Описание проблемной ситуации.

Как следует из рис. 7, описание проблемной ситуации дает исходную информацию для постановки задачи принятия решений. Существует несколько методов и способов описания проблемных ситуаций (отчет о планировании разработки системы, ответы на контрольный перечень вопросов, список внешних и внутренних факторов, формирующих проблемную ситуацию и т.д.). Наиболее распространенными являются описание проблемной ситуации в виде перечня недостатков и их причин, для устранения которых принимается решение. Этот перечень обычно систематизируют в виде иерархической схемы (рис.) анализ которой позволяет не только выяснить недостатки (уровень 0) и причины этих недостатков (вершины уровней 1, 2…,), формирующие проблемную ситуацию, но и определить иерархию целей, достижение которых должно устранить эту проблемную ситуацию.

Постановка задач принятия решений, выявление и описание проблемных ситуаций обычно выполняется группами экспертов - специалистов конкретных производств с использованием методов технико­-экономического анализа и теории управления социалистическим производством. Поэтому в рамках теории систем будем рассматривать основные понятия задач принятия решений, начиная от этапа формирования целей (рис.).

Уровни

Недостатки

Причины

1-го уровня

Причины

2-го уровня

Причины

(n-1)-го уровня

Основная причина

Cn₁

Рис. 7. Критический анализ. Выявление проблемной ситуации.

2. ФОРМИРОВАНИЕ ЦЕЛЕЙ.

Цели - это выражение желаемого результата деятельности. Система стратегических целей любого народнохозяйственного звена зафиксирована в распорядительных и нормативных документах и определяет производственную, экономическую, социальную и другую стороны деятельности трудовых коллективов. Возникновение проблемных ситуаций требует формирования тактических целей, задающих желаемые результаты решения, которые не должны противоречить достижению стратегических целей деятельности. На рис. 6.2. показана систематизация целей, формирование которых зависит от объективных законов действительности и применяемых средств и во многом определяет последующий выбор решения. Для проблемных ситуаций, как правило, характерны финитные цели, например, разработка конкретной системы к заданному сроку.

В настоящее время практически исключено применение формальных методов для задания перечней целей, однако эти методы успешно используются при проверке логической непротиворечивости стратегических и тактических целей как инфинитных, так и финитных. В литературе часто говорят, что составление перечня целей является своеобразным искусством. Это объясняют весьма сложной отражательной природой процесса целеполагания, проявляющуюся, с одной стороны, как выражение потребности ЛПР, а с другой, - как проектирование достижения этой потребности.

Для выполнения целеполагания необходим большой опыт, знания и широкий кругозор, обеспечивающие всестороннее исследование потребностей. Механизм целеполагания как элемент творческого мышления человека изучен недостаточно, что позволяет дать только самые общие рекомендации - некоторый ориентир в логике мышления при формировании перечня целей (рис. 6.3).

Цели должны включать достижение некоторых эффектов и затрат на их получение (рис 6.2). Эти две совокупности целей являются, как правило, противоречивыми: достижение наибольших результатов требует и больших затрат ресурсов. Эта противоречивость соответствует известному положению диалектического материализма о том, что движущей силой развития является борьба противоположностей. Цели-эффекты обычно характеризуют увеличение выпуска продукции, улучшение ее качества, выпуск новой продукции с высокими потребительскими свойствами и т.д. Цели-затраты определяют уменьшение различных видов ресурсов: трудовых, материальных, энергетических и т.п. (рис 6.3). Цели должны быть выражены в четкой и компактной форме, а их формулировка должна иметь повелительный характер.

Словесное описание перечня целей проблемной ситуации является необходимым, но не достаточным условием осуществления целеполагания. Для конкретизации целей должны быть заданы их характеристики: критерии достижения целей, показатели степени достижения целей и их приоритеты.

