Новосельцев В.И. Системный анализ: современные концепции

Подождите немного. Документ загружается.

291

усиленной вертолетами огневой поддержки, поставлена задача захва-

тить населенный пункт «О». Первый мотострелковый (мсб) и второй

танковый (тб) батальоны пятой мбр «синих» находятся на марше и

приближаются к зонам действий минометных и противотанковых

средств «зеленых». Вертолеты огневой поддержки «синих» вошли в

зону действия зенитных ракет «зеленых».

Введем обозначения. Понятия-классы: v

– мсб, v

– «синие», v

– на-

селенный пункт, v

– мбр, v

– «зеленые», v

– вертолеты огневой под-

держки, v

– тб, v

– марш (движение), v

– зона действия противотан-

ковых средств, v

– зона действия зенитных ракет, v

– зона действия

минометных средств, v

– мпб. Имена: i

– «10», i

– «О», i

– «5», i

–

«1», i

– «2». Отношения: r

– «иметь имя», r

–«находиться на (в)», r

–

«быть средством усиления», r

– «приближаться к», r

– «принадлежать

к классу», r

– «одновременно», r

– «оборонять», r

– «захватывать».

Тогда с учетом введенных обозначений рассматриваемая ситуация мо-

жет быть описана выражением:

S(t) = ((v

)(v

)) & ((v

)(v

)

)) & (((v

) (v

)(v

)) r

((v

)(v

)

)(v

))) r

Использование подобных структур исключает неоднозначность по-

нимания описываемых ситуаций (характерное для естественного язы-

ка). Они «понятны» компьютеру, то есть могут легко записываться,

храниться и обрабатываться, образуя базу предметных знаний. Такие

тексты допускают формальные преобразования своих конструкций, в

соответствии с грамматикой данного языка, что позволяет выводить

новые понятия и обобщать ситуации (разделять множество ситуаций

на подмножества-классы).

Обобщение ситуаций. При наличии обозримого множества ситуа-

ций {S(t)} можно было бы поставить каждой из них соответствующее

решение. Однако в практически интересных случаях мощность множе-

ства {S(t)} настолько велика, что нет никакой надежды на сопоставле-

ние «ситуация – решение». Одним из способов уменьшения количества

ситуаций является их обобщение. Именно поэтому проблема обобще-

ния ситуаций является центральной в ситуационном поиске решений.

В настоящее время практическое применение нашли три способа

обобщения ситуаций. Самым простым из них является обобщение по

именам: к одному классу ситуаций относятся все ситуации, описание

292

которых отличается лишь именами, стоящими на определенных мес-

тах, и которые требуют при своем возникновении однотипных реше-

ний. Вторым способом обобщения ситуаций является формирование

функций принадлежности к классу ситуаций на основе значений при-

знаков {π}, которые рассматриваются как лингвистические перемен-

ные с соответствующими функциями принадлежности. С использова-

нием операций над функциями принадлежности строятся нечеткие ал-

горитмы распознавания типов ситуаций. Третьим способом является

обобщение ситуаций по структуре отношений, которыми они описы-

ваются. Суть этого способа сводится к выделению в формализованных

описаниях ситуаций, некоторых типовых структур (фреймов), которы-

ми и определяются обобщенные ситуации. Пример такого способа

формирования обобщенных ситуаций (понятий) рассматривался в раз-

деле 9.3 при описании языка семантических сетей. Следует отметить,

что в ситуационном поиске решений именно этот способ обобщения

оказался наиболее продуктивным.

В общем случае обобщение ситуаций можно представить в виде

многослойной структуры, между слоями которой имеются связи, ука-

зывающие переход от более мелких описаний к более крупным. Эти

связи устанавливаются согласно изложенным способами обобщения и

взвешиваются оценками Oj, значения которых в процессе обучения

модели вводятся пользователем.

Выбор решений в ситуационных моделях осуществляется с помо-

щью специальных корреляционных правил (или правил вывода),

имеющих в простейшем случае следующий вид: S

(t) ⇒ p

. Смысл это-

го правила состоит в том, что при наличии ситуации S

(t) необходимо

принять решение p

. В частности, для рассмотренного выше примера

можно ввести корреляционное правило: (v

) ⇒ p

, которое озна-

чает, что при наличии в описании исходной ситуации структуры,

стоящей в левой части правила или ее эквивалента (с точностью до

формальных преобразований, допускаемых грамматикой данного язы-

ка), необходимо принять решение р

. В том случае если р

означает от-

крыть огонь зенитными ракетами, то на естественном языке введенное

корреляционное правило читается следующим образом: если вертоле-

ты огневой поддержки «синих» вошли в зону действия зенитных ракет

«зеленых», то зенитному взводу необходимо дать команду на открытие

огня. Корреляционные правила вводятся в модель на этапе обучения и

в совокупности образуют базу ее процедурных знаний. Помимо пред-

писывающих, возможно использование рекомендующих (если S

(t), то

293

лучше p

, но можно р

или р

) и запрещающих корреляционных правил

(если S

(t), то нельзя р

, р

,…, р

), а также их комбинаций.

