Lektsia - бесплатные рефераты, доклады, курсовые работы, контрольные и дипломы для студентов » Виды проблем, решаемых с помощью системного анализа

Виды проблем, решаемых с помощью системного анализа

Проблема— сложный теоретический или практический вопрос, требующий изучения, разрешения.

Проблема— есть ситуация несоответствия желаемого и существующего.

Проблемами стабилизацииназывают такие, решение которых направлено на предотвращение, устранение или компенсацию возмущений, нарушающих текущую деятельность системы. На уровне предприятия, подотрасли и отрасли решение этих проблем обозначают термином управление производством.

Проблемами развития и совершенствования систем называют такие, решение которых направлено на повышение эффективности функционирования за счет изменения характеристик объекта управления или системы управления объектом.

В качестве классификационных признаков используются степень формализации, характер проявления и степень связности проблем.

По степени формализации проблемы обычно подразделяются следующим образом:

• неструктурированные (описание на качественном уровне и решение эвристическими методами на основе опыта и интуиции);

• слабоструктурированные (качественное и количественное описание, частично формализована предметная область), для решения которых и предназначен системный подход;

• структурированные (обычно решаются методами исследования операций).

По характеру проявления проблемы обычно подразделяются на повторяющиеся, аналогичные, новые и уникальные.

По степени связности принято выделять комплексные и автономные проблемы.

Следующий вид классификации проблем связывают с уровнем проблем и их решений. Выделяют четыре уровня проблем и решений.

Первый уровень — рутинные проблемы, рутинные решения. На этом уровне руководитель ведет себя в соответствии с имеющейся программой, почти как компьютер, распознающий ситуации и поступающий заранее предсказуемым образом. На этом уровне не требуется творческого подхода, поскольку все процедуры заранее предписаны.

Второй уровень — селективные проблемы, инициативные решения. На этом уровне требуется доля инициативы и свободы. Руководитель оценивает достоинства целого круга возможных решений и старается выбрать из некоторого числа хорошо отработанных альтернативных наборов действий те, которые лучше всего подходят к данной проблеме.

Третий уровень — адаптационные проблемы, новое решение известной проблемы. На этом уровне руководитель должен выработать творческое решение, которое в определенном смысле может быть абсолютно новым. Успех руководителя зависит от его личной инициативы и способности сделать прорыв в неизвестное.

Четвертый уровень — инновационные проблемы, новое решение неизвестной проблемы. Проблемы сложные, требующие совершенно нового подхода. Наиболее современные и трудные проблемы могут потребовать для их решения создания новой отрасли науки или технологии.

Количественные проблемы— проблемы, которые выражаются в числах или в таких символах, которые в конце концов могут быть выражены в числовых оценках. Особенность таких проблем: точность, надежность решения, строгость и управляемость.

Качественные проблемы— проблемы, которые описываются качественными характеристиками, свойствами (связаны с детальным перечислением будущих или плохо определенных ресурсов и их свойств или характеристик). Проблемы, обладающие и качественными, и количественными сторонами, будут называться смешанными или количественно-качественными проблемами.

Слабоструктурированная проблема— это такая проблема, состав элементов которой и их связи известны только частично. Возможны различные ситуации, порождающие проблемы.

Обобщая различные способы классификации проблем, можно их привести к следующим трем видам:

• оперативные проблемы — это проблемы, решение которых направлено на предотвращение, устранение или компенсацию возмущений, нарушающих текущую деятельность системы. Это структурированные проблемы. Решение этих проблем связано с количественной их оценкой, наличием хорошо отработанных альтернативных наборов действий в той или другой ситуации;

• проблемы совершенствования и развития систем — это проблемы, решение которых направлено на повышение эффективности функционирования за счет изменения характеристик объекта управления или системы управления объектом, а также внедрения новых идей. Это слабоструктурированные проблемы, решение которых является объектом исследования системного анализа и синтеза;

• инновационные проблемы — это проблемы, решение которых связано с выработкой новых идей и внедрением нововведений. Это очень слабоструктурированные (или неструктурированные) проблемы. Решение этих проблем связано с порождением новых идей и применением эвристических методов на основе опыта и интуиции.

Определение проблемной ситуации

Проблемная ситуация —условия, порождающие проблему.

Условия постановки проблемы — объективно возникающие противоречия в тех или иных действиях и незнание способов их выполнения; противоречия между потребностями в новых знаниях и их недостаточностью.

