системный. Системный анализ_МУ_ЛР. Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов, обучающихся с применением
 Скачать 1.34 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра автоматизации обработки информации (АОИ) В. Н. Щербаков, М. П. Силич СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов, обучающихся с применением дистанционных образовательных технологий Томск 2020 Корректор: А. Н. Миронова Щербаков В. Н., Силич М. П. Системный анализ : методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов,обучающихся с применением дистанционных образовательных технологий / В. Н. Щербаков, М. П. Силич. – Томск : ФДО, ТУСУР, 2020. – 24 с. © Щербаков В. Н., Силич М. П., 2020 © Оформление ФДО, ТУСУР, 2020 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ............................................................................................................... 4 1 Лабораторная работа № 1 «Анализ проблемной ситуации» ....................... 6 1.1 Цель работы ................................................................................................ 6 1.2 Выбор объекта системного анализа ......................................................... 6 1.3 Анализ требований акторов ...................................................................... 6 1.4 Анализ причин возникновения проблемы ............................................... 8 2 Лабораторная работа № 2 «Синтез решений» ............................................. 11 2.1 Цель работы .............................................................................................. 11 2.2 Сбор информации о путях решения проблемы ..................................... 11 2.3 Построение дерева целей ......................................................................... 11 2.4 Построение матриц парных сравнений, определение локальных приоритетов ........................................................................... 13 2.5 Проверка согласованности матриц ......................................................... 14 2.6 Вычисление глобальных приоритетов ................................................... 15 2.7 Оформление отчета .................................................................................. 16 Литература ......................................................................................................... 19 Приложение А (обязательное) Варианты заданий ........................................ 20 Приложение Б (обязательное) Форма титульного листа отчета .................. 24 4 ВВЕДЕНИЕ Методические указания предназначены для подготовки и выполнения лабораторных работ по дисциплине «Системный анализ». Лабораторные работы по данной дисциплине имеют целью закрепле- ние теоретического материала и получение навыков самостоятельного про- ведения системного анализа. Выполнение работ направлено на формирование следующих компе- тенций: – владение культурой мышления, способность к обобщению, ана- лизу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её дости- жения; – способность находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и готовность нести за них ответственность; – способность к формализации в своей предметной области с учетом ограничений используемых методов исследования. В рамках лабораторных работ представлены подробные методики и конкретные примеры решения поставленных задач. Каждая лабораторная работа включает 20 вариантов заданий (прило- жение А). Выбранный способ изложения учебного материала позволяет ис- пользовать данные методические указания как в учебных целях, так и для ре- шения практических задач, связанных с построением блок-схем. Для выпол- нения лабораторных работ рекомендуется использовать любой редактор, имеющий функции построения блок-схем: draw.io (https://app.diagrams.net), Microsoft Visio и др. Допускается оформление блок-схем в Microsoft Word. Оформлять расчетный материал рекомендуется в Microsoft Excel. 5 Выбор варианта лабораторных работ Выбор варианта лабораторных работ осуществляется по общим пра- вилам с использованием следующей формулы: V = (N × K) div 100, где V – искомый номер варианта, N – общее количество вариантов, div – целочисленное деление, при V = 0 выбирается максимальный вариант, K – код варианта. 6 1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «АНАЛИЗ ПРОБЛЕМНОЙ СИТУАЦИИ» 1.1 Цель работы Получить практические навыки в выявлении проблематики на основе анализа состояния проблемосодержащей системы и ее окружения, а также в оформлении результатов с использованием редактора, имеющего функции построения блок-схем, и MS Excel. 