценки по результатам опроса принимается мнение М, определяемое следующим образом: М = Рк, если n = 2к-1 М = (Рк + Рк+1)/2, если n = 2к, где к = 1, 2, 3,… В 60-е гг. область практического применения метода Дельфи значительно расширились, однако присущие ему ограничения привели к возникновению других методов, использующих экспертные оценки. Среди них особого внимания заслуживают методы QUEST, SEER, PATTERN. Метод QUEST (Qualitative Utility Estimates for Science and Technology – количественные оценки полезности науки и техники) был разработан для целей повышения эффективности решений по распределению ресурсов, выделяемых на исследования и разработки. В основу метода положена идея распределения ресурсов на основе учета возможного вклада (определяемого метода экспертной оценки) различных отраслей и научных направлений в решение какого-либо круга задач. |