Функциональная схема процедуры, реализующей метод

ситуационного поиска решений, приведена на рис. 10.4.

Ее операционная часть включает в себя блоки описания ситуаций,

обобщения ситуаций, выбора решений, экстраполяции и реализации

решения. Когда обучение закончено, функционирование такой проце-

дуры состоит в следующем. На ее вход поступает словесное описание

текущей ситуации. В блоке описания ситуаций производится форми-

рование текстов, представляющих эту ситуацию на языке ситуацион-

ного управления. Далее в блоке обобщения ситуаций с использованием

имеющихся в нем правил производится выделение ситуаций-классов.

Для выделенного класса в блоке выбора решений подбирается соответ-

ствующее корреляционное правило, на основании которого в блоке

реализации решений формируются необходимые управляющие воз-

действия. Результат реализации вместе с принятым решением служит

для дальнейшего (никогда не прекращающегося) процесса обучения.

Если в процессе функционирования процедуры встречается ситуация,

которую невозможно классифицировать или для выделенного класса-

ситуации отсутствует корреляционное правило, то происходит обра-

щение к блоку экстраполяции, где производится уточнение и детализа-

ция параметров ситуации, а также формирование дополнительных

корреляционных правил.

Рис. 10.4. Функциональная схема процедуры ситуационного поиска решений.

Блок

описания

ситуаций

База процедурных

знаний

Блок экстраполяции

Блок

обобще-

ния ситуа-

ций

Блок

реализа-

ции реше-

ний

Блок

выбора

решений

База предметных знаний

ПОЛЬЗОВА-

ТЕЛЬ

294

Глава 11. Логико-лингвистическое моделирование

организационно-управленческих структур.

Первые успешные опыты логико-лингвистического моделирования

связаны с проектированием интеллектуальных систем типа интеграль-

ных роботов. Позднее такие модели стали использоваться для автома-

тизации управления технологическими, техническими, производствен-

ными, организационными и другими процессами, в которых качест-

венные характеристики и критерии играли решающую роль. В настоя-

щее время в связи с развитием компьютерных технологий логико-

лингвистическое моделирование все шире внедряется в практику науч-

ных исследований, а именно в те области, где объекты изучения харак-

теризуются слабо формализуемыми и зачастую противоречивыми це-

лями функционирования, конфликтными и многоаспектными взаимо-

отношениями, сильным влиянием человеческого фактора с преимуще-

ственно понятийными описаниями ситуаций принятия решений. Ти-

пичными примерами таких объектов являются организационно-

управленческие структуры.

11.1.ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАЧИ

В практике системных исследований необходимость моделирования органи-

зационно-управленческих структур возникает при изучении вопросов

повышения качества управления экономическими, производственны-

ми, технологическими и другими процессами. Цель моделирования со-

стоит в выявлении причин низкого или недостаточного качества

управления и в обосновании предложений по совершенствованию ор-

ганизационно-управленческих структур (сокращению управленческого

персонала, перераспределению функций между должностными лица-

ми, уточнению порядка их работы, закреплению новых функциональ-

ных обязанностей и т.п.). Помимо этого, моделирование структур рас-

сматривается как необходимый подготовительный этап комплексной

автоматизации управленческой деятельности. Важность такого этапа

очевидна – нельзя автоматизировать беспорядок.

Будем исходить из того, что управление представляет собой компо-

зицию трех взаимосвязанных процессов: 1) творческого процесса при-

нятия управленческих решений; 2) рутинного процесса подготовки

решений (добывания, сбора, накопления и технической обработки ин-

формации, необходимой для того, чтобы принять рациональное реше-

ние); 3) процесса совершения исполнительных действий по реализации

принятых решений. Очевидно, что ведущая роль принадлежит первому

295

процессу, так как именно им определяется порядок и алгоритм работы

должностных лиц, диктуются требования к их квалификации, устанав-

ливаются требования к информационным и техническим средствам

управления, а также к математико-программному обеспечению. По-

этому представляется целесообразным начинать изучение процессов

управления с анализа системы решений.

