Новосельцев В.И. Системный анализ: современные концепции

Подождите немного. Документ загружается.

301

Описание действий и выявление связей между ними. Будем счи-

тать, что действия связаны, если изменение характеристик одного дей-

ствия приводит к изменению характеристик другого действия. Следо-

вательно, для выявления связей между действиями необходимо, во-

первых, установить характеристики действий, то есть задать набор

лингвистических переменных, которые однозначно описывают (иден-

тифицируют) каждое действие, и, во-вторых, определить условия, при

которых изменение характеристик одного действия может привести к

изменению характеристик другого действия.

Аксиома I (A.I). Действие идентифицируется фреймом, ролями кото-

рого являются лингвистические переменные: 〈 цель действия〉 , 〈 объ-

ект воздействия〉 , 〈 источник действия〉 , 〈 время свершения действия〉 ,

〈 ресурс, необходимый для совершения действия〉 .

Истинность этой аксиомы, как и любой другой, доказать невозмож-

но. Высказанное утверждение может быть недостаточным для адекват-

ного описания действий с учетом специфики исследуемой проблемной

ситуации. В этом случае необходимо дополнить фрейм новыми роля-

ми, то есть провести дополнительную детализацию характеристик дей-

ствий. Так, например, можно ввести роли 〈 способ действия〉 и 〈 место

совершения действия〉 , как это делалось при рассмотрении методов

поиска решений на семантических сетях. Возможность изменения и

модификации аксиом должна быть заложена в алгоритмы логико-

лингвистической модели. То же самое положение распространяется и

на правила вывода.

Пусть некоторые действия описаны в виде значений указанных пе-

ременных. Тогда естественными условиями, при которых изменение

характеристик одного действия может привести к изменению характе-

ристик другого действия, являются факты совпадения или пересечения

(частичного совпадения) значений переменных, определяющих харак-

теристики действий. Исходя из этого, можно сформулировать следую-

щие правила вывода, определяющие условия потенциальной связи ме-

жду действиями (Р

а) действия связаны по объекту, если они имеют один и тот же объ-

ект воздействия или направлены на разные объекты, являющиеся яв-

ляются частью одного объекта (P

1.1

);

б) действия связаны по источнику, если они имеют один и тот же ис-

точник действия или их источники являются частью одного источника

(Р

1.2

);

в) действия связаны по ресурсу, если они совершаются с использова-

302

нием общего ресурса или ресурсы имеют общую часть (Р

1.4

);

г) действия связаны по цели, если их цели совпадают или являются

непосредственно подцелями одной, более общей цели (Р

1.4

);

д) действия связаны по времени, если совпадают моменты их начала

и/или окончания или пересекаются временные интервалы совершения

действий (Р

1.5

);

е) действия потенциально связаны, если (P

1.1

), или (Р

1.2

), или (Р

1.4

или (Р

1.4

), или (Р

1.5

Классификация связей. Классификация выявленных связей между

действиями должна быть проведена по таким признакам, чтобы обес-

печивалась возможность обоснования состава управляющих, согла-

сующих и координирующих решений, а также их распределения меж-

ду организационными элементами органа управления. Иными словами,

в результате классификации должны быть получены данные, которые

позволяют сформулировать правила генерации согласующих (коорди-

нирующих) решений и правила их распределения между организаци-

онными элементами.

В процессе итеративного поиска оказалось, что достижение такой

цели возможно при классификации связей между действиями по сле-

дующим признакам: степени влияния действий друг на друга (П

), на-

правленности влияния (П

), важности связей (П

) и характеру влияния

связей на результаты действий (П

). Тогда можно сформулировать сле-

дующую базовую аксиому.

Аксиома 2 (А.2). Связь между действиями описывается фреймом, ро-

лями которого являются лингвистические переменные П

, П

, и П

принимающие следующие значения: П

= 〈 релевантная〉 или 〈 нереле-

вантная〉 ; П

= 〈 взаимная〉 или 〈 односторонняя〉 ; П

= 〈 очень важ-

ная〉 , или 〈 важная〉 , или 〈 не очень важная〉 , или 〈 неважная〉 ; П

〈 полезная〉 , или 〈 вредная〉 , или 〈 нейтральная〉 .

Сформулируем возможные правила вывода (Р

), которые позволят

определить значений указанных лингвистических переменных.