Следует отметить, что проблема выбора цели состоит в том, что невозможно правильно выбрать цели, не имея представления о необходимых затратах и о препятствиях на пути достижения цели. однако такую информацию можно получить только в результате анализа.

Обычная ошибка заключается в том, что считают цели независимыми от возможности их достижения. Однако существуют убедительные доказательства того, что цели в конечном счете бывают результатом возможностей, предоставляемых альтернативами, чем причиной создания подобных альтернатив. Дело в том, что только часть последствий действий различных целей можно представить себе без специального анализа.

Процесс выбора цели есть процесс последовательного приближения, и состоит из повторяющихся циклов уточнения:

- постановки задачи выбора целей,

- определения альтернативных вариантов,

- построения модели,

- сравнение стоимости и эффективности,

- уточнения целей.
Т.е. окончательная постановка задачи должна быть дана одновременно с получением окончательного ответа.

В тех случаях, когда цели верхнего уровня не определены и выражены столь неопределенно, что не могут оказать существенной помощи выдвигаются промежуточные цели и критерии для решения проблем, которые логически совпадают и являются в некотором роде приближенным выражением целей верхнего уровня.

Неправильный выбор цели означает неправильную постановку задачи, а неправильный выбор альтернативы может означать только выбор не самой лучшей из систем.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОГРАНИЧЕНИЙ.

Наряду с формированием целей целеполагание предполагает задание ограничений, влияющих на выбор оптимального решения . Ограничения - это условия, отражающие влияние внешних и внутренних факторов, которые нужно учитывать в задаче принятия решений. Ограничения могут быть различных аспектов: экономические, политические, технические, социально-психологические и др. Ограничения дополняют цели и в определенной степени взаимозаменяемы. Часто в процессе целеполагания формулировки целей можно изменить так, чтобы превратить их в ограничения, которые выступают как обязательные требования, например, по располагаемым ресурсам.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНОГО МНОЖЕСТВА АЛЬТЕРНАТИВ.

Формирование целей и ограничений в результате завершения процесса целеполагания позволяет приступить к непосредственной разработке альтернативных вариантов решения. Определение альтернатив - это, как правило, творческий процесс, требующий анализа и синтеза всех предшествующих элементов задачи принятия решений: проблемной ситуации, располагаемых времени и ресурсов, целей и ограничений.

На рис. 6.4 показана общая схема формирования альтернативных вариантов решений при определении типа решения обычно используют прошлый опыт (метод прецедента). Если данная проблемная ситуация встречалась раньше, то можно использовать известное стандартное решение, оптимальное для этой ситуации. наличие банков данных (банков знаний) с типовыми проблемными ситуациями и соответствующими стандартными оптимальными решениями позволяет накапливать прошлый опыт, что освобождает ЛПР от повторного решения стандартных задач.

		Рис. 6.4. Общая схема формирования альтернативных вариантов решения

Для разработки альтернативных вариантов решений-усовершенствований часто используют “морфологический анализ” - термин предложенный Ф. Цвикки (США). Морфологический анализ состоит в том, что составляется список независимых переменных. Эти переменные являются координатами морфологического блока. Затем перечисляются значения, которые может принимать каждая из переменных.

Процедуру морфологического анализа объясним на примере разработки множества вариантов проектирования интегральных схем.

Эти четыре координаты морфологического блока определяют 2*3*2*2=24 различных альтернативных варианта. Например, сочетание A₂B₁C₁D₁ описывает систему … (!!!!)

Существуют другие способы формального описания структур в рамках блочноиерархического подхода с помощью И- и И-ИЛИ деревьев. И-дерево удобно применять для описания структуры конкретного объекта. оно представляет собой множество вершин и связывающих их ребер. Вершины разделены на ярусы, каждый ярус относится к одному из иерархических уровней, а вершины отображают составные части проектируемого объекта.

