6. Методы и модели описания систем

Методы описания систем делятся на качественные и количественные. В качественных методах основное внимание уделяется: организации постановки задачи, этапу ее формализации; формированию вариантов, выбору подхода к оценке вариантов; использованию опыта человека, его предпочтений, которые не всегда могут быть выражены в количественных оценках.

Количественные методы связаны с анализом вариантов, с их количественными характеристиками корректности, точности и т. п. Для постановки задачи эти методы не имеют средств, почти полностью оставляя осуществление этого этапа за человеком.

6.1. Качественные методы описания систем Качественные методы системного анализа применяются на начальных этапах моделирования когда отсутствуют описания закономерностей систем в виде аналитических зависимостей. В результате такого моделирования разрабатывается концептуальная модель системы.

Эвристические методы решения творческих задач Наиболее распространенными методами решения эвристических задач являются: а) методы типа «мозгового штурма»; б) метод «635»; в) метод синектики (аналогий)

а) Методы типа «мозгового штурма» Концепция «мозговой атаки» (МШ) получила широкое распространение с начала 50-х годов как метод систематической тренировки творческого мышления, нацеленный на открытие новых идей и достижение согласия группы людей на основе интуитивного мышления. Автор метода американец А. Осборн.

Методы этого типа известны также под названиями: мозговой атаки; конференции идей; коллективной генерации идей (КГИ). Метод МА проводится группой из 5-8 человек, являющихся экспертами в разных областях.

При проведении мозговой атаки стараются выполнять определенные правила, суть которых: обеспечить как можно большую свободу мышления участников и высказывания ими новых идей;

приветствуются любые идеи, если вначале они кажутся сомнительными или абсурдными (обсуждение и оценка идей производится позднее); не допускается критика, не объявляется ложной и не прекращается обсуждение ни одной идеи;

желательно высказывать как можно больше идей, особенно нетривиальных. Работа по генерированию идей продолжается до тех пор пока участники не исчерпают все свои идеи по рассматриваемому вопросу.

По окончании МА идеи подвергаются критике группой технических экспертов и даже отвергнутые идеи могут быть в дальнейшем доработаны и приняты к рассмотрению. Критерии для оценки идей представлены на рисунке

В зависимости от принятых правил и жесткости их выполнения различают: метод обратной мозговой атаки - выявления недостатков объекта. На объект обрушиваются ничем не ограниченная критика. При обратной мозговой атаки отсутствует идея, приводящая к улучшению показателей объекта. Правило игры аналогичны правилам игры прямой мозговой атаки.

метод обмена мнениями - предусматривает проведение группой лиц дискуссий в форме свободного обмена мнениями; судов - одна группа вносит как можно больше предложений, а вторая – старается их как можно больше раскритиковать.

На практике подобием мозгового штурма могут явиться заседания совещательных органов разного рода – директораты, заседания ученых и научных советов, педагогические советы, специально создаваемые комиссии и т.д.

б) метод «635» Одна из разновидностей мозговой атаки. Цифры 6, 3, 5 обозначают шесть участников, каждый из которых должен записать три идеи в течение пяти минут. Лист ходит по кругу. Таким образом, за полчаса каждый запишет в свой актив 18 идей, а все вместе 108. Структура идей четко определена. Идеи в дальнейшем подвергаются анализу и оценке.

Этот метод широко используется в зарубежных странах (особенно в Японии) для отбора из множества идей наиболее оригинальных и прогрессивных по решению определенных проблем.

в) метод синектики (аналогий) Синектика – метод решения задач и поиска новых идей, использующий различные типы аналогий. Этот метод был предложен У. Гордоном (США) в 1952 году и является развитием и усовершенствованием метода мозговой атаки. В методе применимы четыре вида аналогий:

Прямая аналогия - предусматривает сравнение совершенствуемого объекта с более или менее аналогичным объектом из другой отрасли техники или с объектом живой природы. Личная аналогия (эмпатия) - базируется на том, что решающий задачу вживается в образ совершенствуемого объекта, пытаясь выяснить возникающие при этом чувства, ощущения.

Символическая аналогия - является обобщенной, абстрактной аналогией. Фантастическая аналогия - предусматривает введение в задачу каких-нибудь фантастических существ, выполняющих то, что требуется по условиям задачи (попытки представления вещей такими, какими они не являются, но хотелось бы их видеть)

Примеры технических решений Изобретение позвоночной антенны. Застежка-липучка. Нож для открывания консервных банок. Защита от повреждений заслонок дробеструйных аппаратов путем непрерывного намораживания на заслонки тонкого слоя льда.

Методы типа сценариев. Методы подготовки и согласования представлений о проблеме или анализируемом объекте, изложенные в письменном виде, получили название сценария.

Первоначально этот метод предполагал подготовку текста, содержащего логическую последовательность событий или возможные варианты решения проблемы, развернутые во времени.

Позднее обязательное требование явно выраженных временных координат было снято. Сценарий - любой документ, содержащий анализ рассматриваемой проблемы или предложения по ее решению.

Модели сценариев: описательные (фиксация свойств и параметров); изыскательные (использование методов количественных оценок); нормативные (систематизация проблем по важности, времени и ресурсам).

Разработка сценария – это сочетание таких методов прогнозирования как мозговая атака, дедукция, экстраполяция, аналогия, анализ и синтез. Как правило, на практике сценарии пишутся экспертами вначале индивидуально, а затем формируется согласованный текст.

Метод «дерева целей» Идея метода дерева целей впервые была предложена американскими исследователеми У.Черчменом и Р. Акоффом в 1957 году. Термин дерево подразумевает использование иерархической структуры. Представление целей начинается с верхнего уровня, дальше они последовательно разукрупняются и конкретизируются.