2.1

– связь релевантная, если хотя бы одно из связанных действий

оказывает существенное влияние на результат другого действия.

Существенность влияния оценивается качественной мерой, кванти-

фицируемой, например, следующим образом: нет результата, слабый

результат, средний результат, сильный результат, максимальный ре-

зультат. Для качественной оценки существенности задаются функции

принадлежности, определяющие зависимость степени достижения ре-

зультата одного действия от другого, и по правилу: связь между двумя

303

действиями релевантная, если изменение результата одного действия

на квант приводит к изменению результата другого действия не менее

чем на квант.

2.2

– связь взаимная, если действия оказывают влияние на результа-

ты друг друга, и односторонняя, если одно действие влияет на резуль-

тат другого, а обратное влияние не наблюдается или оно несуществен-

но в данной ситуации.

2.3

– важность связи соответствует максимальной важности взаи-

мосвязанных действий. Например, если действие D

, связанное с дей-

ствием D

, относится к важным действиям, a D

– к неважным действи-

ям, то связь между D

и D

– важная.

Важность действий устанавливается для конкретных условий. Так,

например, если речь идет об этапе боевой операции, то возможна такая

содержательная трактовка важности действий:

очень важные – действия по дезорганизации систем управления про-

тивника на направлении главного удара;

важные – действия по обеспечению устойчивости управления свои-

ми войсками первого эшелона;

не очень важные – действия по защите группировки войск второго

эшелона от ударов авиации противника;

неважные – действия по дезорганизации радионавигационных сис-

тем противника на направлении второго удара.

2.4

– связь полезная (для источника действий), если она способству-

ет достижению цели его действия, связь вредная, если она может пре-

пятствовать ему достичь поставленной цели, и нейтральная, если дос-

тижение цели данного действия не зависит от связанности с другим

действием. Например, пусть цель действия D

состоит в максимизации

эффективности, то есть в достижении максимального результата, и без

связи с D

результат D

оценивается как «средний». Тогда, если при на-

личии связи между D

и D

результат оценивается как «сильный», то

связь считается полезной, а если результат оценивается как «слабый»,

то связь признается вредной.

Формирование управляющих, согласующих и координирующих

решений будем проводить согласно следующим правилам.

3.1

– каждому действию должно соответствовать управляющее ре-

шение, причем только одно.

3.2

– принятие управляющего решения на совершение действия

должно входить в функцию начальника, которому непосредственно

подчинен исполнитель, совершающий данное действие.

304

3.3

– связанные управляющие решения должны быть согласованы

(принято решение по их согласованию), если связи «не очень важные»

или «неважные».

3.4

– если связь односторонняя, то инициатором согласования явля-

ется организационный элемент, принимающий управляющее решение

по действию, результат которого зависит от связанного с ним действия;

3.5

– если связь двусторонняя и вредная только для одного органи-

зационного элемента, то он должен являться инициатором согласова-

ния.

3.6

– если связь двусторонняя, то инициатором согласования явля-

ется элемент, действия которого имеют наибольшую важность.

3.7

– связанные управляющие решения должны быть скоординиро-

ваны (принято координирующее решение), если связи «очень важные»

или «важные».

3.8

– при наличии общего непосредственного начальника принятие

координирующих решений должно входить в его функции.

3.9

– при отсутствии общего непосредственного начальника приня-

тие координирующего решения должно входить в функцию ближай-

шего прямого начальника.

Выявление структурных противоречий. Пусть для некоторой сис-

темы известен полный перечень управленческих решений, которые не-

обходимо принять, чтобы достичь определенных целей. Будем считать,

что формальная задача управления состоит в выполнении операций,

переводящих каждый элемент системы решений из некоторого на-

чального состояния в некоторое конечное состояние. Естественно, что

конечным будет состояние «решение утверждено» («санкционирова-

но»), которое обозначим символом F

. Начальным является состояние,

фиксирующее необходимость принятия решения по данному вопросу,

чему может соответствовать, например, такое выражение: обстановка

назрела, требуется принять решение, которое обозначим 1. Между 1 и

предлагается ввести следующую иерархию промежуточных состоя-

ний: 2 – отдано распоряжение на подготовку решения; 3 – предложения

по решению подготовлены; 4 – предложения согласованы; 5 – предло-

жения рассмотрены; F – решение принято предварительно; F

–

решение принято.