ярус 0 сложная система

ярус 1 подсистемы

ярус n листья - базовые элементы

Единственная вершина 0-го яруса, называемая корневой, отображает проектируемую сложную систему (автомодель), вершины 1-го яруса отображают подсистемы (…), а вершина n-го яруса, где n - число выделенных иерархических уровней в описании сложной системы, называются листьями и отображают базовые элементы.

Аналогичное отображение структуры но не отдельной системы, а некоторого класса систем дается с помощью И-ИЛИ дерева. В И-ИЛИ дереве каждый ярус состоит либо из вершин ИЛИ, либо из вершин И, причем соседние ярусы являются ярусами разнотипных вершин.

В И-ИЛИ дереве полезно выделять кусты. Кустом типа И называется часть дерева, состоящая из одной вершины И и всех смежных с ней вершин ИЛИ из соседнего нижнего яруса. В кусте типа И вершина отображает определенный вариант (тип) строения объекта, а вершины ИЛИ - составные части этого варианта объекта. И - опред. Вариант

ИЛИ - соотв. части

Если в куст включить одну вершину ИЛИ и все смежные с ней вершины И из соседнего нижнего яруса, то имеем куст типа ИЛИ. В таком кусте вершинами И представлены все возможные взаимоисключающие варианты построения объекта, отображаемого вершиной ИЛИ. Эти варианты называются альтернативными, совокупность вершин И в кусте типа ИЛИ - альтернативной линейкой. ИЛИ - определенный. вариант объекта

И - взаимоисключающий.

Обычно И-ИЛИ деревья выражают накопленный опыт в разработке технических систем определенного класса И получаются объединением описаний нескольких конкретных структур (И-деревьев).

Технические системы

Цели системы (альтернативные)

Функции системы

Тип системы

Составные части системы

Типы подсистем

Тип базовых элементов

Базовые элементы

- ИЛИ

- И

Фрагмент И-ИЛИ дерева.

Сведения, заключенные в И-ИЛИ дереве помещаются в базу данных САПР в соответствующей форме. Такая форма представления И-ИЛИ деревьев называется явной. Если И-ИЛИ деревья представляют с помощью совокупности правил порождения новых вершин из ограниченного множества исходных данных, то такая форма называется неявной. Эта форма … в САПР при создании баз знаний.

Для разработки оригинальных решений часто применяется один из видов экспертизы - метод генерации идей (“мозгового штурма””). Цель такой экспертизы состоит в том, чтобы попытаться выдвинуть как можно больше различных идей решения проблемной ситуации для последующего их анализа. Созывается совещание специалистов. При обсуждении запрещается всякая критика. Главное - не качество а количество альтернативных вариантов. Это предотвращает гибель идей в зародыше от групповой цензуры и самооценки.

При генерации альтернатив большой успех приносит умение четко определить крайние варианты решений. Наличие этих вариантов позволяет понять, что нужно в них изменить для формирования промежуточных альтернатив. Мысленное представление двух крайних вариантов носит вспомогательный характер. В дальнейшем анализе эти варианты не участвуют, поскольку явно неприемлемы.

5. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ КРИТЕРИЕВ И ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ.

Математическим эквивалентом целей являются критерии (показатели) эффективности системы, которые, во-первых, позволяют формально описать цели системы, а во-вторых, с помощью численных выражений оценить степень соответствия системы поставленной цели. Под критерием эффективности будем понимать признак, по которому производится сравнительная оценка альтернатив и выбор решения. Характеристика количественно выражающая степень соответствия системы поставленной цели, называется показателем эффективности. Требования к системе показателей (критериев) эффективности можно условно изобразить в форме тетради (рис.).

Различают общий показатель эффективности, который используется для оценки степени соответствия системы основной цели дерева целей (рис.), частный, отражающий степень соответствия отдельной подцели, и обобщенный, характеризующий степень соответствия системы нескольким подцелям.