1.2 Выбор объекта системного анализа Объект системного анализа определяется согласно варианту задания к лабораторной работе. Как правило, объектом для анализа является какая- либо многофакторная проблема, например: – низкая эффективность деятельности производственной системы (конкретной компании, предприятия); – низкая эффективность бизнес-процесса (производства продукции, оказания услуги, обслуживания клиента, поставки комплектующих, реали- зации продукции, логистики и т. д.); – недостаточный уровень развития информационно-коммуникацион- ных технологий (в конкретной организации); – недостаточный уровень развития определенной сферы деятельно- сти в регионе (сферы занятости, транспортной системы, энергетики, ту- ризма, демографии и т. д.); – наличие угроз безопасности (экологической, энергетической, обще- ственной). 1.3 Анализ требований акторов Акторы, или стейкхолдеры, – основные заинтересованные стороны, причастные к решаемой проблеме. К ним могут относиться субъекты, вхо- дящие как в проблемосодержащую систему, так и во внешнюю среду. 7 Например, для производственной системы это могут быть потребители про- дукции, поставщики, вышестоящие органы, руководство компании, испол- нители, собственники; для определенной сферы региона – население реги- она, органы государственного и муниципального управления и т. д. Акторы и критерии, по которым они оценивают уровень системы в сравнении с «идеалом», представлены в задании в соответствии с вари- антом. Студенту необходимо продумать, каковы могут быть результаты опроса акторов (по 5-балльной шкале) по заданным критериям. Результаты представляются в виде таблицы Microsoft Excel (рис. 1.1). Рис. 1.1 – Экранная форма «Анализ требований акторов» Далее необходимо обработать результаты опроса для выявления обоб- щенного мнения. Для этого нужно применить метод аддитивной свертки, используя в качестве весовых коэффициентов долю опрошенных, давших соответствующую оценку. Например, на рисунке 1.1 видно, что доля опрошен- ных клиентов, давших по критерию 1 оценку «5» – 0.15, оценку «4» – 0.25, 8 «3» – 0.4, «2» – 0.15, «1» – 0.05. Обобщенная оценка по критерию 1: 5 × 0.15 + 4 × 0.25 + 3 × 0.4 + 2 × 0.15 + 1 × 0.05 = 3.3. Обобщенные оценки можно поместить в таблицу в отдельной колонке. По результатам анализа требований акторов необходимо сделать вы- воды о наличии проблем. Рекомендуется проранжировать проблемы по важ- ности. Выводы отразите в таблице (рис. 1.2). Рис. 1.2 – Экранная форма «Обобщенные оценки акторов» 1.4 Анализ причин возникновения проблемы Для многофакторной проблемы, обозначенной в варианте, обучающе- муся необходимо выделить факторы, влияющие на нее (категории возмож- ных причин ее возникновения). Примеры категорий для производственных процессов: – исполнители (персонал); – машины и оборудование; – материалы, сырье; – используемые методы и технологии; – окружающая среда; – управление и т. д. 9 Рекомендуется использовать, как правило, от трех до пяти факторов. По каждому из факторов необходимо сформулировать причины, обу- словившие появление выбранной проблемы. Затем представьте причины в виде диаграммы «рыбий скелет». При- меры в методических указаниях созданы с использованием MS Visio. Для вывода нужной диаграммы в MS Visio имеется специальный трафарет Cause and Effect Diagram Shapes. Он содержит все фигуры, необходимые для по- строения диаграммы: Effect (проблема), Category (категории для рисования как сверху от оси проблемы, так и снизу), Primary cause, Secondary cause (первичные и вторичные причины, изображаемые различными способами). Пример диаграммы «рыбий скелет» приведен на рисунке 1.3. Рис. 1.3 – Диаграмма «рыбий скелет» По завершении лабораторной работы № 1 должен быть сформирован отчет, содержащий: 10 – титульный лист (см. приложение Б); – оглавление; – цель работы и задание в соответствии с вариантом; – ход выполнения лабораторной работы с указанием используемых формул и методик, со вставками скриншотов результатов вычислений в ре- дакторе, имеющем функции построения блок-схем, и MS Excel; – выводы; – список литературы. Кроме отчета по лабораторной работе на проверку необходимо напра- вить два файла: – файл MS Excel с таблицами «Анализ требований акторов» и «Обоб- щенные оценки акторов»; – файл с диаграммой «рыбий скелет», построенной с использованием редактора блок-схем или созданной в Microsoft Word. Отчет оформляется в соответствии с образовательным стандартом университета ОС ТУСУР 01–2013 «Работы студенческие по направлениям подготовки и специальностям технического профиля. Общие требования и правила оформления» ( https://regulations.tusur.ru/documents/70 ). 