Возможны три способа перевода решений из начального в конечное

состояние, соответствующие известным способам планирования: свер-

ху-вниз, когда сначала принимается старшее решение, а затем последо-

вательно по ступеням иерархии остальные решения; снизу-вверх – по-

305

следовательность, обратная предыдущей последовательности; снизу-

вверх, а затем сверху-вниз, то есть компромисс между двумя первыми

способами, разумно сочетающий требования централизации и децен-

трализации (этот способ в дальнейшем и рассматривается).

С учетом сказанного можно сформулировать следующие правила

выявления структурных противоречий.

1.1

– должно быть принято каждое решение, в котором возникает

необходимость, иначе в системе управления имеет место отсутствие

функций по данному вопросу.

1.2

– каждое решение по состояниям 2 и 3 должен принимать толь-

ко один управляющий элемент, иначе имеет место совпадение функ-

ций по заданному состоянию.

1.3

– каждое решение по состояниям 5, F, F

, F

должен принимать

только один элемент системы управления, иначе имеет место дублиро-

вание функций.

1.4

– по каждому из состояний 5, F, F

, F

старшие решения должны

входить в функции старших управляющих элементов, иначе имеет ме-

сто иерархическое несоответствие решений.

1.5

– старшим управляющим элементам должны соответствовать

старшие состояния по каждому решению, иначе имеет место иерархи-

ческое несоответствие состояний.

1.б

– если реализация решений предполагает использование общего

ресурса, то решения должны быть согласованы, иначе имеет место не-

согласованность по ресурсу.

1.7

– решения, являющиеся следствием общего старшего решения,

должны быть согласованы, иначе имеет место несогласованность по

структуре.

1.8

– если между решениями существует отношение согласования,

то между соответствующими управляющими элементами должно су-

ществовать отношение взаимодействия (если между ними нет отноше-

ния подчиненности), иначе имеет место несогласованность по функци-

ям.

1.9

– если управляющие элементы, между которыми существует

отношение взаимодействия, пассивны, то имеет место неорганизован-

ность по функциям (отсутствие инициатора согласования).

1.10

– если отсутствует несогласованность и неорганизованность по

функциям, то инициатором согласования выступает управляющий

элемент, решение которого раньше достигнет состояния 3.

1.11

– если для принятия данного решения требуется принятие дру-

306

гого решения, то между этими решениями возникает отношение втяги-

вания (аналог причинно-следственного отношения).

1.12

– если втягивающее решение принято окончательно (перешло в

состояние F

) до того, как втягиваемые решения перешли в состояние

F, то имеет место неорганизованность по алгоритму.

1.13

– если санкционированное решение не может быть доведено до

исполнителя, то имеет место разрыв контура управления по прямой

связи.

1.14

– если управляющий элемент санкционировал решение, и это

решение доведено до исполнителей, но отсутствует контроль за испол-

нением решения, то имеет место разрыв контура управления по обрат-

ной связи.

1.15

– если к управляющему элементу поступает информация, кото-

рая не используется для принятия решений, то имеет место информа-

ционная избыточность.

1.16

– если к управляющему элементу не поступает информация,

необходимая ему для принятия решений, то имеет место информаци-

онная недостаточность.

11.3. ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ

Функциональная схема логико-лингвистической модели, реализую-

щей рассмотренный выше подход к анализу организационно-

управленческих структур, приведена на рис. 11.2. Модель включает в

себя следующие блоки: сервисные (ДИАЛОГ, УЧИТЕЛЬ, ЗАЩИТА) и

основные (ИНТЕРПРЕТАТОР, КОРРЕЛЯТОР, КЛАССИФИКАТОР,

ГЕНЕРАТОР, АНАЛИЗАТОР), а также базы данных УЧИТЕЛЯ, ЗА-

ЩИТЫ и базу знаний модели. Дадим краткую характеристику блоков

модели, отметив, что с ее более полным описанием можно ознакомить-

ся в [Новосельцев и др., 1988]. Блок УЧИТЕЛЬ предназначен для обу-

чения пользователя работе с моделью. В нем содержатся инструкции,

подсказки и справки, позволяющие пользователю самостоятельно про-

изводить операции, предусмотренные алгоритмами модели. Блок

ДИАЛОГ – это лингвистический процессор, обеспечивающий инте-

рактивное общение пользователя с моделью. Его основная функция за-

ключается в переводе входных текстов, написанных на естественном

языке, на формализованный язык, принятый в модели (в нашем случае

– это язык семантических сетей). Блок ЗАЩИТА препятствует несанк-

ционированному доступу к модели, а также предохраняет модель от

манипуляций, способных нарушить работу ее алгоритмов.

