Трахтенгерц Э.А. Компьютерные методы реализации экономических и информационных управленческих решений

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 2. Типы управляющих систем

в режиме поддержки принятия решений, т.е. в режиме советчика, ко-

торый может анализировать большие объемы информации, генериро-

вать, используемые методы оптимизации, варианты решений, оцени-

вать их и ранжировать, а также согласовывать варианты решений.

Для формирования управленческих решений, то есть нахожде-

ния лучшей альтернативы, очень давно возникли системы поддержки

принятия решений. Это советы старейшин, жрецов, военные советы,

коллегии, всевозможные совещания, комитеты, аналитические цен-

тры и т.д. Хотя они никогда не назывались системами поддержки

принятия решения, но выполняли именно их задачи (в некоторых

случаях частично). По мере усложнения возникающих перед ними

задач их структура усложнялась, а численность возрастала. Это от-

носится как к государственному аппарату, так и к управлению ком-

мерческими организациями.

Как уже упоминалось в главе 1, в связи с усложнением задач

управления и широким использованием вычислительной техники для

решения задач управления в начале семидесятых годов появился

термин «системы поддержки принятия решений» (русская аббревиа-

тура – СППР, английская DSS – Decision Support Systems).

В некоторых работах СППР рассматривается как информацион-

ная система, позволяющая быстро, легко и удобно анализировать

большие объемы данных, и в удобном для восприятия виде пред-

ставлять их специалистам. Однако сейчас начинает превалировать

более широкий взгляд на СППР, требующий осуществления компь-

ютерной поддержки на всех этапах управления, в процессе которого

происходит принятие решений. Исходя из этого, СППР можно опре-

делить как человеко-машинную систему, позволяющую руководите-

лям, использовать свои знания, опыт и интересы, объективные и

субъективные модели, оценки и данные для реализации компьютер-

ных методов выработки решений и выполняющую, возможно час-

тично, функции, перечисленные в гл. 1.

Компьютерная поддержка процесса принятия решений в режиме

управления или в режиме поддержки, так или иначе, основана на

формализации методов получения исходных и промежуточных оце-

нок, и алгоритмизации самого процесса выработки решений. Как уже

отмечалось во введении, хотя мы и говорим о компьютерных управ-

ляющих системах, то есть об использовании формальных оценок и

Компьютерные методы реализации экономических … решений

расчетов, роль личных качеств специалиста (эксперта): его интел-

лект, субъективные оценки, эрудиция, умение находить решение и

т.п. – не уменьшается, а, может быть, даже возрастает.

Это замечание полностью относится как к системам принятия

решений, так и к системам, работающим в режиме советчика, т.е. к

системам поддержки принятия решений (см. разд. 2.2). Системы пря-

мого управления учитывают значения критериев, их «веса», методы

анализа и выработки решений, а также шкалы оценок. Они учитыва-

ются разработчиками систем в процессе создания алгоритмов и про-

грамм. Тем самым, система управления отражает взгляд руководите-

ля на создавшуюся ситуацию. В системах поддержки принятия ре-

шений аналогичные данные могут вводиться в систему, как в про-

цессе выработки решений, так и в динамике управления.

Между сотрудником, работающим с руководителем и системой

поддержки принятия решений, можно провести некоторую анало-

гию. Когда руководитель принимает на работу нового сотрудника, он

старается его оценить и понять, сможет он с ним работать или со-

трудник ему не подходит. С другой стороны, сотрудник, беседуя с

предполагаемым начальником, тоже пытается понять, сможет ли он

работать с будущим начальником или лучше сразу отказаться от это-

го. Это зависит от субъективных требований и индивидуальных осо-

бенностей, как руководителя, так и сотрудника. Аналогично каждый

руководитель, осваивая новую компьютерную систему, старается

оценить ее характеристики и понять, удовлетворяет она его или он с

ней работать не будет, т.е. он относится к ней как к будущему со-

труднику.

