- •А. С. Малин, в. И. Мухин исследование систем управления
- •Введение
- •Часть 1.
- •Элемент системы
- •Связь, взаимодействие и структура системы
- •Понятие внешней среды
- •Понятия, определяющие функционирование системы
- •Состояние системы
- •Входы и выходы системы
- •Функционирование (движение) системы
- •1.3 Характеристика процессов системы
- •Понятие процессов системы
- •Формы входных и выходных процессов
- •Функции обратной связи
- •Функция ограничения системы
- •1.4 Классификация систем
- •Признаки классификации и классы систем
- •Классификация систем
- •Характеристика различных классов систем
- •1.5 Система управления
- •Понятие системы управления
- •Цель системы управления
- •Закон управления системой
- •Эффективность управления системой
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •2.Методологические основы исследования
- •Сущность системного подхода
- •2.2 Анализ систем управления
- •Понятие, цели и задачи анализа
- •Решение задач анализа систем управления
- •2.3 Синтез систем управления
- •Понятие, цели и задачи синтеза
- •Решение задач синтеза систем управления
- •2.4 Принципы анализа и синтеза систем управления
- •Принцип физичности и его постулаты
- •Принцип моделируемости и его постулаты
- •Принцип целенаправленности и его постулаты
- •2.5 Виды анализа и синтеза систем управления
- •Структурный анализ и синтез систем управления
- •Функциональный анализ и синтез систем управления
- •Параметрический анализ и синтез систем управления
- •2.6 Уровни исследования и структура показателей систем управления
- •Уровни исследования систем управления
- •Структура показателей систем управления
- •Оценка информативности показателей анализируемой системы управления
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •3.Особенности анализа и синтеза различных систем управления
- •3.1 Особенности анализа и синтеза технических систем управления
- •Особенности технических систем управления
- •Специфика анализа и синтеза технических систем управления
- •Основы синтеза новой технической системы управления
- •3.2 Особенности анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Особенности эргатических (человеко-машинных) систем управления
- •Специфика анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Типовые противоречия в процессе создания новых эргатических систем управления
- •Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых эсу
- •Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации эсу
- •3.3 Особенности анализа и синтеза организационных систем управлениия
- •Особенности организационных систем управления
- •Методология анализа и синтеза организационных систем управления
- •Специфика анализа и синтеза организационных систем управления
- •Основные черты организационного управления
- •Основные требования к организационному управлению
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •4. Системный анализ и синтез проблемы
- •4.1 Обшая характеристика проблемы как системы
- •Понятие проблемы и проблемной ситуации
- •Классификация проблем
- •Представление проблемы как системы
- •Этапы решения проблемы
- •4.2 Исходная постановка (формулирование) проблемы
- •Цель постановки проблемы
- •Этапы постановки проблемы
- •4.3 Формирование целей и условия решения проблемы
- •Условия формирования целей
- •Выявление и систематизация подцелей
- •Последовательная декомпозиция целей
- •Установление условий решения проблемы
- •4.4 Структуризация проблемы и систематизация путей достижения целей
- •Основные понятия и этапы структуризации проблемы
- •Уточнение структуры системы
- •Критический анализ функционирования системы управления
- •Систематизация путей достижения целей, оценка их значимости
- •4.5 Выявление и выбор альтернатив решения проблемы
- •Этапы выделения альтернатив решения проблемы
- •Выбор альтернатив
- •4.6. Принятие решения и выбор оптимальных решений
- •Выявление и выбор вариантов решения проблемы (подпроблемы)
- •Выбор оптимальных решений
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Часть 2
- •Методы, средства и уровни научного исследования
- •5.2 Методы эмпирического исследования
- •Наблюдение
- •Сравнение
- •Измерение
- •Эксперимент
- •5.3 Методы эмпирического и теоретического исследования
- •Абстрагирование
- •Анализ и синтез
- •Индукция и дедукция
- •Моделирование и использование приборов
- •Исторический и логический методы научного познания
- •5.4 Методы теоретического исследования
- •Восхождение от абстрактного к конкретному
- •Идеализация
- •Формализация
- •Аксиоматический метод
- •5.5 Основные формы научного исследования
- •Проблема
- •Идея, принцип, закон
- •Гипотеза, предположение, математическая гипотеза
- •Классификация моделей