Основным правилом разукрупнения целей является полнота: каждая цель верхнего уровня должна быть представлена в виде подцелей следующего уровня исчерпывающим образом, то есть так, чтобы объединение понятий подцелей полностью определяло понятие исходной цели.

Большую популярность приобрели методы построения целевой модели в виде древовидного графа, вершиной, которого является генеральная цель, а ветвями – подцели, решение которых обеспечивает достижение генеральной цели.

Методы экспертных оценок. Термин «эксперт» происходит от латинского слова означающего «опытный». Все множество проблем, решаемых методами экспертных оценок, делится на два класса. К первому относятся такие, в отношении которых имеется достаточное обеспечение информацией.

При этом методы опроса и обработки основываются на использовании принципа «хорошего измерителя», т. е. эксперт - качественный источник информации; групповое мнение экспертов близко к истинному решению.

Ко второму классу относятся проблемы, в отношении которых знаний для уверенности в справедливости указанных гипотез недостаточно. В этом случае экспертов уже нельзя рассматривать как «хороших измерителей» и необходимо осторожно подходить к обработке результатов экспертизы во избежание больших ошибок.

При обработке материалов коллективной экспертной оценки используются методы теории ранговой корреляции. Ранжирование – это расположение объектов исследуемой системы в порядке их относительной значимости. Ранг – показатель предпочтения одного объекта перед другим.

Для количественной оценки степени согласованности мнений экспертов применяется коэффициент конкордации W, который позволяет оценить, насколько согласованы между собой ряды предпочтительности, построенные каждым экспертом.

Его значение находится в пределах 0 W 1: W=0 означает полную противоположность ранжировок; W= 1 - полное совпадение ранжировок. Практически достоверность считается хорошей, если W= 0,7...0,8.

а) метод типа «Дельфи» Разработан в США в 50-х годах XX в. Получил название в города Дельфы, возникшего около храма Аполлона (построен в 880 г. до н.э.), жрецы которого составляли экспертный совет прогнозирования будущих событий.

Суть метода Дельфи заключается в следующем. В отличие от традиционного подхода к достижению согласованности мнений экспертов путем открытой дискуссии метод Дельфи предполагает полный отказ от коллективных обсуждений.

Это делается для того, чтобы уменьшить влияние таких психологических факторов, как: присоединение к мнению наиболее авторитетного специалиста; нежелание отказаться от публично выраженного мнения; следование за мнением большинства.

В методе Дельфи прямые дебаты заменены тщательно разработанной программой последовательных индивидуальных опросов, проводимых обычно в форме анкетирования. Ответы экспертов обобщаются и вместе с новой дополнительной информацией поступают снова в распоряжение экспертов, после чего они уточняют свои первоначальные ответы.

Вся работа проводится под руководством отдельной управляющей группы, в которую входит системный аналитик и лицо, принимающее решение. Анонимность экспертов сохраняется до конца работы.

Результаты эксперимента показали приемлемую сходимость оценок экспертов после пяти туров опроса. Недостатки метода Дельфи: значительный расход времени на проведение экспертизы, связанный с большим количеством последовательных повторений оценок;

необходимость неоднократного пересмотра экспертом своих ответов вызывает у него отрицательную реакцию, что сказывается на результатах экспертизы.

б) Метод комиссий Один из методов экспертных оценок, основанный на работе специальных комиссий. Группы экспертов за "круглым столом" обсуждают ту или иную проблему с целью согласования точек зрения и выработки единого мнения.

Недостаток этого метода заключается в том, что группа экспертов в своих суждениях руководствуется в основном логикой компромисса.

в) методы проведения сложных экспертиз Недостатки экспертных оценок привели к необходимости создания методов (QUEST, SEER, PATTERN), в которых большая первоначальная неопределенность проблемы, предлагаемой эксперту для оценок, расчленяется на более мелкие, лучше поддающиеся осмыслению.

Метод QUEST (Qualitative Utility Estimates for Science and Technology – количественные оценки науки и техники) был разработан для целей повышения эффективности решений по распределению ресурсов, выделяемых на исследования и разработки.

В основу метода положена идея распределения ресурсов на основе учета возможного вклада (определяемого методом экспертной оценки) различных отраслей и научных направлений в решении какого-либо круга задач.

Метод предполагает четыре этапа: Оценка значимости различных задач. Оценка возможного вклада различных отраслей техники в решении указанных задач как в случае обычного, так и в случае дополнительного финансирования.

Определение суммарной значимости каждой отрасли для решения всей совокупности задач. Распределение ресурсов между отраслями в соответствии с их суммарными значимостями.

Метод SEER (System for Event Evaluation and Review – система оценок и обзора событий) предусматривает всего два тура оценки. В каждом туре привлекается различный состав экспертов.

В первом туре – специалисты промышленности. Во втором туре – наиболее квалифицированные специалисты из органов, принимающих решения и специалисты в области естественных и технических наук.

Метод PATTERN (Planning Assistance Through Technical Evaluation of Relevance Numbers – помощь планированию посредством относительных показателей технической оценки). Используется для повышения эффективности принятия решений в области долгосрочных научно- технических исследований

Суть метода заключается в следующем. Исходя из сформулированных целей на прогнозируемый период осуществляется построение дерева целей. Для каждого уровня целей вводится ряд критериев. С помощью экспертной оценки определяются веса критериев и коэффициенты значимости, характеризующие важность вклада целей в обеспечение критериев.

Развитием этого метода является метод решающих матриц, предложенный Г.С.Поспеловым в 1966 году. Метод использовался при планировании средств на фундаментальные исследования. Пример использования этого метода изложен в лабораторной работе 4.