В ходе управления должны быть приняты решения, определяющие

основные характеристики предстоящих действий подчиненных: цели

действий, объекты воздействия, время совершения действий, ресурсы,

необходимые для совершения действий и т.д. Эти решения докумен-

тально оформляются в виде планов, которые утверждаются соответст-

вующими начальниками. После этого отдаются распоряжения, которые

доводятся до подчиненных и служат основой для подготовки и совер-

шения исполнительных действий. Действия изменяют состояние

управляемого процесса, что фиксируется системой управления и слу-

жит основанием для корректировки ранее принятых решений, затем

цикл управления повторяется.

Между исполнительными действиями объективно существуют связи

взаимного влияния, обусловленные тем, что они опираются на общие

или пересекающиеся ресурсы (людские, энергетические, пространст-

венные, радиочастотные, технологические и т.п.).

Наглядной иллюстрацией связанности исполнительных действий могут слу-

жить военные операции. Так, например, не согласовав по времени действия мо-

тострелковых и артиллерийских подразделений в ходе прорыва обороны про-

тивника, можно получить отрицательный эффект, сорвав атаку. Точно рассчи-

тав по времени и объектам воздействия мероприятия по уничтожению пунктов

управления и радиоэлектронному подавлению размещенных на них средств

связи, можно существенно повысить степень дезорганизации управления вой-

сками противника, то есть получить дополнительный положительный эффект.

Рассогласованные по целям, месту и ресурсам мероприятия по инженерному

обеспечению боевых действий и оперативной маскировке войск, как правило,

нейтрализуют положительные эффекты каждого из этих мероприятий. Конеч-

но, этими очевидными примерами не исчерпываются все связи между дейст-

виями сил и средств в военных операциях, но уже из них следует, что высокая

эффективность боевых действий в целом может быть достигнута только в том

случае, если при определении задач подчиненным будут учтены все сущест-

венные связи взаимного влияния. В противном случае может оказаться, что эф-

фективные по отдельности действия в совокупности не только не будут содей-

ствовать достижению общей цели операции, но и окажут вредное влияние друг

на друга.

Сказанное позволяет сформулировать первое свойство системы ре-

296

шений: решения, принимаемые в органах управления, связаны друг с

другом и, следовательно, должны приниматься не раздельно, а с уче-

том связанности соответствующих исполнительных действий.

Следующее свойство системы решений можно назвать структурной

вложенностью. Это свойство выражается в том, что все решения при-

нимаются не одним организационным элементом, а распределены ме-

жду многими элементами, составляющими многоуровневую структуру

системы управления. Структурная вложенность порождает дополни-

тельные отношения в системе решений, например такие, как: отноше-

ние старшинства – из двух решений старше то, которое принимает на-

чальник более высокого ранга; отношение санкционирования – согла-

сованные на нижних уровнях решения должны быть утверждены

(санкционированы) начальником и т.п. Отсюда вытекает необходи-

мость так распределить решения между элементами органа управле-

ния, чтобы, с одной стороны, это не противоречило установленным от-

ношениям старшинства между этими элементами, а с другой – не на-

рушало бы связей между решениями, обусловленных их сущностью.

Другим свойством системы решений является ее многоцелевой ха-

рактер с не всегда согласующимися целями отдельных решений.

Это свойство системы решений проиллюстрируем на примерах из военной

области. Каждый начальник, принимая решение на применение подчиненных

ему сил и средств, прежде всего преследует цели наилучшего их использования

по прямому функциональному назначению. Эти цели весьма разнородны (на-

пример, поражение сил и средств противника, обеспечение огня артиллерии,

поддержание устойчивой радиосвязи, подавление радиоэлектронных средств

противника и т.д.), а соответствующие функциональные интересы входят не-

редко в противоречие. Так, например, почти всегда обстоит дело в плане элек-

тромагнитной совместимости радиоэлектронных средств в группировках войск

(для обеспечения устойчивой работы радиоэлектронным средствам нужна мак-

симальная свобода маневра частотами, но это влечет за собой электромагнит-

ную несовместимость с соседними радиоэлектронными средствами). Часто

требования по оперативной маскировке затрудняют выполнение задач танко-

вым и мотострелковым подразделениями, вынуждая их занимать исходные

районы, не удобные для атаки. Перечень подобных конфликтных ситуаций

можно было бы продолжить. Важно отметить, что это свойство системы реше-

ний является принципиальным и обусловлено наличием у подчиненных опре-

деленной самостоятельности при выборе решений на применение и функцио-

нирование своих сил и средств. Не только исключение, но ущемление такой са-

мостоятельности весьма опасно, так как сопровождается снятием ответственно-

сти с подчиненных за выполнение своего функционального предназначения

(ведение эффективного огня, обеспечение устойчивого управления и т.п.).

