ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л.Р.ЧЕРНЯХОВСКАЯ

 

Методология систем и принятие решений

 

Краткий конспект лекций

(черновик, не для печати)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                  Уфа  20 07

 

СОДЕРЖАНИЕ

Лекция 1.  Введение в системный анализ и принятие решений

Лекция 2.  Задачи системного анализа.

Лекция 3.  Основные понятия и определения теории принятия решений

3.1. Основные принципы теории принятия решений

3.2. Постановка задач принятия оптимальных решений

3.3. Этапы принятия решений

Лекция 4 . Формулировка целей исследования

4.1. Определение целей

4.2. Роль целей и стратегий в процессе формирования управленческих решений

4.3. Отображение цели и условий ее достижения

Лекция 5 . Онтологический анализ

5.1. Анализ информационных потоков

5.2. Описательные логики

Лекция 6. Структурирование целей стратегического управления предприятием

6.1. Системный анализ проблем стратегического управления предприятием

6.2. Структурирование целей стратегического управления предприятием на основе методологии объектно-ориентированного анализа и проектирования (на примере ОАО «Уралтранснефтепродукт»).

Лекция 7. Основные приемы формализации задач системного анализа

7.1. Реализация выбора и принятия решений

7.2. Внедрение результатов анализа

7.3. Построение (выбор) моделей системы

7.4. Классификация видов моделирования систем

7.5. Возможность и эффективность моделирования систем на вычислительных машинах

Лекция 8. Математическое программирование

Лекция 9. Содержательные постановки задач линейного программирования. Методы  решения задач линейного программирования

Лекция 10. Решение задач линейного программирования симплекс-методом

Лекция 11. Двойственная задача линейного программирования

ЛЕКЦИЯ 12. ТРАНСПОРТНЫЕ ЗАДАЧИ ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

12.1. Постановка задачи

12.2. Методы составления начального опорного плана

12.3. Понятие потенциала и цикла

12.4. Критерий оптимальности базисного решения транспортной задачи. Методы отыскания оптимального решения

12.5. Усложненные задачи транспортного типа

Лекция 13. Дискретное программирование.

Лекция 14. Нелинейное программирование.

Лекция 15. Динамическое программирование

Лекция 16. Многокритериальные задачи принятия решений

16.1. Критериальный язык описания выбора. Формирование критериев принятия решения. Виды критериев и требования к ним. Сложности принятия решения в условиях определенности: размерность задачи, многомерность оценки.

16.2. Способы решения многокритериальных задач: свертка критериев в один (аддитивная, мультипликативная, минимаксная), приоритет важнейшего критерия, отбор недоминирующих альтернатив

Лекция 17.  Методы многокритериальной оптимизации

Лекция 18.  Анализ иерархий

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

Лекция 1. Введение в системный анализ и принятие решений

 

1.1. Предмет и содержание курса. Место дисциплины в подготовке бакалавра по направлению 553000 «Системный анализ и управление». Порядок изучения курса,  его  материально-техническая база и учебно-методическая литература.

 

Курс предназначен для изучения основных принципов и возможностей системного анализа; приобретения умений опознания и классификации конкретных проблем, возникающих при системном анализе, для выяснения принадлежности стоящих перед исследователем задач к определенным областям знания и привлечения к решению этих задач соответствующих специалистов; получения представления об организации системного исследования и методологии его проведения, о математическом аппарате, используемом для формализации задач принятия решений. Приводится обоснование целесообразности и плодотворности применения моделей и методов системного анализа на всех этапах жизненного цикла информационно-управляющих систем.

Системные исследования – термин, введенный в 70-х г.г. ХХ века для обобщения прикладных научных направлений, связанных с исследованием и проектированием сложных систем.

В этот период по мере развития научно-технического прогресса усложняются выпускаемые изделия и технология производства промышленной продукции, расширяется ее номенклатура и ассортимент, увеличивается частота сменяемости выпускаемых изделий и технологий, возрастает наукоемкость продукции. Усиливается воздействие человека на экосистему, что приводит к усложнению взаимоотношений человека с природой, к истощению ресурсов Земли, к экологическим проблемам (проблема загрязнения среды, необходимость сохранения и очистки водных ресурсов и т.д.). В результате усложняются процессы управления экологической и социально-экономической системами и научно-техническим прогрессом.

Для исследования перечисленных и других проблем развиваются разлчные направления фундаментальных и прикладных исследований: исследование операций, кибернетика, системотехника, системология и другие междисциплинарные направления, опирающиеся на теорию систем. Для того, чтобы не затруднять практических работников изучением особенностей этих направлений, их стали объединять общим термином системные исследования.