- •5.6 Фактологическое обеспечение исследования
- •Философские аспекты фактологического обеспечения исследования
- •Понятие факта
- •Сбор и анализ фактов
- •Особенности использования фактов в исследовании систем управления
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Специфические методы исследования систем управления
- •6.1 Методы появления системной идеи
- •Сущность идеи
- •Первый цикл проявления идеи
- •Второй цикл проявления идеи
- •6.2 Эвристические методы исследования систем управления
- •Методы активизации технологии творчества
- •Ассоциативные методы
- •Метод "мозгового штурма"
- •Метод синектики
- •6.3 Формализованные методы исследования систем управления
- •Параметрический метод
- •Морфологический метод и его модификации
- •Комбинаторный метод
- •Методы логического поиска
- •Метод "букета проблем"
- •Методы поиска новых технических решений
- •6.4 Статистические методы анализа систем управления Сущность и область применения
- •Регрессионный анализ
- •Корреляционный анализ
- •Дисперсионный анализ
- •Ковариационный анализ
- •Метод временных рядов
- •Метод главных компонентов
- •Факторный анализ
- •6.5 Детерминированные методы анализа систем управления
- •Сущность и область применения
- •Инфлюентный анализ
- •6.6Cинтез систем управления методами оптимизации
- •Синтез систем управления методами безусловной оптимизации
- •Синтез систем управления с помощью многокритериальной оптимизации
- •6.7 Синтез систем управления методами математического программирования
- •Сущность и содержание математического программирования
- •Общая характеристика методов математического программирования
- •Методы решения задач линейного программирования
- •Методы решения задач нелинейного программирования
- •Методы решения задач дискретного (целочисленного) программирования
- •Методы динамического программирования
- •Методы стохастического программирования
- •6.8 Анализ и синтез систем управления с помощью математических теорий
- •Теория принятия решений
- •Теория массового обслуживания
- •Теория эффективности
- •Теория игр
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •7. Экспертные оценки решения проблем
- •7.1 Сущность и содержание метода экспертных оценок
- •Сущность метода экспертных оценок
- •Подготовка экспертизы
- •Проведение опроса экспертов
- •Виды и типы вопросов
- •7.2 Методы обработки информации, получаемой от экспертов
- •Сущность экспертного ранжирования
- •Метод непосредственной оценки
- •Перевод оценок в ранги
- •Оценка факторов
- •Метод последовательных сравнений
- •Метод парных сравнений
- •Матрица предпочтений для ранжирования с помощью парного сравнения
- •Матрица р: доля случаев, когда фактор I предпочтительнее фактора j
- •7.3 Метод Дельфи
- •Классический метод экспертных оценок Дельфи
- •Метод структуризации принятия решений
- •Показатели оценки элементов "дерева решений" на уровне подпроблем
- •Экспертные оценки целенаправленности тем научных исследований
- •7.4 Метод анализа иерархий
- •Сущность и содержание анализа иерархий
- •Средние согласованности матриц
- •Пример применения метода анализа иерархий
- •Покупка дома: матрица попарных сравнений для уровня 2, решение и согласованность
- •Покупка дома: матрицы попарных сравнений для уровня 3, решение и согласованность
- •Покупка дома: матрица глобальных приоритетов
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Часть 1. 6
- •Часть 2 187
- •Исследование систем управления
- •144003, Г. Электросталь Московской обл., ул. Тевосяна, 25.
Сбор и анализ фактов
Отождествлять факт с эмпирическим содержанием протокола эксперимента или наблюдения не всегда правомерно. Получение протокола научного наблюдения — начальный, но весьма важный и ответственный этап в деятельности исследователя. Наблюдения и эксперимент широко применяются как в естествознании, так и в общественных науках, как методы достижения фактического знания. В каждой науке разработаны многочисленные конкретные способы наблюдения и эксперимента, учитывающие специфику изучаемых предметов и явлений действительности. Так, в статистике используются не сплошные наблюдения, которые состоят из анкетного корреспондентского, монографического и выборочного способов, а выборочные наблюдения. Кроме выборочного наблюдения существует множество других способов наблюдения: например, аналитические, типологические, балансовые группировки, метод относительных показателей структуры, прироста динамики, индексы динамических рядов и т.д. Чтобы содержание протокола стало научным фактом, оно, следовательно, должно быть упорядоченным, т.е. иметь определенную статистическую вероятность. Определение этой вероятности важно для исследователя не тогда, когда теория построена, а именно в процессе ее создания.
