Основы-системного-анализа. Модуль основы системного анализа и моделирование экосистем
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
Методы компенсации. Оценки достоинств одной альтернативы пытаются ком- пенсировать оценками достоинств другой. В итоге эквивалентно оцененные достоин- ства исключают из рассмотрения. В ряде случаев этот метод позволяет определить функцию полезности альтернатив. В общем случае метод компенсации можно рас- сматривать как вспомогательный, позволяющий снизить размерность соответствующей задачи. Методы порогов несравнимости, когда задаются некие правила сравнения двух альтернатив. По этому методу возможности попарно делятся на сравнимые (о ко- торых можно сказать, что одна лучше другой, либо они эквивалентны) и несравнимые. Выбор наилучших среди сравнимых альтернатив сужает круг рассматриваемых вари- антов решения. Человеко-машинные методы применяются при принятии решений при нали- чии соответствующей количественной модели поведения управляемого объекта или процесса. Какие элементы характеризуют ситуацию уникального выбора? В чем состоит задача консультанта? Рассмотрим использование этих методов на примерах. Аксиоматические методы можно использовать как в условиях определенности, так и в условиях неопреде- ленности (принятие решений в условиях риска). Аксиомы в условиях определенности можно условно разделить на три группы. В первую группу входят аксиомы, опреде- ляющие отношения превосходства или предпочтительности альтернатив. Вторая группа аксиом касается исключения так называемых ненормальностей в предпочте- ниях. Третья группа – независимость оценок функций полезности альтернатив. Определение ресурсов и целей Определение альтернатив решения проблемы Аналитическое сравнение альтернатив между собой Выбор наиболее предпочтительной альтернативы Модуль 3 50 Рассмотрим пример определенности предпочтений. В качестве него может высту- пить так называемый "парадокс с несладким кофе". Суть его состоит в следующем. Пусть для ЛПР предпочтительнее является несладкий кофе. Тогда альтернатива с одной крупинкой сахара в чашке, очевидно, не отличается от альтернативы отсутствия сахара (если, конечно, ЛПР не англичанин). В свою очередь, наличие одной крупинки сахара эквивалентно наличию двух и т.д. Таким образом, можно выстроить цепочку эквивалентных отношений, в итоге соединяющих две заведомо разные альтернативы. Для преодоления таких нежелательных эффектов вводится целый ряд вспомо- гательных построений, целью которых является преодоление неопределенности в оценке двух альтернатив. Аксиоматические методы в условиях неопределенности в целом весьма похожи. Существует методика оценки концепции состояний. В рамках этой методики опреде- ляются: пространство состояний; пространство действий (множество альтернатив); пространство результатов. В общем случае неизвестно, в каком исходном состоянии находится ЛПР. Известно только соответствующее распределение вероятностей. Для каждого состояния из- вестна вероятность того, что ситуация ему соответствует. На пространстве результа- тов задана функция полезности. Примером подобной задачи выбора решений может быть следующий: Пространство состояний: грибы съедобные; грибы ядовитые. Пространство действий: грибы приготовить; грибы выбросить. Пространство результатов: получить гастрономическое удовольствие; получить гастрономическое удовольствие и отравиться; не получить гастрономического удовольствия и не отравиться. Подобный класс задач решается с помощью экспертных систем и теоретико-игро- вых моделей. Они достаточно разработаны и популярны среди исследователей. В результате корректной проверки на соответствие аксиомам любой системы пра- вил оценки полезности можно совершенствовать саму систему, устранив внутренние противоречия и упорядочив представление о проблеме. Практическая реализация осложняется следующим. Трудность проверки выполнимости соответствующих аксиом. В задаче о не- сладком кофе показано, что даже в простом случае могут быть построены цепочки, приводящие к заведомо неверным результатам. В практических задачах оценки по одному критерию оказываются в непосредственной зависимости от другого критерия, Второе высшее образование 51 что противоречит аксиоме независимости. Например, дом в Подмосковье может быть предпочтительнее квартиры в Москве (оценка по одной группе критериев) лишь в случае наличия транспортных средств (оценка по другому критерию). На второй план отодвигается сам процесс сравнения и выбора альтернатив перед чисто теоретическими исследованиями доказательства существования функции полезности, выраженной