Проблемные ситуации возникают в процессе познавательной деятельности субъекта, направленной на некий объект, когда субъект встречает какое-то затруднение, преграду.

Преграда может быть самой различной природы: это и недостаток или несоответствие знаний, средств и способов их применения, и необходимость произвести какие-то неизвестные действия для достижения цели или сделать выбор между несколькими объектами и т.п. Во всех этих случаях возникает ситуация, которую принято называть проблемной.

Проблемная ситуация— это «разрыв» в деятельности, «рассогласование между целями и возможностями субъекта, т.е. наличие условии, порождающих проблему.

Типичными проблемными ситуациями являются:

• результаты деятельности не соответствуют желанным целям;

• ранее выработанные, теоретически обоснованные и практически проверенные методы решения не дают должного эффекта или не могут быть использованы;

• в ходе практической деятельности обнаруживаются новые факты, которые не укладываются в рамки существующих теоретических представлений;

• одна из частных теорий вступает в противоречие с более общей теорией или другими областями жизни в пределах данной отрасли знаний.

Цель формулирования проблемы состоит в том, чтобы установить сущность проблемы в известных терминах.

Успешное формулирование проблемы может быть равносильно «половине» решения проблемы. Однако «наполовину решенная» в результате формулирования проблема не есть действительно решенная проблема, но ее формулирование означает, что основные ее элементы надлежащим образом определены и связаны.

При формулировании (постановке) проблемы должны быть выполнены следующие действия:

• во-первых, необходимо описать, каким образом проблема была обнаружена;

• во-вторых, установить, почему она рассматривается как проблема;

• в-третьих, отличить ее от «симптома» некоторых смежных проблем;

• в-четвертых, дать операционные определения нежелательных последствий проблемы.

Постановка целей решения

После того как сформулирована проблема, которую требуется преодолеть в ходе выполнения системного анализа, переходят к определению цели.

Определить цель системного анализа— это значит ответить на вопрос, что надо сделать для снятия проблемы. Сформулировать цель — значит указать направление, в котором следует двигаться, чтобы разрешить существующую проблему, показать пути, которые уводят от существующей проблемной ситуации.

При формировании целей системы необходимо выполнять следующие условия:

• совокупность всех частных целей системы (ее подцелей) должна быть выражена единой главной целью и формализована в виде целевой функции, чтобы служить критерием для сравнения вариантов решения проблемы;

• главная цель системы состоит в обеспечении наиболее эффективного ее функционирования. Под этим понимается наилучший компромисс между степенями достижения разных подцелей, определяемый на основании взаимного соизмерения полезности конечных результатов и их сопоставления с затратами ресурсов всех видов на получение всех результатов;

• цель решения отдельной проблемы является частным выражением цели системы, учитывающим лишь те подцели, на степень достижения которых может повлиять решение данной проблемы;

• цель решения проблемы формулируется с учетом конкретных условий, в которых выбирается и реализуется решение. Эти условия задаются системой ограничений.

Цель и условия решения проблемы должны быть определены и формализованы уже на первом этапе ее проработки. Этот этап предусматривает следующие основные процедуры:

1. Выявление и систематизация подцелей системы, выбор показателей (аргументов целевой функции), количественно характеризующих достижение подцелей.

2. Уточнение условий решения проблемы и формирование ограничений, уточнение состава варьируемых аргументов целевой функции с учетом принятых ограничений.

3. Формирование целевой функции, т.е. конкретизация ее зависимости от аргументов на основе соизмерения подцелей.

Исследование целей заинтересованных в проблеме лиц должно предусматривать также возможность их уточнения, расширения или даже замены. Это обстоятельство является основной причиной итеративности системного анализа.

Построение и выбор критерия

Критерий— это способ сравнения альтернатив. Необходимо различать понятия критерий и критериальная функция. Критерием качества альтернативы может служить любой ее признак, значение которого можно зафиксировать в порядковой или более сильной шкале. После того как критерий сформирован, т.е. найдена характеристика, которая будет положена в основу сравнения альтернатив, появляется возможность ставить задачи выбора и оптимизации.

Задача формирования критериев решается непосредственно после того, как сформулированы цели системного анализа. Ситуация становится понятной, если к критериям относиться как к количественным моделям качественных целей. Задача системного аналитика состоит в том, чтобы формализовать проблемную ситуацию, возникающую в ходе системного анализа. Этой цели как раз и служит этап формирования критериев.