Конфликтный многоцелевой характер системы решений приводит к

297

тому, что образующие ее решения разделяются на три типа: управ-

ляющие, согласующие и координирующие. Управляющие решения (а

именно о них шла речь выше) принимаются по отношению к непо-

средственно подчиненным и определяют область допустимых характе-

ристик их действий. Согласующие и координирующие решения фор-

мально не имеют прямого отношения к исполнительным действиям,

они направлены на изменение (уточнение) области допустимых значе-

ний управляющих решений с целью устранения возможных вредных

связей и усиления полезных связей в интересах обеспечения наиболь-

шей эффективности всей системы. Различие между ними состоит в

следующем. Согласующие решения принимаются либо элементами

одного уровня иерархии (один из которых является инициатором со-

гласования), либо элементами различных уровней по указанию стар-

шего начальника. Принятие же координирующих решений всегда яв-

ляется прерогативой старшего начальника. В итоге, система решений

принимает разнородную многосвязную структуру, в которой управ-

ляющие решения оказываются связанными между собой посредством

согласующих и координирующих решений. Причем состав последних

определяется характером связей между действиями подчиненных. В

частности, если связи между некоторыми действиями не релевантные,

то соответствующие этим действиям управляющие решения не связа-

ны, и по отношению к ним не требуется принятия координирующего

(согласующего) решения. Кроме, того, содержание координирующих

(согласующих) решений в полной мере зависит от характера связей

между действиями. Так, если между некоторыми действиями имеется

конфликтная связь, например, вследствие общности используемого ре-

сурса, то содержанием координирующего (согласующего) решения бу-

дет рациональное распределение этого ресурса.

Таким образом, видно, что система решений представляет собой

многосвязную, многоцелевую, иерархическую структуру, разнородные

компоненты которой специальным образом распределены между орга-

низационными элементами системы управления. Моделирование такой

структуры связано с решением следующих задач (рис. 11.1).

Первая задача состоит в разработке способа формализованного опи-

сания исполнительных действий, поскольку именно связи между ними

определяют состав и структуру системы решений. Основное требова-

ние к такому описанию заключается в однозначной идентификации

действий. Другими словами, необходимо установить такие характери-

стики действий, которые однозначно определяли бы все возможные

298

действия и одновременно позволяли выявлять потенциальные связи

между ними. Вторая задача заключается в разработке формализованно-

го аппарата выявления потенциальных связей между исполнительными

действиями. При ее решении необходимо, прежде всего, формализо-

вать собственно понятие связи между действиями, а также установить

правила, позволяющие выявить наличие (отсутствие) потенциальной

связи между ними. Такие правила должны опираться на введенные при

решении первой задачи характе-

ристики исполнительных дейст-

вий, оперировать их значениями

и обеспечивать возможность по-

следующей классификации вы-

явленных связей. Следующие

две задачи тесно взаимосвязаны.

Третья задача состоит в класси-

фикации выявленных связей с

детализацией, позволяющей за-

дать правила определения соста-

ва управляющих, согласующих и

координирующих решений, а

также распределения этих реше-

ний между организационными

элементами системы управле-

ния. Естественно, что произвести

классификацию связей невоз-

можно без знания правил фор-

мирования системы решений

(результатов решения четвертой

задачи). В то же время для раз-

работки правил формирования

системы решений необходимо

знать как признаки классифика-

ции связей, так и результаты

этой операции. Получается

замкнутый круг, выходом из ко-

торого является итерационное решение третьей и четвертой задач. Пя-

тая задача – обобщенная. Она заключается в определении рациональ-

ной структуры системы управления в ее динамике. Будем считать, что

структура системы управления рациональна, если при фиксированном

Рис. 11.1. Задачи моделирования структур

систем управления.

1. ОПИСАНИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬ-

НЫХ ДЕЙСТВИЙ

2. ВЫЯВЛЕНИЕ СВЯЗЕЙ МЕЖ-

ДУ ДЕЙСТВИЯМИ

3. КЛАССИФИКАЦИЯ

ВЫЯВЛЕННЫХ СВЯЗЕЙ

4. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУ-

РЫ СИСТЕМЫ РЕШЕНИЙ

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИО-

НАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ

УПРАВЛЕНИЯ

ЕСТЬ

НЕТ

СУ

≥ Т

КР

СУ

< Т

КР

РАЦИОНАЛЬНАЯ

СТРУКТУРА УПРАВЛЕНИЯ

ВЫЯВЛЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ

ПРОТИВОРЕЧИЙ

ОЦЕНКА ОПЕРАТИВНОСТИ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОТИВОРЕЧИЯ

299

качестве управленческих решений (обеспечиваемым квалификацией

должностных лиц и характеристиками технических средств управле-

ния) время реакции системы управления (Т

СУ

) меньше некоторого кри-

тического значения (Т

КР

), которое определяется внешними условиями

и характером решаемых задач. Время реакции системы управления

складывается из пяти компонентов:

СУ

= Т

# Т

, (11.1)

где Т

– время, затрачиваемое на добывание, сбор и обработку ин-

формации, необходимой для принятия решения, а также собственно на

принятие решения, Т

– время, затрачиваемое системой управления на

устранение беспорядка в своей структуре, то есть на выявление и уст-

ранение структурных противоречий, мешающих системе выполнять

свои управляющие функции; Т

– время, необходимое для согласова-

ния и координации принимаемых решений, Т

– время доведения ко-

манд и распоряжений до исполнителей, Т

– время исполнения реше-

ний, # – символ условного суммирования, означающий сложение по

алгоритму, то есть с учетом того, что ряд операций осуществляется па-

раллельно и неоднократно.

Из (11.1) следует, что для того, чтобы оценить время реакции систе-

мы управления, необходимо предварительно выявить и устранить

структурные противоречия, которые могут мешать ее нормальному

функционированию. Формально решение такой задачи сводится к про-

верке структуры системы решений на соответствие некоторым, заранее

сформированным правилам, выполнение которых гарантирует прин-

ципиальную работоспособность системы управления. Например, при-

нимать решение по данному вопросу должен только один элемент

(должностное лицо), которому и предоставляется это право. Наруше-

ние этого правила свидетельствует о дублировании управленческих

функций со всеми вытекающими из этого последствиями. В системе

управления могут присутствовать и такие отношения, которые затруд-

няют ее работу. Например, подготовка предложений по какому-либо

вопросу может быть поручена нескольким подчиненным, что хотя и не

влияет на работоспособность системы, однако может привести к неже-

лательным конфликтам. Но такое дублирование может быть организо-

вано и сознательно. В любом случае выявленные противоречия долж-

ны стать предметом рассмотрения. При необходимости их нужно уст-

ранить, после чего можно гарантировать потенциальную работоспо-

собность системы управления и переходить к оценке ее оперативности

по времени реакции Т

СУ

300

Таким образом, общая задача моделирования управленческих струк-

тур сводится к решению пяти частных задач, направленных на обосно-

вание внутренне непротиворечивой структуры системы управления,

удовлетворяющей требованиям оперативности.

Их решение связано

со следующими методическими проблемами. Первая проблема заклю-

чается в формализации структуры и динамики системы решений, то

есть в разработке таких способов описания отношений между реше-

ниями, которые позволяли бы производить их многоаспектный анализ

как в статике, так и в динамике процесса управления. Вторая проблема

состоит в формулировании правил, соблюдение которых обеспечивает

нормальную работу системы управления. Ясно, что эта проблема не

имеет теоретического решения, то есть должна решаться на основе

обобщения опыта управленческой деятельности. Третья проблема за-

ключается в разработке формальной процедуры, позволяющей сопос-

тавить структуру системы решений с требованиями, вытекающими из

сформулированных правил. Заметим, что при формулировании част-

ных задач мы следовали основной концепции системного анализа: изу-

чать и моделировать процессы не в их гармонии и строгой логичности,

а такими, какими они являются в реальности, со всеми беспорядками,

противоречиями и алогичностями.

11.2. БАЗОВАЯ СЕМАНТИКА

Для логико-лингвистического моделирования организационно-

управленческих структур необходимо задать базовые аксиомы, отра-

жающие исходные представления о моделируемом объекте, и устано-

вить базовые правила вывода, обеспечивающие при заданных аксио-

мах вывод всех истинных утверждений. Аксиомы и правила вывода

образуют базовую семантику модели, которая используется лишь при

отладке ее алгоритмов и на начальных этапах моделирования. В даль-

нейшем она пополняется и корректируется, что определено концепци-

ей системного гомеостатического моделирования. Следуя схеме рис

11.1 разработку базовой семантики проведем по таким разделам: опи-

сание действий и выявление связей между ними; классификация выяв-

ленных связей; формирование системы управляющих, согласующих,

координирующих решений; выявление структурных противоречий в

системе управления.

Помимо оперативности, к системам управления могут предъявляться и другие требования, в

частности, по устойчивости, скрытности, мобильности, стоимости, эксплуатационной надежно-

сти и готовности. В связи с демонстрационным характером материалов вопросы обоснования

управленческих структур с этих позиций здесь не рассматриваются.