Научный протокол — это система описаний эмпирических наблюдений, содержащая определенные выводы. Факт в этом случае выступает единичным явлением, полученным в эксперименте или наблюдаемом в естественной среде. По своему характеру такой факт представляет фиксацию единичного наблюдения о состоянии объекта, которое может быть совершенно случайным. Исследователь ставит десятки и сотни экспериментов, применяя различные методики их постановки, и только путем обработки многочисленных протоколов наблюдений, содержащих описания эмпирических данных, выводит статистическое среднее, которое и входит в систему научных знаний в качестве факта.
Применение математически обоснованных и индуктивных методов при обработке протоколов научных наблюдений позволяет произвести, до построения теории, статистико-вероятностную оценку отдельных эмпирических данных. Статистико-вероятностная природа научного факта лишает единичный факт критерия подтверждаемости: истинность теоретического положения может быть проверена только с помощью усредненных результатов множеств экспертиз. Тем самым, факт становится логичным, т.е. факт – это такое знание, достоверность которого устанавливается вне создаваемой или созданной теории.
Ни один факт не является непосредственным результатом чувственно-эсприятия: факт всегда в какой-то мере абстрактное знание. Резулътатом достижения фактического знания является описание объекта в форме определенной системы высказываний о нем.
Неполнота отражения в фактах объекта и возникающие противоречия между системой описания объекта и новыми фактами о развивающейся во времени сущности объекта порождают необходимость перехода знания - от фактического, описательного к теоретическому, объяснительному.
Понятие факта как высказывания о наблюдаемых величинах является частным, предельным случаем более широкого понимания научного факта как элемента научного знания.
Обоснованием теоретического знания выступают не факты как высказывания об эмпирически проверяемом и чувственно данном, не знание, сконцентрированное из "чистых" логических элементов, и даже не комби-наторская смесь того и другого, а нечто третье, составляющее основание всех научных построений, определяемое развитием практики и в такой же мере эмпирическое, как и абстрактное, — фактическое знание, как содержание определенных научных систем, жизненность которых установлена практикой. Инвариантность факта, в широком смысле слова, как основание научного знания является его существенным признаком. В этом признаке проявляется роль практики как критерия истины. Поэтому в само содержание факта, в широком смысле слова, практика включается как бы в трансформированном виде. Это придает фактическому знанию значение обосновывающего знания.
Предмет, обладающий бесконечным множеством свойств – внешних проявлений своей сущности, отражается неупорядоченным множеством фактов. Каждый факт отражает предмет односторонне. Научное познание не стремится развертывать бесконечные ряды фактов, а устанавливает между отдельными фактами, открытыми практикой, общие связи, которые их объединяют. Из этих связей выбираются наиболее существенные, которые характеризуют достаточно полно внутренние закономерности развития предметов.
Исследователю важно знать, в какой последовательности задавать вопросы, когда и где это делать и т.д. и т.п. — все эти ограничения помогают Основанному установлению единичных и сгруппированных фактов.
Выделение общих и специфических фактов зависит от следующих критериев:
практическая или теоретическая цель исследования (для чего изучается объект?);
предмет исследования (что именно в этом объекте нас интересует с точки зрения цели исследования?);
состояние теоретических и практических знаний, позволяющее описать, обобщить и объяснить факты в данной ситуации.
Теория в этом случае аккумулирует предшествующую социальную практику. Вместе с тем исследователю нельзя не принимать во внимание, что одни и те же явления и социальные процессы могут быть рассмотрены в разных теоретических моделях. Однако есть еще одно очень существенное ограничение: выделение общих и специфических фактов в конкретной ситуации зависит не только от цели и предмета исследования, от состояния теории, но также от профессиональной подготовки и мировоззрения исследователя.
Первоначальный этап исследования — сбор фактов. Пока фактов мало, никакие обобщения невозможны. Однако излишне долгое собирание фактов не менее тормозит исследование, чем поспешные обобщения. Факты собираются не сами по себе и не сами для себя, а для решения некоторой проблемы. Поэтому количество собранных фактов должно быть в каком-то смысле оптимальным. Оптимальность знания связана с отбрасыванием избыточной информации. Из имеющихся фактов отбираются те, которые характеризуют наиболее существенные признаки объекта с точки зрения решаемой проблемы. Это связано с оценкой информации, которую несут факты. Знание, начиная восхождение от неупорядоченного множества фактов, по мере углубления в сущность отражаемого предмета сводится к исследованию ограниченного числа существенных связей, фиксируемых мышлением в содержании определенных принципов, идей, из которых логически выводимы все многочисленные проявления предмета в форме его внешних проявлений. Фактическое постепенно преобразуется в теоретическое.
