9.5 Принятие решений в проектировании

Процесс проектирования – многоэтапная итеративная последовательность действий, по результатам которых проектантом (или группой) принимаются проектные решения.

Основные фазы работ при принятии решений – постановка задачи, анализ информационной ситуации, выбор метода и принятие решения, анализ результата.

Особенность принятия решения в процессе проектирования – интерактивность, т.е. возврат на ранние стадии с целью корректировки модели системы, внесения изменений в постановку задачи и т.п.

Процесс принятия решений можно представить как процесс выбора альтернатив (вариантов действий), в результате которого исходное множество сужается. Сужение множества альтернатив возможно, если имеется способ сравнения альтернатив между собой и определения наиболее предпочтительных.

Принятие решения является действием, придающим проектированию целенаправленность – подчиненность всей деятельности определенной цели или совокупности целей.

Считается, что множество альтернатив и цели, ради которых производится выбор, определены.

Проблема принятия решений нетривиальна, ее математическая постановка во многом зависит от конкретной ситуации.

Множество альтернатив может быть счетным дискретным (конечным или бесконечным), непрерывным.

Оценка альтернативы может осуществляться по одному или нескольким критериям, которые могут иметь количественный или качественный характер.

Режим выбора может быть однократным или повторяющимся, допускаемым обучение на опыте.

Последствия выбора могут быть точно известны – выбор в условиях определенности, иметь вероятностный характер, когда известны вероятности возможных исходов выбора, или иметь неоднозначный исход, не допускающий введения вероятностей – выбор в условиях неопределенности.

Различные сочетания перечисленных вариантов приводят к многообразию задач выбора, которые изучены не в одинаковой степени. Различные постановки приводят к различным методам решения и к привлечению различных теорий (теории оптимизации, вариационного исчисления, математической статистики, исследования операций - математического программирования, теории игр, и т.д.).

Проблема выбора состоит в том, чтобы в исходном множестве найти наилучшие в заданных условиях, т.е. оптимальные альтернативы. Наилучшие – значит известен критерий (критерии) сравнения вариантов, способ сравнения вариантов и нахождения лучшего из них. При этом важно учесть условия, ограничения, так как их изменения могут привести к тому, что наилучшим окажется другой вариант.

Практика проектирования требует осторожного подхода к оптимизации.

Многие задачи проектирования трудно достаточно хорошо формализовать и свести к математическим моделям, позволяющим ставить и решать оптимизационные задачи.

Оптимальные решения часто бывают неустойчивыми. Их сильная чувствительность к незначительным изменениям в условиях задачи, неоднозначность постановки многокритериальных задач могут привести к выбору существенно отличающихся альтернатив.

Критерии характеризуют цель лишь косвенно и всегда приближенно. Критерий не всегда четко может отображать цель - фактически критерий и цель соотносятся между собой как модель и оригинал (количественный критерий является суррогатом цели). Многие цели трудно или даже невозможно количественно описать.

Предположение, что принятые критерии достаточно хорошо отображают поставленную цель, необходимость рассмотрения системы как элемента системы более высокого уровня, приводит к необходимости увязывания критериев подсистем с критериями системы, что часто делает ненужной локальную оптимизацию и достаточно сложной общую оптимизацию.

Ограничения и условия применения имеют не менее важную роль, чем критерии. Задание всех ограничений и условий применения практически нереально – в результате может быть выбран или неоптимальный вариант, или могут быть получены непредвиденные или нежелательные эффекты.

В конечном счете, вопрос стоит не в том, как оптимизировать, а в том, нужно ли вообще оптимизировать, и, если оптимизировать, то что.

Результаты оптимизации следует рассматривать как предварительные, предоставляющие вспомогательные данные для принятия решения о дальнейшем анализе и, возможно, постановке новой задачи оптимизации.

Два типа схемы решения задач – формализованные (формально-логические) и неформализованные (интеллектуально-логические).

Процедура (операция) считается формализованной, если определена и однозначно понимается последовательность элементарных действий по ее реализации. Формализация предполагает возможность многократного повторения процедуры (неуникальность), пригодность для множества исходных данных (вариативность входов), возможность формального представления последовательности действий и фиксации его на каком либо носителе (ЭВМ).

В формализованных задачах выбор схемы решения четко задается проектантом в виде программы.

Неформализованные действия осуществляются с использованием интуиции (неполное осознание аргументов и приемов выбора действия). Примеры неформализованных действий – выбор метода решения, декомпозиция, формирование структуры, анализ результатов и т.п.

Чаще всего в процессе проектирования применяется сочетание формализованных и неформализованных действий с использованием САПР.

В зависимости от степени формализации различаются задачи:

- множество альтернатив определено, принцип выбора формализован, и результаты его применения не зависят от субъективных условий (задача оптимального выбора);

- множество альтернатив определено, но принцип выбора не формализован, и результаты выбора зависят от того, кто и на основе какой информации его делает;

- множество альтернатив не определено (может дополняться и видоизменяться), принцип выбора не формализован (разные субъекты могут выбирать разные альтернативы).

В формализованных задачах выбор схемы решения жестко задается программой, составленной проектантом. Это обычно стандартные операции.

Построение интеллектуально-логических схем решения проектных задач связано с принятием проектных решений, основанных на логическом представлении задачи с использованием формализованных компонентов интеллектуальной деятельности. Это выражается в использовании ряда приемов: организация итеративного решения набора формализованных задач – начальное решение одной или нескольких формализованных задач, экспертный анализ решения, формирование измененных множеств альтернатив и принципов выбора, новое решение набора задач и т.п. до получения удовлетворительного результата.

Практические пути решения не полностью определенных задач состоят в использовании ряда задач с фиксированным, но меняющимся от задачи к задаче множеством альтернатив и фиксированным принципом выбора.

Принцип выбора может допускать участие экспертов, каждый из которых может порождать свое множество альтернатив и принципы выбора. В любом случае основой задачи выбора является сведение ее к множеству формализованных задач и организации их сравнения.

Организация решения предполагает: декомпозицию альтернатив на свойства, удобные для сравнения; ранжирование этих свойств; выбор числовых характеристик свойств (критериев); выбор экспертных процедур для оценки свойств. принятие решения.

К организации принятия решения привлекаются следующие виды специалистов:

Лицо, принимающее решение (ЛПР) – полностью отвечает за решение задачи. ЛПР организовывает решение задачи по этапам и единолично принимает окончательное решение.

Консультанты (помощники) ЛПР. Участвуют в организации решения (с привлечением специалистов по системному анализу), обсуждают результаты (в качестве назначенных ЛПР защитников или оппонентов).

Эксперты – в заданных жестко ограниченных рамках производят оценку, сравнение, ранжирование представленных им на экспертизу отдельных сторон альтернатив.

Специалисты по использованию технических средств (постановка задач на ЭВМ, выбор методов решения задач, организация баз данных), специалисты по системному анализу (организация процедуры принятия решения).

Общий язык, на котором описывается выбор – язык бинарных отношений. Его общность основана на том, что в реальности дать оценку отдельно взятой альтернативе часто затруднительно или невозможно. Однако, если рассматривать ее не в отдельности, а в паре с другой альтернативой, то находятся основания сказать, какая из них наиболее предпочтительна.

Основные предположения при этом сводятся к следующему:

- отдельная альтернатива не оценивается, т.е. критериальная функция не вводится;

- для каждой пары альтернатив некоторым образом можно установить, что одна из них предпочтительнее другой либо они равноценны или несравнимы;

- отношения предпочтения внутри любой пары альтернатив не зависит от остальных альтернатив, предъявленных к выбору.