С другой стороны, разработчики компьютерной системы под-

держки принятия управленческих решений тоже должны себе пред-

ставлять некоего «обобщенного руководителя» и создавать систему

«под него», т.е. должны представить себе руководителя, на которого

будет работать создаваемая ими система, и более того, должны уметь

настраивать систему под предпочтения конкретного руководителя.

Формализация методов генерации решений, их оценки и согла-

сования является чрезвычайно сложной задачей. Эта задача стала

интенсивно решаться с возникновением вычислительной техники. Ее

решение сильно зависело и зависит от характеристик доступных ап-

Глава 2. Типы управляющих систем

паратных и программных средств, степени понимания проблем, по

которым принимаются решения, и методов формализации.

В информационном обществе преимущество в знаниях и обла-

дании информацией является важной, во многих случаях решающей

социальной и экономической силой, способствующей перераспреде-

лению экономических, социальных и политических ресурсов. По-

этому роль компьютерных систем управления, с помощью которых

можно быстро и глубоко оценить ситуацию, а также сформулировать

и даже реализовать лучшее решение, чрезвычайно велика. Создание

компьютерных систем, анализирующих аудио, текстовую и графиче-

скую информацию, несмотря на огромные научные и прикладные

трудности, является очень важной задачей, которая в настоящее вре-

мя достаточно успешно решается уже в промышленном масштабе.

Достаточно много писалось о том, что в середине 80-х годов пе-

реход информации в разряд важнейших ресурсов государства вызвал

к жизни проблему обладания этим ресурсом. В национальных док-

тринах многих стран появилось понятие «информационная война» и

«информационное оружие». Отметим, что такие виды «информаци-

онного оружия» как радио, компьютер и интернет по своему проис-

хождению являются военными продуктами. Первая продажа патента

радио была произведена Маркони английскому министерству в 1896

г. во время англо-бурской войны, тремя годами позднее он продал

его военно-морскому флоту США, первая цифровая вычислительная

машина ENIAC [Electronic Numerical Integrator and Computer] был

создан по заказу артиллерийского управления армии США для рас-

чета артиллерийских баллистических таблиц [2.1]. Дедушкой Inter-

net’а является ARPAnet, разработанный Военным Министерством

США в 1969 г. для обеспечения связи военных организаций [2.2].

Характер функционирования вычислительных систем зависит от

выполняемых ими функций и методов их реализации. Их возможная

классификация показана на рис. 2.1. Каковы бы ни были функции

системы и методы их реализации, необходимо подчеркнуть триви-

альную мысль: все эти системы функционируют по алгоритмам, соз-

данным (или использованным) разработчиками этих систем, произ-

водят оценку сложившейся обстановки и ранжируют возможные ва-

рианты решений по критериям и предпочтениям, заложенными в них

экспертами и руководителями, отвечающими за их функционирова-

Компьютерные методы реализации экономических … решений

ние: военным командованием, руководством банков, средствами

массовой информации, промышленными предприятиями и т.п. Но

при этом время решения задачи или выработки решения может со-

кращаться на порядки, объемы перерабатываемой информации воз-

растает до гигабайтов и терабайтов, резко увеличивается число вари-

антов решений, которые могут быть ранжированы по заданным кри-

териям эффективности, появляется возможность использовать слож-

ные методы анализа, прогнозирования развития ситуации и оптими-

зации решений.

Рис. 2.1.

Компьютерные системы

управления

Тип

функционирования

принятия решений

поддержки принятия решений

Режим

управления

«жесткое» реальное время

«мягкое» реальное время

Распределенность

сосредоточенные

распределенные

Метод

принятия решений

индивидуальный

групповой

Глава 2. Типы управляющих систем

Такие системы во многих случаях решают задачи и формируют

решения, которые либо вообще не могут быть сформулированы че-

ловеком в реальном времени, либо принимаются без серьезного ана-

лиза сложившейся обстановки. Поэтому на вопрос, которым задава-

лись очень давно: может ли человек создать систему, которая была

бы «умнее» его, т.е. могла бы решать задачи, которые он решить не в

состоянии, ответ получен – да, может. Справедливости ради отме-

тим, что компьютерные системы, принимающие ответственные ре-

шения, требующие серьезной аналитики и выбора из множества ва-

риантов решений, пока используются только для тех классов задач, в

которых человек не состоянии принять решение.

