Методы проектирования (2002, 414с., MET0016-64)

При решении проблем проектирования широко применяется аппарат исследования операций.

Исследование операций есть применение различных научных методов, средств и инструментов, с тем чтобы обеспечить оптимальное решение проблем, возникающих при исполнении тех или иных операций в процессе управления системой.

К этапам исследования операций относятся:

- формулировка проблемы;

- построение математической модели исследуемой системы;

- нахождение решения с помощью модели;

- проверка модели и решения, полученного с ее помощью;

- организация управления в соответствии с полученным решением;

- реализация решения.

При исследовании операций применяются методы линейного и динамического программирования, теории игр, системного анализа и др.

Метод линейного программирования систематизирует для определенных условий процесс выбора наиболее предпочтительного варианта из ряда возможных. Линейное программирование позволяет определить пути использования ресурсов или возможностей организации для достижения такой частной цели, как минимальные затраты или максимальная прибыль и т.д., и применяется для решения таких задач, которые характеризуются тем, что:

- несколько разных процессов конкурируют между собой при распределении определенного фиксированного количества ресурсов;

- стоимость распределения данного числа единиц одного из видов ресурсов для какого-то процесса пропорциональна этому числу единиц;

- решение сводится к поиску варианта, когда суммарные затраты для всех процессов будут минимальными или же будет обеспечено получение максимальной прибыли.

Ограничения данного метода состоят в том, что все соотношения должны быть линейными, что снижает степень достоверности метода. Он позволяет эффективно оперировать только с одним рядом граничных условий в каждый момент времени; решение проблем, для которых характерно одновременное изменение ряда переменных, вызывает трудности в вычислениях, даже при использовании быстродействующих компьютеров.

Особенность метода, построенного на динамическом программировании, заключается в том, что процесс поиска оптимального решения разбивается на относительно небольшие и легко поддающиеся решению подзадачи. С помощью динамического программирования находят оптимальные решения в задачах с многоэтапной многошаговой структурой.

В основе метода лежит принцип оптимальности, который гласит: «Каковы бы ни были первоначальное состояние и решение в начальный момент, последующие решения должны составлять оптимальное поведение относительно состояния, получающегося в результате первого решения». Недостатком метода является то, что увеличение количества переменных вызывает рост возможных вариантов решения. Возникает проблема размерности, которая является серьезным препятствием при решении задач даже на компьютерах.

Методы линейного и динамического программирования применяются на этапе построения математической модели исследуемой системы и нахождения решения с помощью модели.

Методы теории игр предназначены для выбора оптимальных решений в условиях неопределенности. Теория игр — математическая теория оптимальных решений в конфликтных ситуациях. Таким путем решаются задачи с несколькими участниками, несовпадение целей которых создает конфликтную ситуацию между ними. Целью теории игр является выработка рекомендаций по рациональному образу действия участников многократно повторяющегося конфликта. Одним из недостатков данных методов является сложность применения при решении задач проектирования экономических, технических и других систем.

В принципе любая проблема проектирования может быть решена методами исследования операций. Однако сложность проектирования логистических систем заключается в необходимости учета одновременно и последовательно протекающих процессов, наличии многочисленных факторов и ограничений. Нечеткое формулирование проблемной ситуации вследствие сложности описания объекта проектирования приводит к неточному определению целей, неполной или неточной постановке задачи, неадекватности построенной математической модели. Для решения данных проблем используются методы системного анализа, которые классифицированы по областям применения:

- с неизменяемой стратегией (упорядоченный поиск, стоимостной анализ, системотехника, проектирование систем человек — машина, поиск границ, кумулятивная стратегия Пейджа, стратегия коллективной разработки гибких архитектурных проектов, анализ Иерархии);

- управляемой стратегией (переключение стратегии, фундаментальный метод проектирования Мэтчетта);

- исследования проблемных ситуаций (формулирование задач, поиск литературы, интервьюирование потребителей, анкетный опрос, исследование поведения потребителей, системные испытания, выбор шкал измерения, накопление и свертывание данных);

- поиск идей (мозговая атака, синектика, ликвидация тупиковых ситуаций, морфологические карты);

- исследования структуры проблемы (матрица взаимодействий, сеть взаимодействий, анализ взаимосвязанных областей решения, трансформация системы, проектирование инноваций путем смещения границ, проектирование новых функций, определение компонентов по Александеру, классификация проблемной информации);

- оценки (парные сравнения, контрольные перечни, выбор критериев, ранжирование и взвешивание, вербальное взвешивание, обобщенный показатель, выделение главного показателя, последовательная уступка, последовательное исключение, лексикографический порядок, маржинальный анализ, взвешенные оценки, составление технического задания).

Рассмотрим те методы системного анализа, которые представляют интерес с точки зрения возможности использования для проектирования систем.

Упорядоченный поиск. Выявляются компоненты задачи (управляемые переменные, параметры и цели проектирования, взвешенные в соответствии с их относительной важностью) и зависимости между переменными. Прогнозируются вероятные значения факторов окружающей среды. Выявляются ограничения или граничные условия (предельные значения всех переменных). Каждому фактору решения присваиваются числовые значения и вычисляются значения зависимых переменных (рассчитываются характеристики системы). Выбираются такие значения факторов решения, при которых достигается наибольшая сумма числовых значений для всех целей с учетом их весов (оптимальный вариант), или достигается приемлемое значение для каждой цели.