в определенной форме. Какие задачи можно решать аксиоматическими методами? Чем ослож- няется их практическая реализация? Прямые методы многокритериальной оценки альтернатив по своей сути являются некой противоположностью аксиоматическим. В рамках прямых методов директивно задается вид функции полезности по многим критериям в зависимости от величины оценок по каждому из критериев. Это делается без каких-либо теоретических обосно- ваний ЛПР или экспертом. Можно сконструировать много вариантов прямых методов. Однако в рамках любого из них придется однозначно определять: вид функции полезности; параметры функции полезности; вероятностные оценки ее составляющих, в случае принятия решений в условиях неопределенности. Чем характеризуются прямые методы? В отличие от рассмотренных выше подходов идея метода компенсации достаточно проста и обоснована. Очень часто на практике люди соглашаются на некоторые неудобства, чтобы получить некоторые преимущества. Таким образом, допуская ухуд- шение ситуации по одному из критериев, добиваемся улучшения по другому. Данное противоречие типа "ухудшение–улучшение" всегда носит количественный характер. Например, человек готов перейти со свободного режима работы на строгий, если его зарплата увеличится на конкретную сумму. Следует отметить, что в большинстве сложных задач выбора компенсация невоз- можна в принципе. Так, практически нельзя компенсировать увеличением экономичес- кого эффекта экологическое неблагополучие или увеличение риска потери здоровья населением. Подобного рода последствия, кардинально меняющие саму систему оце- нок по тем или иным критериям, имеют практически все крупномасштабные мероприя- тия, правильное планирование которых и является наиболее актуальной задачей уни- кального выбора. Особое значение имеет такая постановка вопроса в законотворчес- кой деятельности, когда любой проект затрагивает в той или иной мере практически все аспекты функционирования социально-экономических систем. Сформулируйте принципы применения метода компенсации. Методы порогов несравнимости базируются на применении трех отношений: предпочтения, эквивалентности, несравнимости. Модуль 3 52 Последнее отношение является центральным в рамках данного метода. Отбор аль- тернатив идет путем последовательного сужения круга рассматриваемых альтернатив. Альтернативы рассматриваются попарно. В случае, если альтернатива А имеет хотя бы по одной группе критериев лучшие оценки и одновременно по каждой из других групп имеет оценки не худшие, чем альтернатива В, то говорят, что альтернатива А доминирует над В. Если по всем группам критериев обе альтернативы имеют оди- наковые оценки, они признаются эквивалентными. Если А превосходит В по одним группам критериев и уступает по другим, то такие альтернативы несравнимы. Из эквивалентных и несравнимых альтернатив выделяют некоторое подмножество, которое называется ядром множества альтернатив. Смысл выделения ядра – предва- рительный отбор вариантов. При этом отсеивают заведомо худшие. На последних этапах могут быть существенно скорректированы функции полезности и перегруппи- рованы критерии, т.к. оставшиеся альтернативы уже удовлетворяют определенным качественным методам. Заметим, что обилие возможностей быстрого сужения круга альтернатив таит опас- ность некритического увеличения количества критериев и самих альтернатив. С другой стороны, вполне возможно очень детально провести разбиение по несравнимым группам выбранных критериев. Такие тенденции опасны для любого количественного метода. При излишне детальных формализациях идет процесс, приводящий к сумми- рованию и нарастанию ошибок. Кроме того, не исключается возможность отбрасыва- ния перспективного варианта на начальных этапах исследования. Метод порогов несравнимости можно считать некоторой попыткой синтеза различ- ных приемов уникального выбора, позволяющего использовать возможности различ- ных методов, избегая при этом тупиковых ситуаций. Какие отношения лежат в основе методов порогов несравнимости? Человеко-машинные методы можно разделить на две различные группы. Первая группа основана на использовании моделей для построения системы оцен- ки полезности альтернатив с использованием многокритериального математического программирования и по своему формальному аппарату близки к методам исследова- ния операций. Обычно решается некая оптимизационная задача с ограничениями. Максимизируется значение функции полезности. Ограничения касаются критериев. Особенность данных методов касается возможного введения в модель связей между критериями, не позволяющими произвольно изменять