Системный анализ (СА) признается в настоящее время наиболее конструктивным из направлений системных исследований. Этот термин впервые появился в 1948 г. в работах корпорации RANDв связи с задачами военного управления. Получил распространение в отечественной литературе после перевода книги С. Оптнера «системный анализ деловых и промышленных проблем».

Системный анализ – междисциплинарный курс, обобщающий методологию исследования сложных технических, природных и социальных систем [2].

В настоящее время в современной научной литературе существует весьма большое количество близких по смыслу определений понятия «система». В теории иерархических многоуровневых систем под системой понимается целостный материальный объект или их совокупность, представляющие собой закономерно обусловленную совокупность функционально взаимодействующих элементов [Д7]. Элементы системы - относительно обособленные части системы (структурные элементы). Они, не являясь системами одного типа, при непосредственном взаимодействии между собой порождают систему. Подсистема - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы. Системы, обладающие многоуровневостью (иерархичностью) называются сложными системами. В других определениях системы понятие «цель» присутствует в неявном виде: по определению Ф.Е. Темникова) «система – организованное множество  (в котором цель проявляется при раскрытии понятия организованности)», далее – в виде конечного результата, системообразующего критерия, функции (В.И. Вернадский, У.Р. Гибсон, П.К. Анохин). По определению Ю.И. Черняка, система есть отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойства объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания. В общем случае под системой понимают объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов и явлений в природе и обществе. Характеристики такой системы определяются как характеристиками составляющих систему элементов, так и характеристиками взаимосвязей между ними.

В данном курсе остановимся на следующем определении системы:

Система есть множество компонент, взаимодействующих друг с другом и служащих общему назначению, или цели.

Система имеет следующие основные характеристики (рис.1.1):

1. Компоненты.                                    

2. Отношения (связи, посредством которых осуществляется взаимодействие между компонентами).                              

3. Граница.                                            

4. Цель.                                                 

5. Внешняя среда.

6. Вход, Выход.

7. Интерфейс.

8. Законы, правила, ограничения функционирования.

Системные характеристики можно описать следующим образом:

1.      Компонент есть либо неделимая часть, либо агрегат, состоящий из частей и называемый подсистемой.

2.      Компоненты взаимодействуют между собой таким образом, что функционирование одного влияет на функционирование другого компонента.

3.      Система имеет границу, внутри которой содержатся все компоненты, и которая устанавливает пределы системы, отделяя ее от других систем.

4.      Все компоненты работают вместе, чтобы достичь цель существования системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1. Характеристики системы.

 

5.      Система существует и функционирует внутри окружающей (внешней) среды – всего, что находится за границей системы. Окружающая среда влияет на систему и подвергается влиянию системы.

6.      Система имеет множество входных и выходных объектов.

7.      Точка, в которой система взаимодействует со средой, называется интерфейсом.

8.      Система имеет законы, правила, ограничения функционирования.

Сложные динамические системы обладают следующими системообразующими факторами [6]:

• целостность и возможность декомпозиции на элементы O (объекты, подсистемы);

• наличие стабильных связей (отношений) R между элементами O;

• упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру (Str);

• наделение элементов параметрами (A_O);

• наличие синергетических (интегративных) свойств Q, которыми не обладают ни один из элементов системы;

• наличие множества законов, правил и операций Z с вышеперечисленными атрибутами системы;

• наличие цели функционирования и развития (G).

В определении М. Месаровича  выделены множество X входных объектов (воздействующих на систему) и множество Y выходных результатов, а между ними установлено обобщающее отношение пересечения, что можно отобразить как у автора определения:

.

Таким образом, система есть совокупность Syst={O(A_O), R, Str, Q, Z, G, S}.

Данное определение более полно отражает содержательную сторону системы, чем известные определения, основанные на первых трех признаках: элементах, связях и их упорядоченности в единое целое. Параметризация структурных элементов позволяет конкретизировать систему, придавать ей индивидуальность, а также выделять то множество свойств, которое присуще данной системе. При этом к свойствам системы можно отнести ее способность к адаптации, к самоорганизации, к обеспечению устойчивости, к выполнению различных сложных функций (самосохранения, саморазвития и т.д.). К свойствам системы можно отнести и ее способность к формированию целей функционирования и развития и к организации их достижения.

Наличие множества Z законов, правил и операций способствует созданию того формального аппарата, который позволяет на математическом (абстрактном) уровне строить из множества Aэлементов и множества R связей различные структуры систем, а также анализировать их и синтезировать системы с заданными свойствами.

