Глава 4. Элементы и методы системного анализа

Элементы системного анализа

Иногда может быть достаточно серьезного размышления над проблемой, чтобы найти верное, в данный момент времени, решение. Но существуют определенные компоненты, которые участвуют в принятии решения и их качество отражает действия лица принимающего решение (ЛПР). Независимо от того как принимается решение и в какой форме, следует, что в любом системном анализе присутствуют пять обязательных элементов:

• цель или ряд целей;

• альтернативные средства, с помощью которых может быть достигнута цель;

• затраты ресурсов, требуемых для каждой системы;

• логическая и\или математическая модели, т.е. система связей между целями, альтернативными средствами их достижения, окружающей средой и требованиями на ресурсы;

• критерий выбора предпочтительных альтернатив; с его помощью сопостав-ляются цели и затраты.

ЦЕЛЬ

АЛЬТЕРНАТИВЫ РЕСУРСЫ

МОДЕЛИ

ВЫБОР

Рисунок 4.1 Элементы системного анализа

Всякая деятельность (движение, изменение, развитие и т.д.) является целенаправленной – направлена на достижение определенной цели.

Примеры: Студент учится, чтобы получить профессию. Турист едет в другую страну с целью увидеть новые интересные места. Человек приобретает автомобиль для удобства передвижения. Коллекционер стремится приобрести раритет, которого ни у кого нет. И т.д.

Цель– это субъективный образ желаемого состояния объекта.

Цели имеют либо конкретную, либо расплывчатую формулировку. Поэтому различают два типа целей:

цель-результат – конкретная, измеримая цель;

цель-направление – идеальная качественная цель.

Примеры:Увеличение продаж путевок в туристской фирме в два раза–цель-результат, а повышение образовательного уровня менеджеров – цель-направление.

Требования к цели. Правильно сформулированные цели должны удовлетворять следующим основным требованиям:

Конкретность – при определении цели необходима точность отражения ее содержания, объема и времени. Удовлетворение цели может принести только конкретный результат, полученный с помощью конкретных средств в конкретных условиях.

Измеримость – цель должна быть представлена количественно или каким-либо другим способом для оценки степени ее достижения.

Достижимость – цели должны быть реальными, не выходящими за рамки возможностей исполнителей.

Согласованность – цели следует рассматривать не изолированно, а во взаимосвязи.

Приемлемость – необходимо учитывать потребности, желания, традиции, сложившиеся в обществе ценности.

Гибкость – возможность внесения корректировки по мере происходящих в среде изменений.

Альтернативы.Генерирование альтернатив является очень трудным и очень творческим этапом системного анализа. Его сущность заключается в поиске идей, подходов, предложений и рекомендаций, на множестве которых будет формироваться базовый перечень допустимых вариантов решения исходной проблемы, или перечень допустимых альтернатив. И если в этот перечень не попала наилучшая альтернатива, то никакие методы выбора, процедуры сравнения альтернатив не смогут ее «вычислить». В этой связи очень важно сгенерировать как можно больше альтернатив, большее число альтернатив обеспечит большую вероятность попадания наилучшей альтернативы в исходный перечень.

Этому требованию способствует:

- поиск идей в сети Интернет, патентных фондах, научной литературе и других информационных ресурсах;

- интервьюирование и анкетные опросы заинтересованных лиц;

- привлечение квалифицированных экспертов, имеющих различную подготовку, обладающих различным опытом и работающих в различных предметных областях;

- комбинирование имеющихся альтернатив и образование промежуточных вариантов (то есть не «либо-либо», а «кроме того, еще»);

- модификация альтернатив, то есть формирование альтернатив, лишь частично отличающихся от первоначальных;

- включение альтернатив, противоположных предложенным, в том числе и «нулевой» альтернативы, предлагающей естественное развитие событий без участия человека (не делать ничего);

- включение в рассмотрение альтернатив, которые на первый взгляд кажутся глупыми и надуманными;

- генерирование альтернатив, рассчитанных на различные интервалы времени (долгосрочные, краткосрочные, экстренные).

Альтернативы бывают зависимые и независимые.

Независимые – это альтернативы любые действия с которыми (удаления из рассмотрения, выявления в качестве единственно лучшей) не влияет на качество других альтернатив.

При зависимых – оценки одних альтернатив оказывают влияние на качество других.

Наиболее простыми и очевидными являются непосредственная групповая зависимость. Если решено рассматривать хотя бы одну альтернативу из группы, то надо рассматривать и всю группу.