взаимозависимые критерии. Вторая группа основана на использовании моделей поведения управляемых объ- ектов для получения результата принимаемого решения. Процесс использования дина- мических моделей при законотворческой деятельности и выработке управленческих решений не столь тривиален, как может показаться на первый взгляд. Первая группа задач, которые надо выполнить, касается интерпретации работы мо- дели в виде, необходимом для принятия решений. Проиллюстрируем это на примере. Допустим, необходимо проведение оценки воздействия на окружающую среду объ- ектов промышленности, энергетики, сельского хозяйства и транспорта; оптимизации стратегии использования возобновимых природных ресурсов; обеспечение информа- ционной поддержки принятия решений в области природопользования, экологической безопасности и выделения зон экологического действия. Для этого можно использо- вать модель автоматизированной системы регионального экологического прогноза (АСРЭП). В ней прослеживается динамика более трехсот параметров, характери- зующих природную среду. Среди них заболоченность, залесенность, расчлененность рельефа, сток, интегральная оценка плодородия почв и др. В большинстве своем эти Второе высшее образование 53 данные трудно использовать непосредственно для подготовки законопроектов или осуществления хозяйственной деятельности. Интерес вызывают или обобщенные результаты прогнозов изменений в функционировании экосистем, или конкретные эко- номические оценки возобновимых ресурсов – деловой древесины, урожаев сельско- хозяйственных культур, запасов и качества природных вод и др. Эти проблемы хотя и являются достаточно сложными, имеют в основном тех- нический характер и принципиально решаемы, в том числе с помощью модели. Вторая особенность применения человеко-машинных методов касается организа- ции машинных экспериментов. Имея модель поведения системы, можно формировать сотни возможных сценариев управления и выбирать наиболее подходящие. Однако простой перебор решений не страхует от совершения ошибки, поскольку сложные сис- темы часто ведут себя контринтуитивно. Например, в связи с Аральским кризисом были проведены большие научно- практические работы по совершенствованию структуры водопотребления в регионе. Для решения проблемы предлагалось в 80-х годах перебросить часть стока сибирских рек, в начале 90-х – запрещали сброс любых загрязненных коллекторно-дренажных вод по всему стволу р. Амударьи и ее притоков, а также строительство магистральных коллекторов по обеим сторонам реки. Однако, по оценкам специалистов, необходимо сократить объемы поливов, это улучшит общую экологическую ситуацию в регионе, простое увеличение орошения не только не решит проблемы, но и приведет к прогрес- сирующей деградации земель и геоэкосистем. Работающий с моделью ЛПР, не обладая достаточными знаниями в конкретной предметной области, не сможет сформулировать сценарий, опирающийся на контрин- туитивное поведение системы. Таким образом, наличие модели не снижает требова- ний к эвристическому поиску сценариев управления. Именно это сочетание становится основой в процессе принятия решений. А использование таких моделей предъявляет повышенные требования к культуре и компетентности самого ЛПР. Целесообразно оценить эффективность и надежность применяемых методик с точки зрения обоснованности используемой информации. Люди, ее предоставляющие, как правило, допускают искажения. Это связано с рядом психологических причин, опытом экспертов, субъективность выбора вида функции полезности и оценки альтер- натив и др. Однако, при всей критической оценке методов уникального выбора, необходимо отметить, что их использование позволяет увеличить структурированность проблемы, расширяет список возможных альтернатив, сокращает степень произволь- ности и эмоциональности, что особенно важно при принятии крупных стратегических решений. Какие особенности имеет применение человеко-машинных методов? 