Как правило, целеполагающая деятельность человека, осваивающего новые предметы (или новые свойства), в какой-то мере опирается на скудную, но все-таки некоторую предварительную (часто имеющую предсказательный или предугадывающий характер) информацию. Она входит составным элементом в научную проблему, на основе развития которой осуществляется практическое действие и достигается фактическое знание.
Как же происходят упорядочение фактов и оценка содержащейся в них информации?
Схематически можно представить два типа упорядочения фактов в некоторые подмножества: группировка и генерализация.
Группировка осуществляется путем отбора в пределах того или иного множества таких фактов, которые содержат наибольшее количество информации и поддаются вычислению без введения для этого каких-либо добавочных правил, кроме операции непосредственного связывания одних фактов с другими по их подобию или наличию аналогичных признаков.
Допустим, мы имеем некоторую совокупность объектов X1, Х2, ..., Хn, которым приписываются определенные признаки Р1, Р2 ..., Рn. Высказывание Рi(Хi), в котором объекту приписывается признак, назовем фактом. Множество фактов М неупорядочено. Группировкой назовем такое упорядочение множества М, которое осуществляется без введения добавочных понятий и правил перехода от высказываний, содержащих эти понятия, к высказываниям факта. Следовательно, группировка фактов является непосредственным связыванием одного факта с другим.
Генерализацию как множество мыслительных операций схематически можно представить так. Пусть мы имеем неупорядоченное множество фактов М. Каждый из фактов формулируется в виде высказывания, при этом нет никакой логической связи между двумя фактами — высказываниями. Систематизация достигается выведением некоторых понятий и формулированием их посредством определенных теоретических положений, правил, при помощи которых эти положения могут быть логически связаны с определенным количеством фактов.
Теория в таком случае представляется системой описания совокупности фактов, объединенных с помощью понятий и логических операций. Образование эмпирического базиса, как основание теории, является необратимым процессом качественного преобразования фактов в процессе восхождения знаний от факта к теории.
Таким образом, качественное преобразование фактов в эмпирический оазис теории совершается двумя типами мыслительных операций:
путем систематизации фактов;
путем уплотнения фактов с помощью узловых пунктов познания.
При переходе от фактов к теории знания эмпирического уровня "поднимаются" на уровень знаний теоретических. Информация, содержащаяся в фактах, не теряется, а упоминается по мере развития знаний.
В процессе упорядочения множества фактов формулируется оптимальное отражение предмета. Факт как содержание несет в себе определенное количество информации о действительности. Эту информацию можно вычислить. Оптимальность знания всегда связана с отбрасыванием избыточной информации. Отработанные факты превращаются в эмпирический базис системы научного знания. Качественное преобразование фактов в эмпирический базис теории, осуществляемое путем упорядочивания множеств фактов, одновременно является процессом возникновения научных абст ракций, как элементов структуры теоретической системы, и функциони рованием фактов в ходе образования этой системы.
Теория опирается на множество фактов, но только незначительная часц их, соответствующим образом трансформированная, включается в структур теории. Остальная часть — весьма неопределенная область фактов, связанных с данной теорией тем или иным способом, является вне теоретической, так как она не входит в структуру теории, как замкнутой системы знаний.
Теоретическое мышление всегда опирается на огромное количество открытых практикой фактов. Но только некоторое число их превращается в эмпирический базис теории. Чтобы факты, открытые практикой, преобразовались в эмпирический базис системы получения знаний и стали ее основанием, они должны пройти путь своего качественного превращения посредством многих мыслительных операций.
В упорядоченном множестве фактов, объясняемых теорией, каждый факт является необходимым звеном, следствием теории. Это одно из важнейших в современной науке требований к теоретическим построениям, так как от того, насколько логическое соотношение элементов какой-либо системы субординировано в соответствии с объективной логикой явлений, отражаемой в этих элементах, зависит степень вероятности научного предвидения, прогнозов, которые делаются на основе этой системы. Факты, отражающие действительность во всем многообразии случайного, необходимого, существенного и несерьезного, связанные тесно с процессом практики, являются достоверным основанием теории.
Если определить систему как множество объектов с набором связей между ними и между их свойствами, объекты функционируют как единое целое. Каждый объект (подсистема, ячейка) работает для осуществления единой цели. В допустимых границах система управления объектом исследуется как единый организм, с учетом внутренних связей между отдельными элементами, внешних связей с другими системами и объектами, которая имеет свои особенности.