При решении задач системного анализа возникает ситуация, когда невозможно предложить один критерий, адекватно отражающий цель исследования: даже одну цель редко удается выразить одним критерием, хотя к этому необходимо стремиться. Критерий, как и всякая модель, лишь приближенно отображает цель; адекватность одного критерия может оказаться недостаточной. Поэтому решение может состоять не обязательно в поиске более адекватного критерия, оно может выражаться в использовании нескольких критериев, описывающих одну цель по-разному и дополняющих друг друга.

При постановке и решении задач системного анализа необходимо учитывать не только цели, на решение которых он направлен, но и возможности, которыми обладают стороны для решения поставленных задач и которые позволяют снять выявленные проблемы. В первую очередь необходимо учитывать: ресурсы, которые заказчик согласен выделить системным аналитикам для решения поставленной задачи; ресурсы исполнителя — людские ресурсы, ресурсы вычислительные, материальные ресурсы, требуемые для решения задач; временные ресурсы (сроки решения задач системного анализа, как правило, оговариваются).

При формулировке задачи системного анализа необходимо также учитывать интересы окружающей среды. Хоть окружающая среда и играет пассивную роль, необходимо учитывать, что любая система существует внутри нее, взаимодействует с ней. Поэтому при постановке задачи системного анализа необходимо следовать принципу не навредить, не предпринимать ничего, что противоречило бы законам природы. Чтобы удовлетворить условиям непревышения количества имеющихся ресурсов, в постановку задачи системного анализа вводят ограничения.

В настоящее время к основным критериям, которые наиболее часто встречаются в анализе сложных систем, можно отнести следующие:

• Экономические критерии — прибыль, рентабельность, себестоимость.

• Технико-экономические — производительность, надежность, долговечность.

• Технологические — выход продукта, характеристики качества и пр.

МЕТОДЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Метод экспертных оценок

Экспертные оценки — группа методов, наиболее часто используемая в практике оценивания сложных систем на качественном уровне. Термин «эксперт» происходит от латинского слова expert, означающий «опытный».

Основой этих методов являются различные формы экспертного опроса с последующим оцениванием и выбором наиболее предпочтительного варианта.

При использовании экспертных оценок обычно предполагается, что мнение группы экспертов надежнее, чем мнение отдельного эксперта.

Все множество проблем, решаемых методами экспертных оценок, делится на два класса.

1) Проблемы, в отношении которых имеется достаточное обеспечение информацией. При этом методы опроса и обработки основываются на использовании принципа «хорошего измерителя», т.е. эксперт — источник достоверной информации, а групповое мнение экспертов близко к истинному решению.

2) Проблемы, в отношении которых знаний для уверенности и справедливости указанных гипотез недостаточно. В этом случае экспертов нельзя рассматривать как «хороших измерителей» и необходимо осторожно подходить к обработке результатов экспертизы.

К наиболее употребительным процедурам экспертных измерений относятся: ранжирование; парное сравнение; множественные сравнения; непосредственная оценка; последовательное сравнение; метод Терстоуна; метод фон Неймана—Моргенштерна.

Ранжирование

Метод ранжирования представляет собой процедуру упорядочения объектов. На основе знаний и опыта эксперт располагает объекты в порядке предпочтения, руководствуясь одним или несколькими выбранными показателями сравнения. В зависимости от вида отношений между объектами возможны различные варианты упорядочения объектов.

Парное сравнивание

Метод парного сравнения — представляет собой процедуру установления предпочтения объектов при сравнении всех возможных пар. В отличие от ранжирования, в котором осуществляется упорядочение всех объектов, парное сравнение является более простой задачей. При сравнении пары объектов возможно либо отношение строгого порядка, либо отношение эквивалентности. Отсюда следует, что парное сравнение так же, как и ранжирование, есть измерение в порядковой шкале.

Множественные сравнения

Метод множественного сравнения отличается от парного тем, что экспертам последовательно предъявляются не пары, а тройки, четверки, ... n-ки (n < N) объектов. Эксперт их упорядочивает по важности или разбивает на классы в зависимости от целей экспертизы.

Множественные сравнения занимают промежуточное положение между парными сравнениями и ранжированием. С одной стороны, они позволяют использовать больший, чем при парных сравнениях, объем информации для определения экспертного суждения в результате одновременного соотнесения объекта не с одним, а с большим числом объектов. С другой стороны, при ранжировании Объектов их может оказаться слишком много, что затрудняет работу эксперта и сказывается на качестве результатов экспертизы. В этом случае множественные сравнения позволяют уменьшить до разумных пределов объем поступающей к эксперту информации.