307

ИНТЕРПРЕТАТОР производит описание анализируемых действий и

проверку полученных описаний на полноту, корректность и опреде-

ленность. Для однозначного описания действий необходимо, следуя

аксиоме А.1, заполнить табл. 11.1.

Таблица 11.1.

Для ее запол-

нения использу-

ются классифи-

кационные тер-

минологические

графы: целей и

ресурсов, источ-

ников действий,

объектов воздействия и времени. Она позволяет каждому действию

приписать соответствующие понятия на классификационном графе, то

есть указать вершину классификационного графа, идентифицирую-

щую значение характеристики. Информация, содержащаяся в исход-

Действия

Характеристики

действий

… D

Цель

Ресурс

Источник действия

Объект воздействия

Начало

Конец

Время

Продолжительность

Сервисные блоки

Основные блоки

Рис. 11.2. Функциональная схема логико-лингвистической модели анализа

организационно-управленческих структур.

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ

База

данных

учителя

База знаний модели

База

данных

защиты

УЧИТЕЛЬ

ДИАЛОГ

ЗАЩИТА

ИНТЕР-

ПРЕТАТОР

КОРРЕЛЯ-

ТОР

КЛАС-

СИФИКА-

ТОР

ГЕНЕРА-

ТОР

АНАЛИЗА-

ТОР

Терминоло-

гические

графы

А 1,

1.1

– Р

1.5

А2,

2.1

– Р

2.4

3.1

– Р

3.9

1.1

– Р

1.16

308

ном описании, может оказаться недостаточной для решения постав-

ленной задачи. Кроме того, в ней возможны логические противоречия,

а сами значения характеристик могут быть заданы в пределах, не удов-

летворяющих методам последующего анализа. С целью устранения

указанных противоречий исходные описания подвергаются проверке

на полноту, корректность и определенность. Для проверки использу-

ются соответствующие правила, заранее вводимые в модель. Напри-

мер: исходные данные введены полностью, если для всех анализируе-

мых действий определены значения всех характеристик в соответствии

с аксиомой A.I (то есть в табл. 11.1 нет пустых ячеек); исходные дан-

ные корректны, если численные значения моментов начала совершения

действий не превосходят моментов времени их завершения; исходные

данные введены определенно, если в исходном описании нет термов,

не включенных в терминологические графы.

С учетом сказанного, функционирование блока происходит следую-

щим образом. Исходные описания действий, выраженные на естест-

венном языке, поступают в ИНТЕРПРЕТАТОР, где в соответствии с

терминологическими графами целей, ресурсов, времени, источников

действия и объектов воздействия классифицируются и записываются в

соответствующие ячейки табл. 11.1. Далее производится выявление

неполноты, некорректности и неопределенности исходных данных и,

если таковые имеются, выдается запрос пользователю на устранение

некорректности и дополнение исходных данных. Процесс повторяется

до тех пор, пока все неясности в исходных данных не будут устранены.

КОРРЕЛЯТОР предназначен для установления потенциальных свя-

зей между действиями. Исходными для его работы служат данные о

характеристиках действий, представленные в виде табл. 11.1, и правила

вывода (Р

1.1

– Р

1.5

), выраженные на языке семантических сетей. На-

пример, для Р

1.1

((D

) & (D

)) ∨ (((D

) & (D

)) & ((O

& (O

O))) ⇒ (D

где D

, D

– действия, O

, O

, O – объекты, r

– отношение иметь объ-

ектом воздействия, r

– отношение быть частью, r

– отношение быть

связанным по объекту воздействия.

Функционирование блока заключается в построении семантической

сети, подобной той, которая рассматривалась в разделе 10.1, и в выяв-

лении с помощью правил вывода (Р

1.1

– Р

1.5

) потенциальных связей

между действиями. Результаты работы блока отражаются в виде табл.

11.2, каждая ячейка которой заполняется «1» при наличии связи между

309

действиями по данной характеристике или «0» – при отсутствии связи.

КЛАССИФИКАТОР анализирует выявленные связи и по правилам

(Р

2.1

– Р

2.4

) определяет значения классификационных признаков П

–

, которые служат основанием для расширение семантической сети,

сформированной в

предыдущем бло-

ке. В результате

формируются спи-

ски действий с

указанием харак-

тера связей между

ними.