11 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «СИНТЕЗ РЕШЕНИЙ» 2.1 Цель работы Получить практические навыки в формировании иерархии целей и пу- тей достижения целей, а также в оформлении результатов с использованием редактора, имеющего функции построения блок-схем, или Microsoft Word. 2.2 Сбор информации о путях решения проблемы Необходимо собрать информацию о путях и способах решения мно- гофакторной проблемы, представленной в варианте. Проанализировать, как решаются подобные проблемы, возникающие в других системах, аналогич- ных исследуемой системе. 2.3 Построение дерева целей Необходимо сформулировать глобальную цель, отталкиваясь от фор- мулировки проблемы, заданной в варианте лабораторной работы. Например, если проблема состоит в неэффективности некоторого процесса, то целью яв- ляется повышение эффективности данного процесса. Далее необходимо по- строить дерево целей, последовательно декомпозируя сначала глобальную цель, затем цели второго уровня и т. д. При декомпозиции некоторой цели формулируются подцели, достижение которых обеспечивает достижение исходной цели. Нижний уровень составляют элементарные цели – доста- точно конкретные задачи. При формировании дерева целей можно использовать стандартные основания декомпозиции. В частности, для производственных систем мо- жет быть использована цепочка оснований: «конечные продукты» – «целе- полагающие системы (акторы)» – «жизненный цикл производства» – «со- став структурных элементов (ресурсов)» – «управленческий цикл». Можно использовать последовательность, рекомендуемую в методе анализа иерар- хий: «акторы» – «цели акторов» – «политики акторов» – «сценарии». 12 Рекомендуется отнеситесь творчески к этому процессу. Например, прежде чем решать, как повысить время выполнения некоторой функции или снизить ее себестоимость, нужно задуматься, так ли необходимо выпол- нение этой функции, возможно, ее стоит удалить или выполнять в составе другой функции, причем не всегда, а при определенных условиях. Исполь- зуйте метод мозговой атаки для поиска путей достижения целей. Представьте дерево целей в виде схемы с помощью редактора, имею- щего функции построения блок-схем, или Microsoft Word. Пример дерева, построенного с использованием MS Visio, приведен на рисунке 2.1. Рис. 2.1 – Дерево целей ВАЖНО! Для дальнейшей оценки целей по методу анализа иерархий необходимо, чтобы количество уровней для любой ветви дерева было оди- наковым. 13 2.4 Построение матриц парных сравнений, определение локальных приоритетов Постройте матрицы парных сравнений для дерева целей, сформиро- ванного на предыдущем шаге. Каждой совокупности подцелей, полученных в результате декомпозиции одной цели, соответствует одна матрица. Напри- мер, для иерархии, представленной на рисунке 2.1, будут построены мат- рицы: для второго уровня – 1 матрица (2×2), для третьего уровня – 2 мат- рицы (3×3); для четвертого уровня – 5 матриц (2×2). При построении матриц используйте относительную шкалу от 1 до 9 (чем выше степень превосход- ства, тем больше балл). Матрицы должны быть обратносимметричными, по диагонали должны стоять единицы. Матрицу можно создать с помощью MS Excel. Пример матрицы при- веден на рисунке 2.2. Рис. 2.2 – Матрица парных сравнений 14 На основе каждой из построенных матриц парных сравнений форми- руются наборы локальных приоритетов, которые отражают относительную важность сравниваемых подцелей по отношению к вышестоящей цели. Вектор локальных приоритетов можно получить, перемножая эле- менты в каждой строке и извлекая корни - n й степени, где n – число элемен- тов. Полученный таким образом столбец чисел нормализуется делением каждого числа на сумму всех чисел. Например, на основе матрицы, пред- ставленной на рисунке 2.2, получим следующие значения для каждой из строк матрицы: первая строка – 3 1 (1/ 3) 5 1,186, вторая строка – 3 3 1 3 2,08, третья строка – 3 (1/ 5) (1/ 3) 1 0, 405. Если теперь поделить каждую из полученных компонент на их сумму, равную 3.671, то получим следующие нормализованные приоритеты: «Ошибки в регламенте» – 0,323, «Подготовка сотрудников» – 0.567; «Спе- циальные источники» – 0.11. Локальные приоритеты необходимо рассчитать с помощью MS Excel. 