Системотехника. Целью метода является достижение внутренней совместимости между элементами системы и внешней совместимости между системой и окружающей средой, для чего определяются входы и выходы системы. Выбирается система функций, с помощью которых входы можно преобразовать в выходы. Подбираются или разрабатываются устройства для осуществления каждой из этих функций. Полученная система проверяется на внутреннюю и внешнюю совместимость.

Поиск границ. Цель метода заключается в нахождении тех пределов, в которых лежат приемлемые решения. Для этого составляется описание параметров, которыми определяется, например, время доставки. Определяется интервал значений, в котором заключена неопределенность. Строится модель, позволяющая регулировать параметры в интервале неопределенности. Проводятся испытания для нахождения правильных размеров, между которыми заключена область нормального функционирования потребителя.

Анализ иерархий. Задача принятия решений структурируется в виде иерархии. Иерархии строятся с вершины — глобальной цели (с точки зрения управления), через промежуточные уровни — локальных целей, уточняющих глобальную цель, параметров, определяющих цели к самому низкому уровню, где находятся альтернативы, которые должны быть оценены по отношению к параметрам. После иерархического представления задачи устанавливаются веса параметров и каждая из альтернатив оценивается по параметрам для выявления самой важной из них.

Формулирование задач. Цель метода — охарактеризовать внешние условия, которым должна отвечать планируемая доставка. Для этого Характеризуется проблемная ситуация. Определяются характерные для ситуации условия, которым должна отвечать доставка (конечные требования заказчика к доставке и их обоснование, наличные ресурсы, главные цели). Конечной целью является обеспечение соответствия объекта этим условиям.

Исследование поведения потребителей. Метод заключается в исследовании моделей поведения потребителей услуги и прогнозировании их предельных характеристик. Планирование доставки начинается с консультации с потребителями и проведения соответствующих наблюдений. Производится анализ системы доставки для определения задач, возможностей потребителя и требований к тем параметрам доставки, которые непосредственно влияют на результаты доставки. Изучаются особенно важные аспекты для потребителей предлагаемой доставки. Фиксируются предельные значения, превышение которых приведет к потерям потребителя.

Ликвидация тупиковых ситуаций. Цель метода заключается в нахождении новых направлений поиска, если очевидная область поиска не дала приемлемого решения путем преобразований неудовлетворительного решения или его частей. Проводится поиск новых взаимосвязей между частями имеющегося неудовлетворительного решения и переоценка проблемной ситуации.

Проектирование инноваций путем смещения границ. Границы нерешенной проблемы доставки смещаются для того, чтобы для ее решения можно было использовать знания из смежных областей. Для этого выявляются существенные функции системы доставки, которые способствовали бы достижению поставленной задачи. Выявляются противоречия между существующими средствами выполнения этих функций в рамках предполагаемых границ проблемы, а также знания, выходящие за предполагаемые границы проблемы, которые можно использовать при трансформации проблемы. Находятся сопоставимые промежуточные решения проблемы, которые могут способствовать частичному или полному использованию знаний из смежных областей.

Классификация проблемной информации. Метод заключается в разделении проблемной ситуации на поддающиеся решению части, для чего каждая единица информации, полученной в результате исследования проблемной ситуации, записывается на отдельной карточке. Карточки классифицируются по альтернативным наборам категорий до тех пор, пока не будет найден набор, соответствующий как зафиксированным данным, так и субъективной точке зрения экспедитора на проблему. Отобранные наборы категорий используются как основа для индексации информации, собранной на более позднем этапе, для разбивки проблемы на части с целью последовательной или параллельной работы над ними, а также для пробной идентификации переменных величин и взаимосвязей между ними.

Ранжирование и взвешивание. Суть метода состоит в сравнении ряда альтернативных решений с использованием общей шкалы измерения. Определяются цели, которым должны отвечать альтернативные решения. Если цели следует ранжировать, то в матрице записывается предпочтительная цель из каждой пары и цели распределяются по степени их предпочтения. Если цели должны быть взвешены, то каждой цели назначается коэффициент весомости, указывающий на ее важность по сравнению с другими. Оценивается степень, с которой каждое альтернативное решение отвечает каждой из ранжированных или взвешенных целей. Результаты преобразовываются в процентные соотношения при ранжировании целей и в абсолютные величины цифровых коэффициентов весомости при взвешивании целей. Выбираются альтернативные решения, имеющие наилучшее процентное отношение или наибольший коэффициент весомости.

Парные сравнения. Суть метода состоит в обработке последовательности суждений пользователя по парным сравнениям. В результате может быть выражена относительная степень (интенсивность) взаимодействия элементов в иерархии. Эти суждения затем выражаются численно. Метод включает процедуры синтеза множественных суждений, получения весов параметров и нахождения альтернативных решений. Для сравнения оценок параметров используется линейная шкала.

Источник: Логистика: управление в грузовых транспортно-логистических системах: Учеб. пособие / Под ред. Л.Б.Миротина. — М.: Юристь, 2002. — С. 262-267 (414 с.)