Непосредственная оценка

Метод непосредственной оценки заключается в присваивании объектам числовых значений в шкале интервалов. Эксперту необходимо поставить в соответствие каждому объекту точку на определенном отрезке числовой оси. При этом необходимо, чтобы эквивалентным объектам приписывались одинаковые числа.

Метод Черчмена—Акоффа (последовательное сравнение)

Этот метод относится к числу наиболее популярных при оценке альтернатив. В нем предполагается последовательная корректировка оценок, указанных экспертами.

Метод Черчмена—Акоффа является одним из самых эффективных. Его можно успешно использовать при измерениях в шкале отношений. В этом случае определяется наиболее предпочтительная альтернатива a_ij. Ей присваивается максимальная оценка. Для всех остальных альтернатив эксперт указывает, во сколько раз они менее предпочтительны, чем a_ij.Для корректировки численных оценок альтернатив можно использовать как стандартную процедуру метода Черчмена—Акоффа, так и попарное сравнение предпочтительности альтернатив. Если численные оценки альтернатив не совпадают с представлением эксперта об их предпочтительности, производится корректировка.

Метод фон Неймана—Моргенштерна

Этот метод заключается в получении численных оценок альтернатив с помощью так называемых вероятностных смесей. В основе метода лежит предположение, согласно которому эксперт для любой альтернативы a_j, менее предпочтительной, чем a_i, но более предпочтительной, чем а_l может указать число р (0 ≤ р ≤ 1) такое, что альтернатива a_j эквивалентна смешанной альтернативе (вероятностной смеси) [pa_i, (1-p)а_l]. Смешанная альтернатива состоит в том, что альтернатива a_i, выбирается с вероятностью Р, а альтернатива а_l — с вероятностью 1-Р. Очевидно, что если Р достаточно близко к 1, то альтернатива a_j менее предпочтительна, чем смешанная альтернатива [pa_i, (1-p)а_l].

Рассмотренные выше методы экспертных оценок обладают различными качествами, но приводят в общем случае к близким результатам. Практика применения этих методов показала, что наиболее эффективно комплексное применение различных методов для решения одной и той же задачи. Сравнительный анализ результатов повышает обоснованность делаемых выводов. При этом следует учитывать, что методом, требующим минимальных затрат, является ранжирование, а наиболее трудоемким метод последовательного сравнения (Черчмена—Акоффа). Метод парного сравнения без дополнительной обработки не дает полного упорядочения объектов.

Методы типа Дельфи

В отличие от традиционных методов экспертной оценки метод Дельфи предполагает полный отказ от коллективных обсуждений. Это делается для того, чтобы уменьшить влияние таких психологических факторов, как присоединение к мнению наиболее авторитетного специалиста, нежелание отказаться от публично выраженного мнения, следования за мнением большинства.

В методе Дельфи прямые дебаты заменены программой последовательных индивидуальных опросов, проводимых в форме анкетирования. Ответы обобщаются и вместе с новой дополнительной информацией поступают в распоряжение экспертов, после чего они уточняют свои первоначальные ответы. Такая процедура повторяется несколько раз до достижения приемлемой сходимости совокупности высказанных мнений. Результаты эксперимента показали приемлемую сходимость оценок экспертов после пяти туров опроса.

Первоначально метод Дельфи был предложен как одна из процедур при проведении «мозговой атаки» и должен был помочь снизить степень влияния психологических факторов и повысить объективность оценок экспертов. Затем метод стал использоваться самостоятельно. Его основа — обратная связь, ознакомление экспертов с результатами предшествующего этапа и учет этих результатов при оценке значимости экспертами.

Метод Дельфи, в отличие от метода сценариев, предполагает предварительное ознакомление экспертов с ситуацией с помощью какой-либо модели. Процедура Дельфи - метода заключается в следующем:

• осуществляется поиск экспертов;

• каждому эксперту предлагается один и тот же вопрос;

• каждый эксперт вырабатывает свой оценки независимо от других экспертов;

• ответы собираются и статистически усредняются;

• экспертам, ответы которых сильно отклоняются от средних значений, предлагается обосновать свои оценки;

• эксперты разрабатывают обоснования и выносят их на рассмотрение;

• среднее значение и соответствующие обоснования предъявляются всем экспертам.