Данное определение системы используется в дальнейшем при исследовании (анализе, моделировании) сложных управляемых систем с целью установления связи между структурой, параметрами и свойствами системы при их поведении в проблемных ситуациях.

Современный этап развития теории и практики характеризуется повышением уровня системности. Ученые, инженеры, представители различных профессий оперируют такими понятиями, как системный или комплексный подход. Полезность и важность системного подхода вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепринятой. Такая ситуация явилась отражением объективных процессов развития представлений о материальном мире, сформировалась под воздействием объективных факторов.

Свойство системности является всеобщим свойством материи. Современные научные данные и современные системные представления позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем. Причем части системы находятся в развитии, на разных стадиях развития, на разных уровнях системной иерархии и организации. Системность как всеобщее свойство материи проявляется через следующие составляющие: системность практической деятельности, системность познавательной деятельности и системность среды, окружающей человека.

Рассмотрим практическую деятельность человека, т. е. его активное и целенаправленное воздействие на окружающую среду. Покажем, что человеческая практика системна. Отметим очевидные и обязательные признаки системности: структурированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. По отношению к человеческой деятельности эти признаки очевидны. Всякое осознанное действие преследует определенную цель. Во всяком действии достаточно просто увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом легко убедиться, что эти составные части должны выполняться не в произвольном порядке, а в определенной их последовательности. Это и есть та самая определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности. Название для такого построения деятельности - алгоритмичностъ. Понятие алгоритма возникло сначала в математике и означало задание точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или другими математическими объектами. В настоящее время понятие алгоритма применяется к различным отраслям деятельности. Так говорят не только об алгоритмах принятия управленческих решений, об алгоритмах обучения, алгоритмах написания программ, но и об алгоритмах изобретательства [2]. Алгоритмизуются такие виды деятельности как игра в шахматы, доказательство теорем и т. п. При этом делается отход от математического понимания алгоритма. Важно сознавать, что в алгоритме должна сохраняться логическая последовательность действий. При этом допускается, что в алгоритме определенного вида деятельности могут присутствовать неформализованные виды действия. Важно лишь, чтобы определенные этапы алгоритма успешно, хотя бы и неосознанно, выполнялись человеком.

Примеры систем.

1) Самолет - это летательный аппарат тяжелее воздуха с аэродинамическим принципом полета.  При полете используются:

несущие поверхности самолета (крыло и оперение) для создания с помощью воздушной среды подъемной и управляющих сил,

силовая установка - для создания движущей силы за счет энергии находящегося на борту самолета топлива.

Для передвижения по земле - разбега, пробега и руления, а также для стоянки самолет снабжен системой опор - шасси. В соответствии с назначением самолеты имеют определенную целевую нагрузку, оборудование и снаряжение, систему управления .

Таким образом, самолет представляет собой сложную динамическую систему с развитой иерархической структурой, состоящую из взаимосвязанных по назначению, месту и функционированию элементов; в нем можно выделить подсистемы создания подъемной и движущей сил, обеспечения устойчивости и управляемости, жизнеобеспечения, обеспечения выполнения целевой функции и др.

2) Вычислительная сеть – сложная система, которая состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи).

Основное назначение вычислительных сетей - обеспечение взаимодействия удаленных пользователей на основе обмена данными по сети и совместное использование сетевых ресурсов (вычислительных машин, прикладных программ и периферийных устройств).

3) Университет – образовательное учреждение, которое реализует программы обучения разных уровней и проводит научные исследования по приоритетным направлениям. Цель функционирования системы образования – обеспечение современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства. Система управления университетом включает следующие подстистемы: организационная, учебная, финансовая, административно-хзяйственная, научно-исследовательская, управления кадрами, управления капитальным строительством, и др. Окружающая среда университета включает будущих (потенциальных) студентов, работодателей, институциональные учреждения, службы занятости и др. Университет взаимодействует с абитуриентами и предприятиями – пользователями образовательных услуг.

Приведенные примеры систем иллюстрируют наличие таких факторов системности, как целостность и возможность декомпозиции на элементы O (в вычислительной сети это вычислительные машины, средства связи и др.); наличие стабильных связей (отношений) R между элементами O; упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру (Str); наделение элементов параметрами (A_O); наличие синергетических (интегративных) свойств Q, которыми не обладают ни один из элементов системы (взаимодействие удаленных пользователей, Web-услуги, электронная коммерция); наличие множества законов, правил и операций Z с вышеперечисленными атрибутами системы; наличие цели функционирования и развития (G).