2.5 Проверка согласованности матриц Индекс согласованности (ИС) обратносимметричной матрицы пар- ных сравнений вычисляется по формуле: ИС = (λ max – n) / (n – 1), где n – размерность матрицы (число сравниваемых элементов), λ max – наибольшее собственное значение матрицы. Значение λ max может быть вычислено следующим образом. Суммиру- ется каждый столбец матрицы, затем сумма первого столбца умножается на величину первой компоненты нормализованного вектора приоритетов, сумма второго столбца – на вторую компоненту и т. д., затем полученные числа суммируются. Например, для матрицы, приведенной на рисунке 2.2: λ max = ((1 + 3 + 0.2)·0.323 + (0.33 + 1 + 0.33)·0.567 + (5 + 3 + 1)·0.11) ≈ 3.29. 15 ИС = (3.29 – 3) / 2 = 0.145. Чтобы судить о согласованности матрицы, нужно сравнить вычислен- ный ИС с индексом, вычисленным для абсолютно не согласованной мат- рицы, полученной при случайном выборе суждений. В таблице 2.1 приве- дены средние значения случайной согласованности для матриц различной размерности. Таблица 2.1 – Индексы согласованности для случайных матриц разного порядка Размер матрицы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ИС случ 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 Если разделить ИС на ИС случ для матрицы того же порядка, будет по- лучено отношение согласованности (ОС). Для матрицы, приведенной на ри- сунке 2.2, ОС = 0.145 / 0.58 = 0.25. Величина ОС должна быть порядка 10% или менее, чтобы быть при- емлемой. Несогласованные матрицы необходимо скорректировать. Так, по- скольку для матрицы, приведенной на рисунке 2.2, ОС составляет 25%, ее необходимо скорректировать. Посчитать λ max , ИС и ОС необходимо в MS Excel. 2.6 Вычисление глобальных приоритетов Локальные приоритеты пересчитываются с учетом приоритетов направляемых элементов (вышестоящих целей). Глобальные приоритеты рассчитываются начиная со второго уровня вниз. Локальные приоритеты целей второго уровня умножаются на приори- тет глобальной цели. Однако, учитывая, что вес единственной цели самого 16 верхнего уровня всегда равен единице, глобальные приоритеты целей вто- рого уровня равны их локальным приоритетам. Для определения глобального приоритета цели третьего уровня ее ло- кальный приоритет «взвешивается», т. е. умножается на глобальный прио- ритет направляемого элемента (вышестоящей цели). Если направляемых элементов несколько, то находится сумма взвешенных приоритетов по всем направляемым элементам. Аналогичным образом определяются глобальные приоритеты целей следующего уровня. Процедура продолжается до самого нижнего уровня. Вычислить глобальные приоритеты необходимо в MS Excel. 2.7 Оформление отчета Отобразите на схеме дерева целей вычисленные локальные и глобаль- ные приоритеты. Локальные приоритеты помещайте возле линий, соединя- ющих блок с направляемым элементом (вышестоящей целью). Можете впи- сывать их как метки соединительных линий или вставлять в виде текстовых блоков. Глобальные приоритеты поместите возле блоков. Для того чтобы ло- кальные и глобальные приоритеты отличались, сделайте их разного цвета (можно изменить не только цвет текста, но и цвет фона). Пример того, как должна выглядеть иерархия целей после того, как на ней отобразили локальные и глобальные приоритеты, приведен на ри- сунке 2.3. По результатам сделайте выводы относительно того, по каким прио- ритетным направлениям должно идти устранение исходной проблемной си- туации. 17 Рис. 2.3 – Оформление результатов выявления приоритетов По завершении лабораторной работы № 2 должен быть сформирован отчет, содержащий: – титульный лист (см. приложение Б); – оглавление; – цель работы и задание в соответствии с вариантом; – ход выполнения лабораторной работы с указанием используемых формул и методик, со вставками скриншотов результатов вычислений в MS Excel; – выводы; – список литературы. Кроме отчета по лабораторной работе на проверку необходимо напра- вить два файла: – файл с деревом целей, созданный в выбранном редакторе, на кото- ром расставлены локальные и глобальные приоритеты; 18 – файл MS Excel с матрицами парных сравнений, расчетом локаль- ных и глобальных приоритетов и индекса согласованности. Отчет оформляется в соответствии с образовательным стандартом университета ОС ТУСУР 01–2013 «Работы студенческие по направлениям подготовки и специальностям технического профиля. Общие требования и правила оформления» ( https://regulations.tusur.ru/documents/70 ). 