Недостатки метода Дельфи:

• значительный расход времени на проведение экспертизы, связанный с большим количеством последовательных повторений оценок;

• необходимость неоднократного пересмотра экспертом своих ответов, вызывающая у него отрицательную реакцию, что сказывается на результатах экспертизы.

Область практического применения метода Дельфи расширилась, однако присущие ему ограничения привели к возникновению других методов, использующих экспертные оценки. Среди них особого внимания заслуживают методы QUEST (Qualitative Utility Estimates for Science and Technology — количественные оценки полезности науки и техники) и SEER (System for Event Evaluation and Review — система оценок и обзора событий).

В основу метода QUEST положена идея распределения ресурсов на основе учета возможного вклада (определяемого методами экспертной оценки) различных отраслей и научных направлений в решение какого-либо круга задач.

Метод SEER предусматривает всего два тура оценки. В каждом туре привлекается различный состав экспертов. Эксперты первого тура — специалисты промышленности, эксперты второго тура - наиболее квалифицированные специалисты из органов, принимающих решения, и специалисты из области естественных и технических наук. Эксперт каждого тура не возвращается к рассмотрению своих ответов за исключением тех случаев, когда его ответ выпадает из некоторого интервала, в котором находится большинство оценок.

Морфологические методы

Основная идея морфологических методов — систематически находить все мыслимые варианты решения проблемы или реализации системы путем комбинирования выделенных элементов или их признаков.

Было предложено три метода морфологического исследования:

1) Метод систематического покрытия поля, основанный на выделении так называемых опорных пунктов знания в любой исследуемой области, и использовании для заполнения поля некоторых сформулированных принципов мышления.

2) Метод отрицания и конструирования, заключающийся в том, что на пути конструктивного прогресса стоят догмы (положения) и компромиссные ограничения, которые есть смысл отрицать и, следовательно, сформулировав некоторые предложения, полезно заменить их затем на противоположные и использовать при проведении анализа.

3) Метод морфологического ящика, нашедший наиболее широкое распространение. Идея этого метода состоит в том, чтобы определить все мыслимые параметры, от которых может зависеть решение проблемы, представить их в виде матриц-строк, а затем определить в этом морфологическом матрице-ящике все возможные сочетания параметров по одному из каждой строки. Полученные таким образом варианты могут снова подвергаться оценке и анализу в целях выбора наилучшего.

МЕТОД «ДЕРЕВО РЕШЕНИЙ»

Метод «дерево решений»— графоаналитический метод, основой которого являются динамическое программирование и теория статистических решений. Вначале строится вероятностный граф возможных состояний. Весь временной период разбивается на отрезки, каждый из которых связан с моментом принятия обязательных решений и с появлением случайных факторов. Затем производят объединение моментов принятия решений и возможных вариантов результативности этих решений при различных вариантах воздействия внешней среды. Чем выше вариантность, тем больше достоверность принимаемого решения.Определив точку принятия решений по реализации возможных альтернатив, выделяют точки, где существует неопределенность, и оценивают альтернативные результаты в этих точках.

Оценив вероятности различных событий или результатов действий, затраты ресурсов и экономический эффект, получаемый в результате реализации различных стратегий, выбирают наилучшие альтернативные варианты решений. Логика анализа такова:движение от конечного состояния к начальному, последовательно выбирать оптимальное в каждой точке. Менее эффективная альтернатива отсекается и из дальнейшего рассмотрения исключается.

Основные этапы разработки или выбора УР по методу «дерево решений»:

1-й этап. Составление новой цели развития или совершенствования компании.

2-й этап. Сбор материалов о реальном состоянии дел в компании по новой цели.

3-й этап. Формулирование проблем как разность между новой целью и обобщенной ситуацией в компании.

4-й этап. Выбор или разработка критериев оценки проблемы.

5-й этап. Декомпозиция проблемы на самостоятельные составные части.

6-й этап. Поиск ресурсов и исполнителей разрешения проблем.

7-й этап. Разработка вариантов основных решений и их предполагаемой эффективности.

8-й этап. Для каждого варианта основных решений разработка вариантов детализирующих решений.

9-й этап. Для каждого варианта детализирующего решения разработка вариантов очередного набора детализирующих решений и т.д.

10-й этап. Оценка каждой ветви взаимодействующих решений на эффективность действий и возможности достижения цели.

11-й этап. Выбор наиболее приемлемых сочетаний вариантов решений.

12-й этап. Практическая реализация выбранного варианта сочетаний решений.