Рассмотрим основные варианты поиска альтернатив. Один из вариантов - альтернативы уже заданы – замкнутое нерасширяющееся множество альтернатив. Другой вариант – где все альтернативы или их значительная часть появляются после принятия основных решений. Альтернативы могут быть сгенерированы в процессе «мозговой штурм», работы с морфологическим методом и др. способами, методами и метдиками системного анализа

Ресурсыпринято делить на природные, трудовые (человеческий капитал), капитальные (физический капитал), оборотные средства (материалы), информационные ресурсы, финансовые ресурсы (денежный капитал).

Для реализации выбранного пути достижения поставленной цели необходимы определенные ресурсы:

- рабочая сила;

- машины и оборудование;

- материалы, энергия и т.д.;

- деньги;

- информация.

Иногда помимо этих ресурсов в качестве самостоятельного ресурса выделяют время. Время связано с другими видами ресурсов и часто бывает производным от них.

Одним из основных условий распределения ресурсов является факт их ограниченности, что вызывает необходимость определения приоритетности выделения и использования ресурсов. Кроме того, необходимо учитывать дополнительные ограничения на особо дефицитные виды ресурсов.

Вопросы, которые необходимо решить при определении потребных ресурсов, можно сформулировать следующим образом:

- какой объем каждого вида ресурсов, в какой момент времени потребуется при заданных целях и выбранных стратегиях;

- кто будет потребителем этих ресурсов;

- каков оптимальный способ их создания или приобретения.

Если исследование показывает, что потребности в ресурсах удовлетворить невозможно, то приходится пересматривать цели и стратегии (альтернативы) до тех пор, пока не будет достигнута их обеспеченность ресурсами. Таким образом, задание целей, выбор стратегий определение потребных ресурсов всегда взаимосвязаны. Пересмотр стратегий возможен и в случае, если обнаружится недоиспользование ресурсов.

Модель.При решении задач создания, проектирования, фиксации объекта возникает потребность зафиксировать полученную информацию в виде некоторого образа (словесного, графического, образа и т.д.) В связи с этим очень важную роль играют модели и моделирование. Модель в широком понимании – это образ (в том числе условный или мысленный) какого-либо объекта или системы объектов, используемый при определенных условиях в качестве их «заместителя» или «представителя».

Примеры:

1. Устав организации это его модель.

2. Модель человека – его паспорт.

3. Модель автомобиля – технический паспорт.

4. Модель Земли – глобус.

Почему необходимо использовать модели вместо объектов реального мира? Есть несколько причин:

• Сложность реальных объектов. Число факторов, относящихся к решаемой проблеме, велико и анализ этой совокупности выходит за пределы возможностей специалиста, решающего эту проблему. Поэтому особенно на начальной стадии и возникает потребность в упрощении ситуации с помощью модели, которая уменьшает число факторов до уровня восприимчивости специалиста.

• Необходимость проведения экспериментов. Существует много ситуаций, когда эспериментальное исследование объектов невозможно в силу ряда причин: опасно, вредно, оганиченность науки и техники.

• Необходимость прогнозирования. Модели, в отличие от оригиналов, позволяют с меньшими затратами дать прогноз развития ситуации в будущем и определить последствия принимаемых решений, когда есть возможность скорректировать действия.

• Исследуемый объект либо очень велик (модель Солнечной системы), либо очень мал (модель атома).

• Процесс протекает очень быстро (модель двигателя внутреннего сгорания), или очень медленно (геологические модели).

• Исследование объекта может привести к его разрушению (исследование поведения самолета в грозовом облаке, состояние человека в момент аварии автомобиля).

В свою очередь существует ряд субъективных факторов, влияющих на качество создаваемых моделей, которые необходимо учитывать. Например:

- Избирательность. Модель строится на основании наблюдений за объектом, но специалист, даже самый лучший, замечает свойства объекта избирательно. На это влияет множество причин, как-то образование, мировозрение, опыт, настроение, самочувствие и т.д. В результате формируется не только искаженная модель, но и не отвечающая целям моделирования.

- Конструирование – обратный аналог избирательности: мы начинаем видеть то, чего нет. Мы заполняем пробелы в информации о мире, чтобы он имел смысл, потому что мы мыслим конкретными образами, если мы видим из- за дерева голову собаки, то мысленно дорисовываем туловище и хвост. Длительная эволюция, из чуства безопасности, воспитала нас дополнять увиденные фрагменты до полного образа, поэтому получая неполную информацию об исследуемом объекте, мы заполняем информационные пробелы до полного образа, исходя из своего опыта. В результате может получится модель несоответствующая объекту-оригиналу.