ГЕНЕРАТОР,

используя правила

вывода (Р

3.1

, Р

3.3

3.7

), формирует списки управляющих, согласующих и координи-

рующих решений (достраивает семантическую сеть) и, применяя пра-

вила вывода (Р

3.2

3.4

, Р

3.5

, Р

3.6

, Р

3.8

, Р

3.9

), распределяет эти реше-

ния между элементами системы управления. В результате получается

семантическая сеть, отражающая структуру системы решений с указа-

нием организационных элементов, отвечающих за принятие решений.

АНАЛИЗАТОР преобразует семантическую сеть в так называемую

дискретную ситуационную сеть, вершинами которой являются фрей-

мы-решения трех типов: истоки, преобразователи и стоки, а ребрами –

возможные направления переходов ролей фреймов-решений из со-

стояния в состояние (1, 2, 3, 4, 5, F, F

, F

). Истоки имитируют управ-

ляющие решения, в принятии которых возникает необходимость, то

есть решения с состоянием 1. Роль стоков играют вершины, попав в

которые, решения переходят в состояние F

. Преобразователи модели-

руют промежуточные изменения состояний решений и временные за-

держки, возникающие при перемещении решений из одного состояния

в другое. Представление структуры системы решений в виде дискрет-

ной ситуационной сети позволяет задать ее динамику, а также абстра-

гироваться от специфики решений, сохраняя в то же время информа-

цию, содержащуюся в исходной семантической сети. Кроме того, дис-

кретная ситуационная сеть позволяет рассчитать время реакции систе-

мы управления Т

СУ

, поскольку фактически описывает алгоритм пере-

хода решений из начального состояния в конечное:

СУ

={[(τ

1→2

)+(τ

2→3

)+(τ

3→4

)+(τ

4→5

)+(τ

5→F

)+(τ

F→F1

)+(τ

F1→F2

)]+Т

+Т

ξ, ζ

Действия

Цель

Ресурс

Время

Объект

Источник

Цель

Ресурс

Время

Объект

Источник

…

310

где (τ

i → j

) – время, необходимое для перевода решения из состояния i

в состояние j (i,j = 1, 2, 3, 4, 5, F, F

, F

), Т

– время, затрачиваемое на

добывание, сбор и техническую обработку информации, нужной для

принятия решения, Т

– время доведения команд и распоряжений до

исполнителей, Т

– время исполнения решения, ξ, ζ – загрузка и произ-

водительность структурных элементов системы управления.

Очевидно, что оценить время реакции системы управления можно

только тогда, когда устранены противоречия в ее структуре. Поэтому

работа АНАЛИЗАТОРА начинается с выявления структурных проти-

воречий, то есть с проверки соответствия дискретной ситуационной се-

ти правилам Р

1.1

– Р

1.16

. По результатам проверки пользователю вы-

даются сообщения о выявленных противоречиях в структуре системы

управления и одновременно предложения по их устранению. Пользо-

ватель может либо согласиться с предложениями, либо внести соответ-

ствующие изменения, сообразуясь с собственными планами.

Обладая достаточно широкими возможностями по описанию объек-

тов, мягкие вычислительные процедуры и логико-лингвистические мо-

дели имеют вполне определенные границы своей применимости, опре-

деленные качественным характером получаемых описаний и оценок.

Поэтому наилучшим следует признать комплексный подход к модели-

рованию системных объектов, при котором логико-лингвистические

модели и мягкие вычислительные процедуры используются как инст-

румент структурирования проблемы и выявления ее наиболее сущест-

венных аспектов. Тем самым обеспечивается корректный переход к

созданию имитационных математических моделей и применению ко-

личественных математических методов оптимизации.

Основные трудности создания логико-лингвистических моделей свя-

заны с разработкой подробных и однозначных классификаторов поня-

тий изучаемой проблемной области, формулированием базовых акси-

ом и правил вывода, составлением алгоритмов ведения эффективного

диалога с пользователем, а также с необходимостью владения совре-

менными весьма непростыми технологиями программирования. Есте-

ственно, что отмеченные обстоятельства несколько сдерживают вне-

дрение таких моделей в практику системных исследований, однако не

являются непреодолимым заслоном на этом пути.