3.11. СИСТЕМНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ (Системный подход к составлению крупных проектов) До середины ХХ в., на ранних этапах проектирования объектов, решались в ос- новном чисто технические проблемы, а цели создания того или иного производства и условия его функционирования были однозначно заданы. Сегодня существует боль- шое число проектов, которые надо разрабатывать с помощью методов системной ин- женерии. Это проекты, реализация которых является так называемым крупномасш- табным хозяйственным мероприятием (КХМ). Модуль 3 54 Под КХМ понимают проекты, обладающие хотя бы одним из следующих признаков: наличием нескольких участников, интересами которых нельзя пренебречь при вы- боре варианта; потребностью в объеме инвестиций, сравнимом с возможностями субъекта, вклады- вающего ресурсы в осуществление мероприятия; наличием неэкономических последствий в масштабах, затрудняющих их прямую стоимостную оценку. Какими признаками характеризуется крупномасштабное хозяйственное мероприятие? Отличительной особенностью КХМ следует считать: экономическую целостность проекта (невозможность его расчленения на локаль- ные проекты, которые при их независимой реализации дадут в сумме ту же эффек- тивность, что и проект в целом); несовпадение в общем случае интересов отдельных участников процесса разра- ботки, реализации и использования его результатов; активность экономически независимых участников проекта; ограниченность возможностей перераспределения итогового результата КХМ меж- ду участниками проекта; существенную длительность осуществления КХМ, предполагающую наличие участ- ников проекта "разнесенных во времени"; существенную неполноту информации об ожидаемых параметрах мероприятия и возможных последствиях его реализации в области экологии, социальной сферы, обороны, безопасности и др.; уникальность КХМ. Помимо принципов наилучшего выбора при рассмотрении КХМ следует руководст- воваться еще и специфическими принципами. При наличии нескольких участников – это: адресность затрат и результатов; недопустимость диктата; равноправие участников. КХМ – класс объектов, проектирование которых не сводится к решению чисто инженерных проблем. Для него была выделена системная инженерия, или наука о планировании и проектировании комплексных производственно-технических систем, создание и использование которых представляют собой крупномасштабные хозяйст- венные мероприятия. В определение не включено строительство соответствующих объектов и их эксплуатация. На этих этапах задачи, решаемые с помощью методов системной инженерии, отступают на второй план. Однако имеет место авторский над- зор. Почему КХМ нельзя свести к решению чисто инженерных проблем? Второе высшее образование 55 В процессе реализации КХМ авторский надзор или аудирование проекта включает в себя, помимо контроля за исполнением технических деталей, также контроль адек- ватности выполнения наиболее общих черт проекта, определяющих его взаимодей- ствие с макроэкономической, экологической, социальной, политической, информацион- ной сферами при возможности оперативных корректив. Работа системного инженера над проектом сводится к двум большим этапам – сис- темное рассмотрение проблемы и системное проектирование. Системное рассмотрение проблемы Предварительная формулировка проблемы. Организация группы ее изучения. Системное исследование проблемы. Определение проектируемого объекта. Определение способа измерения эффективности работы объекта и ограничений его общих характеристик. Системное проектирование Построение модели проектируемого объекта. Нахождение наилучшей структуры и оптимизация внутренних характеристик дан- ного объекта. Проверка на управляемость и надежность работы. Выработка технических требований к компонентам проектируемого объекта. Оформление документации. Определение порядка системно-инженерного аудирования на этапах составления детального проекта, строительства и эксплуатации объекта. Системное рассмотрение начинается с формулирования проблемы. Решение этой задачи не всегда тривиальное. Например, машиностроительная фирма испытывает трудности из-за неритмичности работы поставщиков-металлургов. Решить эту проб- лему можно, во-первых, с помощью строительства собственного металлургического завода; во-вторых, с помощью разработки и внедрения менее металлоемких техно- логий; в-третьих, с помощью строительства склада с целью иметь запасы металла, что гасит неритмичность поставки. В этой ситуации проблема должна быть сформули- рована следующим образом: "Как обеспечить ритмичность поставки металла?" На втором этапе создается группа изучения проблемы, в которую входят предста- вители заказчика, специалисты по математическому моделированию и программисты, экономисты, системные аналитики. В классических КХМ группа должна включать эко- логов, социологов, демографов, политологов, специалистов по информационной безо- пасности. Затем начинается комплексное исследование, которое включает обзорный анализ системы более высокого уровня, в функционировании которой возникли проблемы, приведшие к рассмотрению возможности реализации предполагаемого проекта. Только в итоге всех перечисленных исследований можно окончательно уточнить проблему с учетом возможного развития ситуации. |