На рис. 2.1 не показаны возможные области применения компь-

ютерных систем. Это вызвано, с одной стороны, их огромным мно-

гообразием и спецификой, а с другой стороны – тем, что идеология

их создания в различных приложениях близки друг к другу при воз-

можно совершенно разных математических и алгоритмических ме-

тодах оценки ситуации и формировании решения.

2.2. Компьютерные системы принятия и поддержки принятия

решений

Компьютерные системы, принимающие решения, как это видно

из их названий, самостоятельно без согласования с человеком сами

формируют решения, которые в дальнейшем и реализуют. Эти сис-

темы уже получили достаточно широкое распространение в различ-

ных областях. Яркими примерами таких систем являются игровые

системы Deep Blue и Deep Fritz, играющие на равных и даже выиг-

рывающие у лучших шахматистов мира; системы оценки целесооб-

разности выдачи банковских кредитов (их решения в некоторых слу-

чаях требуют утверждения руководителя); системы управления бое-

выми самолетами и средствами ПВО; средства защиты энергетиче-

ских систем и др. Определение системы поддержки принятия реше-

ний уже дано в разд. 2.1.

Использование компьютерных технологий управления, незави-

симо от того, с применением систем принятия решений или под-

держки принятия решений, основано на формализации:

Компьютерные методы реализации экономических … решений

 методов оценки объективных (измеряемых) и субъективных

(даваемых руководителем или экспертом) исходных и промежуточ-

ных данных;

 анализа ситуации;

 формирования решений;

 согласования оценок и вариантов решений;

 динамики управления.

В гл. 1 перечислены основные задачи компьютерных систем

управления. В компьютерных технологиях управления все чаще ис-

пользуются смешанные системы: на верхних уровнях системы под-

держки принятия решений, а на нижних – системы принятия реше-

ний.

Еще раз повторим, что оба типа системы должны учитывать

предпочтения руководителя, но разница в их формировании заклю-

чается только в том, что выявление этих предпочтений в системах

прямого управления осуществляется перед подготовкой системы к

выполнению своих задач, а в комплексах поддержки принятия реше-

ний как перед началом функционирования, так и в процессе функ-

ционирования.

Отметим также, что компьютерная технология управления с по-

мощью систем поддержки принятия решений представляет собой

циклический процесс взаимодействия человека с системой на протя-

жении всего процесса управления, включая анализ обстановки, фор-

мулировки решений и динамику управления в процессе их выполне-

ния.

2.3. Системы реального времени

Системой реального времени называется такая система, пра-

вильность функционирования которой определяется не только кор-

ректностью выполнения вычислений, но и временем, в течение кото-

рого получен требуемый результат. Если требования по времени не

выполнено, то считается, что произошел отказ системы. Системы

реального времени ориентированы на обработку информации о

внешних событиях, а также об отклонениях от заданных параметров,

происходящих на управляемом процессе или объекте. Основная за-

дача этих систем – успеть отреагировать на эти события вовремя.

Глава 2. Типы управляющих систем

Компьютерные системы, не удовлетворяющие приведенному

выше требованию, то есть вычислительный процесс которых не свя-

зан временными ограничениями, часто называют системами общего

назначения. Эти системы ориентированы на оптимальное распреде-

ление ресурсов компьютера между пользователями или задачами. В

системах общего назначения особенное значение имеет их распреде-

ленность, удобство и комфортабельность систем разработки, инст-

рументарий системы: базы данных, офисные пакеты, средства рабо-

ты в сетях и т.д. Поскольку в управляющих вычислительных систе-

мах они либо выполняют роль фоновых, либо не используются во-

обще, они в дальнейшем не рассматриваются.