19 ЛИТЕРАТУРА 1. Силич, М. П. Системный анализ : учеб. пособие / М. П. Силич. – Томск : Эль Контент, ТУСУР, 2020. – 138 с. 2. Силич, В. А. Теория систем и системный анализ : учеб. пособие / В. А. Силич, М. П. Силич. – Томск : Изд-во Том. политехн. ун-та, 2011. – 276 с. 3. Перегудов, Ф. И. Основы системного анализа : учебник / Ф. И. Пе- регудов, Ф. П. Тарасенко. – 3-е изд. – Томск : Изд-во НТЛ, 2001. – 396 с. 4. Анфилатов, В. С. Системный анализ в управлении : учеб. пособие для вузов / В. С. Анфилатов, А. А. Емельянов, А. А. Кукушкин ; ред. А. А. Емельянов. – М. : Финансы и статистика, 2002. – 368 с. 5. Кориков, А. М. Теория систем и системный анализ : учеб. пособие / А. М. Кориков, С. Н. Павлов. – Томск : Томск. гос. ун-т систем упр. и радио- электроники, 2007. – 343 с. 6. Антонов, А. В. Системный анализ : учебник для вузов / А. В. Анто- нов. – 2-е изд., стереотип. – М. : Высш. шк., 2006. – 452 с. 7. Повилейко, Р. П. Инженерное творчество / Р. П. Повилейко. – М. : Знание, 1977. – 62 с. (Сер. Техника). 20 ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) Варианты заданий Вариант Объект для анализа (проблема) Критерии для оценки состояния проблемы Акторы 1 Спад продаж услуг оператора сотовой связи 1. Стоимость услуг 2. Качество услуг 3. Реклама, продви- жение 1. Абонент 2. Оператор 2 Долгое время об- служивания в меди- цинском учрежде- нии 1. Компетентность персонала 2. Особенности по- мещения 3. Автоматизация 1. Пациент 2. Главный врач 3 Спад производи- тельности деталей на заводе 1. Зарплата 2. Условия труда 3. Качество мате- риалов 1. Работники 2. Руководство 4 Рост затрат на транспортную ло- гистику завода 1. Состояние авто- парка 2. Географическое расположение 3. Кадры 1. Руководство 2. Клиенты 5 Спад уровня успе- ваемости школьни- ков 1. Компетентность педагогического состава 2. Зарплата сотруд- ников 3. Уровень разви- тия воспитательной работы 1. Педагоги 2. Директор школы 21 Вариант Объект для анализа (проблема) Критерии для оценки состояния проблемы Акторы 6 Спад продаж услуг интернет-провай- дера 1. Стоимость услуг 2. Качество услуг 3. Реклама, продви- жение 1. Абонент 2. Провайдер 7 Долгое время об- служивания в госу- дарственном учре- ждении 1. Компетентность персонала 2. Особенности по- мещения 3. Автоматизация 1. Пациент 2. Руководство учреждения 8 Спад выпуска авто- мобилей с завода 1. Зарплата 2. Условия труда 3. Качество мате- риалов 1. Работники 2. Руководство 9 Рост затрат на транспортную ло- гистику интернет- магазина 1. Географическое расположение складов 2. Уровень автома- тизации логистики 3. Политика госу- дарства 1. Руководство 2. Поставщики 10 Рост экологической угрозы на заводе 1. Работа внутрен- ней службы эколо- гического контроля 2. «Возраст» обору- дования 3. «Экологический интеллект» сотруд- ников предприятия 1. Руководство предприятия 2. Государство 22 Вариант Объект для анализа (проблема) Критерии для оценки состояния проблемы Акторы 11 Спад уровня успе- ваемости студентов вуза 1. Компетентность преподаватель- ского состава 2. Учебные планы 3. Условия и ин- фраструктура вуза 1. Студенты 2. Администрация вуза 12 Снижение количе- ства клиентов ко- фейни 1. Конкуренция 2. Качество про- дукции 3. Погодные усло- вия 1. Администрация кофейни 2. Клиенты 13 Низкий уровень развития ИКТ в университете 1. Оборудование 2. Компетентность сотрудников 3. Уровень потреб- ности в информа- тизации 1. Администрация 2. Сотрудники 14 Увеличение слу- чаев утери посылок на почте 1. Транспортная и складская логи- стика 2. Воровство 3. Аварии 1. Почтовое управление 2. Клиенты 15 Спад продаж в ин- тернет-магазине 1. Стоимость услуг 2. Качество услуг 3. Реклама, продви- жение 1. Клиент 2. Продавец 16 Долгое время об- служивания в банке 1. Компетентность персонала 2. Особенности по- мещения 1. Пациент 2. Управляющий банком 23 Вариант Объект для анализа (проблема) Критерии для оценки состояния проблемы Акторы 3. Количество опе- раторов 17 Спад эффективно- сти труда работни- ков учреждения об- разования 1. Зарплата 2. Условия труда 3. Профессиональ- ное выгорание 1. Работники 2. Руководство 18 Снижение количе- ства посетителей крытого аквапарка 1. Конкуренция 2. Качество предо- ставления услуг 3. Погодные усло- вия 1. Администрация аквапарка 2. Клиенты 19 Спад продаж моро- женого 1. Конкуренция 2. Погодные усло- вия 3. Эпидемиологи- ческая обстановка 1. Продавец 2. Покупатель 20 Низкий уровень развития ИКТ на заводе 1. Оборудование 2. Компетентность сотрудников 3. Уровень потреб- ности в информа- тизации 1. Администрация 2. Сотрудники 24 ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное) Форма титульного листа отчета Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) ОТЧЕТ по лабораторной работе № __ __________________________________ (тема лабораторной работы) по дисциплине «Системный анализ» Обучающийся гр. __________ _________________________ (Ф. И. О.) Преподаватель: _________________________ (должность, ученая степень, звание) _________________________ (Ф. И. О.) Томск 20__ |