- Искажение. Мы строим модели окружающего мира, выделяя одни стороны за счет замалчивания других. Это лежит в основе творческих способностей и хорошо видно в творчестве поэтов, художников, композиторов, а также в болезнях, например паранойи. В меньшей мере, но это присуще и работникам не творческих профессий.

- Обобщения. Используя обобщения субъект, взяв за основу один случай, стремится перенести эти данные на остальные похожие случаи, причем, если возникают противоречия, то как правило, он стремится модель втиснуть в рамки предлагаемых обстоятельств. И только видя, очевидные противоречия, через время, начинает выстраивать другую модель. То есть вначале всегда любую ситуацию человек рассматривает как типичную и распространяет извлеченные из нее выводы на все сходные, по его мнению, ситуации.

Следует обратить внимание и на так называемые парадоксы в моделировании:

1) Модель заведомо проще оригинала. Всегда присутствует цель в работе и эта целевая избирательность отсекает ненужные на данный момент времени качества объекта. Но в процессе исследовательской работы нет уверенности, что отброшенные данные могут не понадобиться, или их отсутствие не исказит расчеты.

2) Другой парадокс называется парадоксом «одноразовой посуды» и связан с тем, что каждая модель создается под определенную исследовательскую задачу и не всегда применима к решению других, какой бы привлекательной она ни была.

Критерии. Для того чтобы правильно сделать выбор в пользу того или иного способа разрешения проблемы, необходимо иметь средства для сравнения допустимых альтернатив. В качестве такого средства выступают критерии. В данном случае под критерием понимают любой способ сравнения альтернатив. Это значит, что критерием качества альтернативы может служить любой ее признак, значение которого можно зафиксировать как минимум в порядковой шкале. После того как такая характеристика будет найдена (критерий определен), появляется возможность ставить задачи выбора и оптимизации.

Так же как и альтернативы, критерии бывают зависимые и независимые.

Зависимые – критерии, которые изменяясь, влияют на другие критерии. Рассмотрим на примере выбора автомобиля - при покупке автомобиля возьмем для рассмотрения три критерия: цена, цвет и коробка передач. По критериям «цена» и «коробка передач критерии зависимые. Определение значения критерия для данной альтернативы, по существу, является косвенным измерением степени ее пригодности как средства достижения цели.

На сложность задач при принятии решений влияет количество критериев. Многокритериальность реальных задач связана не только с множественностью целей, но и с тем, что одну цель редко удается выразить одним критерием. Поскольку, с одной стороны, многокритериальность является способом повышения адекватности описания цели, а с другой – повышает сложность решения задачи, то необходимо заботиться о минимизации числа используемых критериев при достаточно полном «покрытии» цели. Это означает, что критерии должны описывать все важные аспекты цели, но при этом критериев должно быть немного. Это условие выполняется в том случае, если критерии являются независимыми и не связанными друг с другом. Их объединяют в группы, имеющие смысловые значения и названия ( стоимость и эффективность) и выделяют их «+» «-».

Для обеспечения полноты цели полезной является представление формальной модели проблемной ситуации, включающей три взаимодействующие компоненты:

• проблемосодержащую систему, в которой существующая ситуация воспринимается как проблема;

• проблеморазрешающую систему, которая может так повлиять на ход событий, что проблема исчезнет полностью или ослабеет;

• окружающую среду, в которой существуют и с которой взаимодействуют обе системы.

Характер целей для трех составных компонентов проблемной ситуации различен: для проблемосодержащей системы это цели достижения (главное разрешить проблему); цели проблеморазрешающей системы связаны с рациональным расходованием ресурсов на решение проблемы (главное – экономично решить проблему); а цели внешней среды носят пассивный, но обязательный характер (главное – не предпринимать ничего, что противоречило бы законам природы). Из этой системы критерием «вырастает» структуризация критериев:

· критерии эффективности (целевые критерии), подлежащие оптимизации;

· критерии ограничения;

· критерии сохранения, требующие соблюдения постоянства.

Целевые критерии предоставляют возможности для выдвижения все новых и новых альтернатив в поисках наилучшей, а критерии-ограничения и критерии-сохранения, запрещая некоторые из альтернатив, заведомо уменьшают их число.

Пример: Перед предприятием стоит задача: внедрять новые технологии при имеющихся ресурсах, но эти технологии обязательно должны быть энергосберегающими.