Рассмотрим некоторые особенности систем реального времени.

Это, как правило, информационные или управляющие системы. Их

связь с управляемым процессом или объектом реализуется устройст-

вом связи с объектом, осуществляющим сбор информации от датчи-

ков и выдачу управляющих воздействий на исполнительные органы

и сообщений (рекомендаций, возможно команд) на дисплеи операто-

ров или другие информационные устройства. Сбор информации мо-

жет осуществляться методом опроса датчиков и операторов или по-

средством аппарата прерываний. В последнем случае элементы уст-

ройства связи с объектом сами посылают сигнал в регистр компью-

тера, вызывающий прерывание текущих вычислений для анализа по-

ступившего сигнала. Применение аппарата прерываний обеспечивает

более быструю реакцию на изменения во внешнем мире, чем метод

опроса. Разработчики систем реального времени применяют его

очень широко, при этом стремятся:

 обеспечить максимально быструю реакцию системы на пре-

рывание (поступление информации о внешнем событии или откло-

нении от заданных параметров);

 минимизировать интервалы, в течение которых прерывания

в системе запрещены;

 выполнять подпрограмму обработки прерываний за макси-

мально короткое время.

Однако необходимо отметить, что термин «система реального

времени» не является синонимом термина «быстродействующая сис-

тема». Требования к быстродействию компьютерной системы управ-

ления или информационной системы определяется в первую очередь

Компьютерные методы реализации экономических … решений

скоростью протекания управляемого или анализируемого процесса

или объекта. Это связано с тем, что входной сигнал соответствует

каким-то изменениям в управляемом процессе, а выходной сигнал

должен формировать реакции на эти изменения, осуществляемые

самой системой реального времени или с ее помощью.

В литературе часто различают системы «жесткого» и «мягкого»

реального времени. Это связано с тем, что системы реального време-

ни могут использоваться:

 в областях, в которых временная задержка от получения

входного сигнала до выдачи выходного (во многих случаях управ-

ляющего воздействия) не должна превышать жестко заданного ин-

тервала времени, требуемого управляемым процессом, то есть долж-

на строго соответствовать скорости управляемого или анализируемо-

го процесса;

 в информационных, интерактивных системах, системах мас-

сового обслуживания (например, продажи авиа- и железнодорожных

билетов, мониторинга СМИ, анализа результатов выборов) и т.п., в

которых такого жесткого ограничения нет.

В системах «мягкого» реального времени задержка реакции

компьютерной управляющей системы на происшедшее событие не

критична, хотя и может привести к увеличению стоимости результа-

тов и снижению производительности системы в целом. Основное от-

личие между системами «жесткого» и «мягкого» реального времени

заключается в том, что система «жесткого» реального времени «не

имеет права» опоздать с реакцией на событие, а система «мягкого»

реального времени может «задержаться» с ответом, то есть система

«мягкого» реального времени может не успевать всегда делать все в

заданное время. В связи с этим возникает проблема определения

критериев успешности ее функционирования. В зависимости от

функций системы это может быть максимальная задержка в выпол-

нении каких-либо операций, среднее время обработки заявок, вре-

менные ограничения на обработки различных типов заявок и т.д.

Хорошим примером работы в «жестком» реальном времени яв-

ляются действия робота на конвейере. Объекты на конвейере дви-

жутся, и робот должен выполнять некоторую операцию над каждым

объектом. Для ее выполнения ему представляется некоторый интер-

вал времени. Если робот опоздал, то объекта уже не будет на месте,

Глава 2. Типы управляющих систем

на котором робот может выполнить операцию, а если попытается

выполнить раньше, объекта там еще не будет.