Основная цель (рис.) может в общем случае формулироваться одним из следующих способов: 1) получить наилучшее свойство (качество) системы, 2) получить наилучшее свойство (качество) при наличии ограничений, 3) получить заданные свойства.

В первом случае система показателей эффективности с помощью определенных правил свертывается в единый общий показатель, который является единственным оптимизируемым критерием. Желательно, чтобы общий критерий имел экстремум. К нежелательным формам общего критерия относят функции: 2) имеющие разрывы, 3) локальные экстремумы и 4) неоднозначные функции.

Во втором случае система показателей эффективности разделяется на два перечня: список критериев и список ограничений (граничные условия). Совокупность граничных условий задает область допустимых решений или допустимое множество. Желательно, чтобы область допустимых решений G, была выпуклой и односвязной (рис.), что является дополнительным требованием к показателям эффективности, включаемым в список ограничений. Задача принятия решений вырождается, если G=0.

В третьем случае перечень критериев является пустым, а вся система показателей эффективности относится к списку граничных условий (ограничений), образующих множество G, которое должно иметь те же свойства, что и в предыдущем случае.

Отметим, что понятие критерий и граничные условия (ограничения) не являются абсолютной категорией. В зависимости от целей показатели эффективности могут быть как критериями, так и ограничениями. Важно, что выбор решения существенно зависит от того, что принимается в качестве критериев и граничных условий.

Критерии должны быть устойчивы по отношению к ошибкам практической реализации выбранных параметров
f(x)
т.е. не требуется высокой точности при отыскании оптимальных значений параметров.

Критерии, имеющие ярко выраженный максимум должны быть отброшены.

(…) Оценка предпочтительности альтернатив.

Модель служит отображением исследуемой ситуации и строится для того, чтобы определить стоимость и характеристики каждой альтернативы. Модель отражает в идеализированной форме характерные свойства ситуации с помощью разнообразных методов. Использование модели позволяет учесть факторы не принятые во внимание на ранних этапах исследования. Следует отметить, что в процесс принятия решений при оценке эффективности альтернатив и определении оптимального решения приходится многократно решать оптимизационные задачи. Эта задача может оказаться очень трудной и требующей большой затраты машинного времени, если принятая модель достаточно детализирована и хорошо обоснована.

Поэтому имеет смысл наряду с исходной моделью, построить некоторую близкую модель, в которой будут упрощены система ограничений и критерий. Эта задача может оказаться на много порядков проще, а оптимальные значения показателей системы будут при этом почти совпадать.

Построение упрощенных моделей играет важную роль в исследовании сложных систем, где обычно приходится многократно возвращаться к оптимизационным задачам.

На упрощенных моделях мы формируем основные проектные решения, а на полной модели - уточненные количественные показатели. Проблема математического обоснования возможности замены полной модели упрощенной всегда бывает трудной, особенно если упрощение связано с понижением порядка системы. Иногда на упрощение модели необходимо затратить усилий не меньше, чем на ее решение.

Но идея двухэтапности (а в более сложных системах и многоэтапности) процесса принятия решения является центральной в системном анализе.

Использование модели позволяеет не только исключать некоторые альтернативы, но и создавать новые. Выявление новых альтернатив может быть более полезным, чем тщательный сравнительный анализ уже известных, ни одна из которых, возможно, не приведет к удовлетворительному решению проблемы. Анализ на модели должен давать возможность конструировать новые альтернативы или изменять известные, что позволит усовершенствовать систему или операцию.

Анализ исходных данных и определение множества решений.

Кратко перечисляются методы описания проблемных ситуаций являющимися исходными данными в задаче принятия решений: 1) отчет о планировании разработки системы, 2) ответы на контрольный перечень вопросов, 3) список внешних и внутренних факторов, формирующих проблемную ситуацию. Акцентировать внимание на способе описания проблемной ситуации 4) в виде перечня недостатков и их причин, для устранения которых разрабатывается система.

Э. Квейд «Анализ сложных систем».