Одними целевыми критериями можно жертвовать ради других, а критерии-ограничения и критерии-сохранения исключить нельзя – они должны строго соблюдаться. Расширение спектра целевых критериев усложняет работу специалиста, а расширение спектра критериев-ограничений и критериев-сохранений упрощает.

Для упорядочения критериев в системном анализе используют измерение, которое формируется в виде измерительных шкал.

Измерительные шкалы в зависимости от допустимых на них операций различаются по их силе. Самые слабые – номинальные шкалы, а самые сильные – абсолютные. Три основных атрибута измерительных шкал, определяющих принадлежность шкалы к той или иной категории:

· упорядоченность данных означает, что один пункт шкалы, соответствующий измеряемому свойству, больше, меньше или равен другому пункту;

· интервальность данных означает, что интервал между любой парой чисел, соответствующих измеряемым свойствам, больше, меньше или равен интервалу между другой парой чисел;

· нулевая точка (или точка отсчета) означает, что набор чисел, соответствующих измеряемым свойствам, имеет точку отсчета, обозначенную за нуль, что соответствует полному отсутствию измеряемого свойства.

Выделяют следующие группы шкал:

1) неметрические или качественные шкалы, в которых отсутсвуют единицы измерений (номинальная и порядковая шкалы);

2) количественные или метрические (шкала интервалов, шкала отношений и абсолютная шкала).

Типы шкал:

- Шкала наименований (номинальная или классификационная) представляет собой конечный набор обозначений для никак не связанных между собой состояний (свойств) объекта. Это самая простая шкала, используемая с целью отличить один объект от другого.

Примеры:

1. Слова естественного языка (географические названия, собственные имена людей и т.д.).

2. Произвольные символы (гербы и флаги государств, эмблемы родов войск, всевозмодные значки).

3. Номера (автомобилей, официальных документов, регистрация спортсменов).

4. Их различные комбинации (почтовые адреса, печати, экслибрисы личных библиотек и т.д.).

При обработке данных, зафиксированных в номинальной шкале, непосредственно с самими данными можно выполнять только операцию проверки их совпадения или несовпадения.

- Шкала порядка (ординальная, ранговая) применяется в тех случаях, когда наблюдаемый (измеряемый) признак состояния имеет природу, не только позволяющую отождествить состояния с одним из классов эквивалентности, но и дающую возможность в каком-то отношении сравнить разные классы. В ней присутствует упорядоченность, но отсутствуют атрибуты интервальности и нулевой точки. Оценки упорядочены по возрастанию или убыванию предпочтений ЛПР ( лицо принимающее решение): очень чистый, вполне удовлетворительно, экологически загрязнено.

Примеры:

1. Призовые места в конкурсе.

2. Социальный статус (низший класс, средний класс).

3. Бальная шкала землетресений и т.д.

- Шкала интервалов (интервальная шкала) имеет равные расстояния по измерению качества между оценками (доп.прибыль - 1 млн., 2, 3 и т.д.) Шкалы могут иметь произвольные начала отсчета и шаг отсчета тоже.

Пример: Температура воздуха, время, и т.д.

- Шкала разностей. Частным случаем интервальных шкал являются циклические (периодические) шкалы, шкалы, инвариантные к сдвигу. В такой шкале значение не изменяется при любом числе сдвигов (перевод часов на летнее время и обратно на зимнее).

Пример:В таких шкалах измеряется направление из одной точки (шкала компаса), время суток (циферблат часов) и т.д.

- Шкала отношений (подобий) позволяет выполнять с числами любые арифметические действия, здесь присутствуют все атрибуты измерительных шкал: упорядоченность, интервальность, нулевая точка. Величины, измеряемые в шкале отношений, имеют естественный, абсолютный нуль, хотя остается свобода в выборе единиц. Из шкалы видно, во сколько раз свойство одного объекта превосходит такое же свойство другого объекта.

Примеры:Вес, длина, деньги, производственные показатели и др.

- Абсолютная шкала имеет и абсолютный нуль и абсолютную единицу, благодаря этой особенности она в виде числовой оси используется как измерительная шкала в явной форме при счете предметов, а как вспомогательное средство присутствует во всех остальных шкалах.

Примеры:

1. Абсолютные шкалы применяются для измерения количества объектов, предметов, событий, решений и т.п.

2. Примером абсолютной шкалы является шкала термометра.

В практике системного анализа чаще используются шкалы интервалов и отношений.