Примером системы в «мягком» реальном времени являются уже

упоминавшиеся системы продажи билетов, определение платежеспо-

собности клиентов, желающих получить ссуды в банках, и системы

информационного управления, о которых говорилось в гл. 1. В пере-

численных системах «небольшая» задержка не вызывает отказ сис-

темы. Клиент некоторое время (не слишком большое) подождет, а

реакция на информационную атаку противника в большинстве слу-

чаев допускает задержку на несколько часов и даже суток. То есть в

этих системах временные ограничения действительно «мягкие». Хо-

тя надо отметить, что некоторые системы массовой информации

стремятся как можно быстрее осветить происшедшее событие, вер-

хом успеха считается передача о событии в тот момент, когда оно

произошло. Например, если на взлетной полосе установлены телека-

меры для передачи информации о чьем-то прилете или отлете, и в

поле зрения случайно попала аварийная посадка самолета, то пере-

дача этого события «в живую» считается большой удачей.

В большинстве случаев системы как «жесткого», так и «мягко-

го» реального времени являются многозадачными системами. По-

этому одной из особенностей операционных систем реального вре-

мени является управление динамикой выполнения задач, обеспечи-

вающим выполнение временных ограничений.

Важной частью любой операционной системы реального времени

является планировщик, выполняющий эту функцию. Он определяет,

какая задача должна выполняться в системе в каждый конкретный

момент времени. Наиболее часто используемый принцип планирова-

ния – приоритетная многозадачность с вытеснением. Основная идея

состоит в том, что высокоприоритетная задача, как только для нее по-

является работа, немедленно прерывает (вытесняет) низкоприоритет-

ную. Однако диапазон систем реального времени весьма широк, начи-

ная от систем с полностью статическими параметрами, где все задачи

и их приоритеты заранее определены, до систем с динамическими

приоритетами, где набор выполняемых задач, их приоритеты и даже

алгоритмы планирования могут меняться в процессе функционирова-

ния. Существуют системы, где каждая отдельная задача может участ-

вовать в реализации алгоритма планирования. Кроме того, приоритеты

Компьютерные методы реализации экономических … решений

тоже можно назначать по-разному. В общем случае алгоритмы плани-

рования должны соответствовать критериям оптимальности функцио-

нирования системы. Поэтому в процессе планирования используются:

циклический алгоритм, разделение времени, ранжирование по време-

ни критических управляющих воздействий (инициируется та задача, у

которой время до окончания срока ее выполнения – минимально) и

т.д. Хотя каждая задача в системе, как правило, выполняет какую-либо

отдельную функцию, часто возникает необходимость синхронизации

действий, выполняемых различными задачами. Такая синхронизация

необходима в следующих случаях:

 функции, выполняемые различными задачами, связаны друг с

другом. Например, если одна задача подготавливает исходные дан-

ные для другой, то последняя не выполняется до тех пор, пока не по-

лучит от первой задачи соответствующего сообщения. Одна из ва-

риаций в этом случае – это когда задача при определенных условиях

порождает одну или несколько новых задач.

 требуется упорядочить доступ нескольких задач к разделяе-

мому ресурсу.

 осуществляется синхронизация задачи с внешними события-

ми. Как правило, для этого используется механизм прерываний, о

котором говорилось выше.

 реализуется синхронизация задачи по времени. Диапазон раз-

личных вариантов в этом случае достаточно широк, от привязки мо-

мента выдачи какого-либо воздействия к точному астрономическому

времени до простой задержки выполнения задачи на определенный

интервал времени.

Выполнение рассмотренных и некоторых других механизмов

планирования и синхронизации позволяет операционной системе

реализовывать требования реального времени.

2.4. Системы, реализующие информационное управление

Это относительно новый, но быстро развивающийся тип систем.

Анализ задач информационного управления показывает, что для их

выполнения компьютерный комплекс, реализующий поддержку ин-

формационного управления, целесообразно формировать из трех

взаимодействующих систем, представленных на рис. 2.2 [2.3]: