Особенности эвристических методов исследования систем

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение	3
1. Концептуальные  основы  исследования   систем   управления	5
2. Особенности эвристических   методов  исследования   систем     2.1. Характеристика   эвристических   методов  исследования   систем     2.2. Организация   проведения исследования  с  использованием  эвристических  методов	15   15   26
3. Исследование   системы  с  использованием  эвристических  методов	31
Заключение	41
Список литературы	43
Приложение	45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Всякая продуктивная деятельность человека, в сущности, является творчеством. Но, в зависимости от объёма и глубины знаний, накопленного опыта, интуиции уровень творчества различен. Изобретательское мастерство во многом определяется умением видеть тенденции развития техники.

Если все известные методы решения творческих задач разделить по признаку доминирования логических эвристических (интуитивных) процедур и соответствующих им правил деятельности, то можно выделить две большие группы методов:

а) логические методы – это методы, в которых преобладают логические правила анализа, сравнения, обобщения, классификации, индукции, дедукции и т.д.;

б) эвристические методы.

Для того чтобы разобраться более глубоко в том, что понимать под эвристическими методами, следует обратить внимание на то, что метод словесно можно представить в виде некоторой системы правил, то есть описания того, как нужно действовать и что нужно делать в процессе решения задач определенного класса. Из разнообразного набора правил деятельности в решении задач принципиально можно выделить два больших класса предписаний: алгоритмы или алгоритмические предписания и эвристики – эвристические предписания. Если алгоритмы жестко детерминируют наши действия и гарантируют в случае их точного выполнения достижение успеха в решении соответствующего типа задач, то эвристики и эвристические предписания лишь задают стратегии и тактике наиболее вероятное направление поиска идеи решения, но не гарантируют успеха решения.

Эвристические методы – это система принципов и правил, которые задают наиболее вероятностные стратегии и тактики деятельности решающего, стимулирующие его интуитивное мышление в процессе решения, генерирование новых идей и на этой основе существенно повышающие эффективность решения определенного класса творческих задач.

Объектом  исследования    является ЗАО  «Антипинский нефтеперерабатывающий завод» - предприятие, осуществляющее производство и реализацию нефтепродуктов  на  территории Тюменской области.

Предмет  исследования -  эвристические    методы.

Целью данной работы является характеристика  применения  эвристических   методов  в  исследовании   систем   управления.

Задачи работы:

-дать характеристику концептуальным  основам  исследования  систем  управления;

-охарактеризовать  эвристические  методы  исследования   систем;

-рассмотреть организацию проведения  исследования  с использованием эвристических   методов;

-провести  исследование  системы  с  использованием  эвристических   методов.

Методологическую базу исследования  составили труды таких авторов, как М.М. Алексеевой,  И.В.  Авдеева, О.И. Волкова. В.П. Пугачева,  В.Е. Тищенко  и других авторов.

В работе использовались аналитические методы,   методы научной абстракции, статистического и экономического анализа и синтеза, сравнения и группировки данных, индуктивные и дедуктивные методы.

Работа состоит  из введения, основной части, которая включает три главы, заключения и списка литературы, состоящего из  тридцати одного  источника и приложения.

 

 

 

1. Концептуальные основы  исследования систем управления  

 

Система (греч. Systema- целое, составленное из частей) [9,c.125].

Система – это множество составляющих единство  элементов, связей и взаимодействий между ними и внешней средой, образующие определенную целостность, качественную определенность и целенаправленность.

Основные типы системных представлений.

Микроскопическое представление системы основано на понимании ее как множества наблюдаемых и неделимых величин (элементов). В принципе абсолютно неделимых элементов нет, однако в каждом конкретном случае проектирования системы элемент принимается неделимым. Структура системы фиксирует расположение выбранных элементов и их связи.

Под функциональным представлением системы понимается совокупность действий (функций), которые необходимо выполнять для реализации целей функционирования системы.

Макроскопическое представление характеризует систему как единое целое, находящееся в «системном окружении» (среде). Это означает, что реальная система не может существовать вне системного окружения (среды), а окружающая среда представляет собой ту систему, в рамках которой выбраны интересующие нас объекты. Следовательно, система может быть представлена множеством внешних связей со средой.

Иерархическое представление основано на понятии «подсистема» и рассматривает всю систему как совокупность подсистем, связанных иерархически.

Процессуальное представление характеризует состояние системы во времени.

Черты, общие для систем различной природы.

1. Цельность системы. Все ее части  служат достижению единой цели  и обладают некоторыми общими  свойствами, признаками и поведением. Однако свойство системы в целом не есть сумма свойств составляющих ее частей (эмержентность соединения), и наоборот, нельзя вывести свойства частей из свойства системы.

2. Величина (масштаб) системы, что определяется  как разнообразием, так и количеством составляющих ее элементов.

3. Сложность системы: наличие большого  количества и разнообразия связей  между элементами как по вертикали, так и по горизонтали, поэтому  изменение в каком-либо одном  компоненте влечет за собой  изменение в других.

4. Стохастическая природа входных  воздействий, поведения системы  в целом. Следовательно, независимо  от сложности и размера системы  ее поведение в любой момент  времени имеет вероятностный  характер.

5. Наличие элементов конкурентной  ситуации. Это характерно в первую очередь для наиболее сложных систем и предполагает, что обязательно существуют элементы, которые стремятся уменьшить эффективность системы.

6. Делимость - возможность расчленения  системы на составляющие ее  компоненты.

7. Изолированность, т. е. совокупность элементов, образующих систему, и связи между ними можно оградить от внешнего окружения и рассматривать изолированно, но эта изолированность относительна (абсолютна для закрытых систем).

8. Множественность состояния частей  целого: каждый элемент системы обладает своим поведением и состоянием, отличными от других и системы в целом.

9. Структурность: любая система  обладает структурой (хотя бы  слабо выраженной) - совокупностью  связей между частями целого.

10. Иерархичность: любая система  может быть последовательно расчленена на составляющие ее компоненты сверху вниз - от более сложных и больших систем к подсистемам, компонентам и т. д.

Виды систем. Существует множество классификаций систем в зависимости от целей исследования.

1. По природе элементов

Реальными (физическими) системами являются объекты, состоящие из материальных элементов. Среди них обычно выделяют механические, электрические (электронные), биологические, социальные и другие подклассы систем и их комбинации.

Абстрактные системы составляют элементы, не имеющие прямых аналогов в реальном мире. Они создаются путем мысленного отвлечения от тех или иных сторон, свойств и(или) связей предметов и образуются в результате творческой деятельности человека. То есть это продукт его мышления. Пример абстрактных систем: системы уравнений, системы счисления, идеи, планы, гипотезы, теории и т.п.

2. В зависимости от происхождения 

Естественные системы — продукты развития природы — возникли без вмешательства человека. К ним можно отнести климат, почву, живые организмы, солнечную систему и другие системы. Появление новой естественной системы — большая редкость.

Искусственные системы — результат созидательной деятельности человека, следовательно, со временем их количество увеличивается.

3. По длительности существования

К постоянным обычно относятся естественные системы, хотя с точки зрения диалектики все существующие системы временные.

К временным относятся искусственные системы, которые в процессе заданного времени функционирования сохраняют существенные свойства, определяемые предназначением этих систем.

4. В зависимости от степени  изменчивости свойств 

К статическим относятся системы, при исследовании которых можно пренебречь изменениями во времени характеристик их существенных свойств.

Динамические системы имеют множество возможных состояний, могущие меняться как непрерывно, так и в дискретные моменты времени.

5. В зависимости от степени  сложности 

Простые системы с достаточной степенью точности могут быть описаны известными математическими соотношениями. Особенность простых систем — в практически взаимной независимости от свойств, позволяющей исследовать каждое из них в отдельности в условиях классического лабораторного эксперимента и описать методами традиционных технических дисциплин (электротехника, радиотехника, прикладная механика и др.). Простые системы — отдельные детали, элементы электронных схем и т.п.

Сложная система—система, состоящая из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов. Каждый из них может быть представлен в виде системы (подсистемы). Сложные системы характеризуются многомерностью (большим числом составленных элементов), многообразием связей, разнородностью структуры, многообразием природы элементов. Сложные системы обладают свойствами, которыми не обладает ни один из составляющих элементов. Сложные системы — организм или человек, ЭВМ и т.д. Особенность сложных систем в существенной взаимосвязи их свойств.

Большие системы — это сложные пространственно-распределенные системы, в которых подсистемы (ее составные части) относятся к категориям сложных. Большие системы — автоматизированные системы управления, воинские части, системы связи, промышленные предприятия, отрасли промышленности и т.п. [12,c.153].

6. По степени связи с внешней  средой

Изолированные системы не обмениваются со средой энергией и веществом.

Закрытые системы не обмениваются с окружающей средой веществом, но обмениваются энергией.

Открытые системы обмениваются с окружающей средой энергией и веществом.

7. В зависимости от реакции  на возмущение воздействия

Активные системы способны противостоять воздействиям среды (противника, конкурента и т.д.) и сами могут воздействовать на нее.

У пассивных систем это свойство отсутствует.

8. По характеру поведения все  системы подразделяются на системы  с управлением и без управления.

Класс систем с управлением образуют системы, в которых реализуется процесс целеполагания и целеосуществления.

Примером системы без управления может служить Солнечная система, в которой траектории движения планет определяются законами механики.

9. В зависимости от степени  участия человека в реализации  управляющих воздействий 

К техническим относятся системы, которые функционируют без участия человека.

К человеко-машинным (эргатических) системам относятся автоматизированные системы управления различного назначения. Их характерной особенностью является то, что человека сопряжен с техническими устройствами, причем окончательное решение принимает человек - лицо, принимающее решение (ЛПР), а средства автоматизации лишь помогают ему в обосновании правильности этого решения.

К организационным системам относятся социальные системы — группы, коллективы людей, общество в целом.

Понятия, характеризующие систему.

Элемент — это составная часть сложного целого. В нашем понятии сложное целое — это система, представляющая собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов.

Элемент — неделимая часть системы; часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению ко всей системе и неделимая при данном способе выделения частей. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения.

Сам элемент характеризуется только его внешними проявлениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элементами и внешней средой.

Связь — совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами — это выявить наличие зависимостей их свойств [15,c.98].

Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний характер.

Взаимосвязи — совокупность двухсторонних зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы.

Взаимодействие — совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.

Структура системы — совокупность элементов системы и связей между ними в виде множества.

Внешняя среда — набор существующих в пространств и времени объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на систему.

Состояние системы — совокупность состояний ее элементов и связей между ними.

Обратная связь — то, что соединяет выход со входом системы и используется для контроля за изменением выхода.

Ограничения системы — то, что определяет условия реализации процесса (процесс — последовательность операций по преобразованию чего-либо, т.е. то, что преобразует вход и выход). Ограничения бывают внутренними и внешними. Одна из внешних ограничений — цель функционирования системы. Пример внутренних ограничений — ресурсы, обеспечивающие реализацию того или иного процесса.

Движение системы — процесс последовательного изменения состояния системы.

Процесс — совокупность последовательных изменений состояния системы для достижения цели.

Понятие системы управления

Системы, в которых протекают процессы управления, называются системами управления.

Система управления (СУ) организацией включает в себя совокупность всех служб организации, всех подсистем и коммуникаций между ними, а также процессов, обеспечивающих заданное функционирование.

В управляющую часть входит дирекция, менеджеры и информационные подразделения, обеспечивающие работу руководящего звена.

Управляемая часть — это различные производственные и функциональные подразделения, занятые обеспечением производственного процесса.

СУ- управляющая подсистема совместно с системой связи

Система управления как объект исследования обладает следующими признаками:

-состоит из множества (по крайней мере двух) элементов, расположенных иерархически;

-элементы систем (подсистемы) взаимосвязаны посредством прямых и обратных связей;

-система — это единое и неразрывное целое, являющееся целостной системой для нижестоящих иерархических уровней$

-имеются фиксированные связи системы с внешней средой.

Требования, предъявляемые к системам управления (должно обеспечивать условия эффективного уровня функционирования органов управления):

-детерминированность элементов системы;

проявляется в организации взаимодействия подразделений органов управления, при которой деятельность одного элемента (управления, отдела) сказывается на других элементах системы.

-динамичность системы;

способность под воздействием внешних и внутренних возмущений оставаться некоторое время в определенном неизмененном качественном состоянии.

-наличие в системе управляющего параметра;

параметр (элемент), посредством которого можно управлять деятельностью всей системы и ее отдельными элементами. Таким параметром (элементом) в социально управляемой системе является руководитель подразделения данного уровня.

-наличие в системе контролирующего параметра;

элемент, который постоянно контролировал бы состояние субъекта управления, не оказывая при этом на него (или на любой элемент системы) управляющего воздействия.

-наличие в системе каналов (по крайней мере, одного) обратной связи.

Наличие прямых и обратных связей (пятое требование) в системе обеспечивается четкой регламентацией деятельности аппарата управления по приему и передаче информации при подготовке управленческих решений.

Совершенствование систем с управлением сводится к сокращению длительности цикла управления и повышению качества управляющих воздействий (решений). Эти требования носят противоречивый характер. При заданной производительности СУ сокращение длительности цикла управления приводит к необходимости уменьшения количества перерабатываемой информации, а следовательно, к снижению качества решений. Одновременное удовлетворение требований возможно лишь при условии, что будет повышена производительность УС и СС по передаче и переработке информации, причем повышение производительности обоих элементов должно быть согласованным.

Основными путями совершенствования систем управления являются:

1.  Оптимизация численности управленческого персонала. Самый естественный путь, позволяющий поднять производительность, - увеличить число людей. Так и поступали длительное время. В результате численность управленческого персонала возрастала. Количество информации, которую надо перерабатывать каждому человеку во многих современных системах, настолько возросло, что далеко выходит за пределы человеческих возможностей. Поэтому дальнейшее увеличение численности людей, занятых в управлении, уже не может привести к повышению его эффективности.

2.  Использование новых способов  организации работы СУ. В органах  управления используются методы  параллельного сетевого планирования  и управления с использованием  компьютерных средств системного  анализа, когда нижестоящие органы  приступают к выработке решения на основе предварительных распоряжений, отданных ЛПР, не дожидаясь окончания планирования в вышестоящих органах управления. Освоение данного способа позволяет сократить время на разработку планов в несколько раз.

3. Применение новых методов решения управленческих задач. Направлено на получение более качественных решений и требует увеличения времени [18,c.163].

4.  Изменение структуры СУ. При  усложнении ОУ, как правило, производится  замена простой структуры УС  на более сложную, чаще всего иерархического типа, при упрощении ОУ — наоборот. Изменением структуры считается и введение обратной связи в систему. В результате перехода к более сложной структуре функции управления распределяются между большим числом элементов УС и производительность СУ повышается.

5.  Перераспределение функций  и задач в УС. Если подчиненные  УС могут решать самостоятельно  очень ограниченный круг задач, то, следовательно, центральный управляющий  орган будет перегружен, и наоборот. Необходим оптимальный компромисс между централизацией и децентрализацией. Решить эту проблему раз и навсегда невозможно, так как функции и задачи управления в системах непрерывно изменяются.

6.  Механизация управленческого  труда. Поскольку информация всегда  требует определенного материального  носителя, на котором она фиксируется, хранится и передается, то, очевидно, необходимы физические действия  по обеспечению информационного  процесса в СУ. Использование различных средств механизации позволяет значительно повысить эффективность этой стороны управления. К средствам механизации относятся средства для выполнения вычислительных работ, передачи сигналов и команд, документирования информации и размножения документов. В частности, использование ПЭВМ в качестве пишущей машинки относится к механизации, а не к автоматизации управления.

7. Автоматизация. Сущность автоматизации  заключается в использовании  ЭВМ для усиления интеллектуальных  возможностей ЛПР.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Особенности эвристических   методов  исследования   систем

    2.1. Характеристика   эвристических   методов  исследования   систем

 

Впервые учение об эвристических методах разработано и введено в практику Сократом. Известно, что межотраслевой фонд эвристических приемов насчитывает около 200 проверенных мировым опытом рекомендаций по совершенствованию известных или синтезу новых проектных решений. Использование этих методов и приемов помогают решать самые различные проблемные задачи, возникающие в человеческой деятельности.

Термин «эвристика» происходит от греческого heuresko – отыскиваю, открываю. В настоящее время используется несколько значений этого термина. Эвристика может пониматься как:

1) научно-прикладная дисциплина, изучающая  творческую деятельность (в то же время следует признать, что основателей теории и общепринятых основных положений не существует);

2) приемы решения проблемных (творческих, нестандартных, креативных) задач в  условиях неопределенности, которые  обычно противопоставляются формальным методам решения, опирающимся, например, на точные математические алгоритмы;

3) метод обучения;

4) один из способов создания  компьютерных программ.

В одних источниках указывается, что понятие «эвристика» впервые появилось в трудах греческого математика Паппа Александрийского, жившего во второй половине III века нашей эры, в других приоритет первого упоминания отдается трудам Аристотеля.

Многие авторы упоминают вклад в эвристику Раймонда Луллия (ок. 1235 – ок. 1315), который еще в XIV в. пытался создать машину для решения различных задач на основе всеобщей классификации понятий.

В своих исследованиях природы научных открытий, Имре Лакатос (1922–1974) ввел понятия позитивной и отрицательной эвристик. В рамках научной школы некоторые правила предписывают, какими путями следовать в ходе дальнейших рассуждений. Эти правила и образуют позитивную эвристику [3,c.142]. Другие же правила говорят, каких путей следует избегать. Это – отрицательная эвристика.

Все же основой эвристики является психология, особенно тот ее раздел, который получил название психологии творческого или продуктивного мышления. Например, использование эвристических методов технического творчества (прямая и обратная мозговая атака, метод эвристических приемов и метод морфологического анализа и синтеза) в компьютерной инженерии позволяют развить творческое воображение и способности учащихся сделать первые шаги к изобретательству – созданию новых технических решений. Эвристические приемы как готовые схемы действия составляют объект эвристической логики, а реальный процесс эвристической деятельности – объект психологии. Но если эвристические приемы могут быть представлены в виде определенной логической схемы, т.е. могут быть описаны математическим языком, то эвристическая деятельность на современном этапе развития науки не имеет своего математического выражения [12,c.175].

В эвристике как молодой, развивающейся науке не все понятия достаточно четко определены. Это, прежде всего, относится к понятию «эвристический метод». Многие исследователи понимают под ним определенный эффективный, но недостаточно надежный способ решения задач. Он позволяет ограничивать перебор вариантов решения, т.е. сокращать число вариантов, изучаемых перед тем, как выбрать окончательное решение. Понятно, что это определение понятия «эвристический метод» не может быть признано удовлетворительным, так как в нем представлена лишь внешняя характеристика явления, но не раскрыты существенные его черты.

Впервые учение об эвристических методах разработано и введено в практику Сократом. Подобные процедуры – в виде диспутов – были широко распространены в средневековых университетах. Построение диспутов осуществлялось в соответствии с выработанными нормативами, которые были творчески переосмыслены в XX столетии. Так, например, они легли в основу проекта В.С. Библера «Школа диалога культур».

Чтобы раскрыть существо этого понятия, необходимо иметь в виду, что сам термин «эвристический» применим к явлениям двоякого рода. Во-первых, можно рассмотреть как эвристическую деятельность человека, которая приводит к решению сложной, нестандартной задачи, во-вторых, эвристическими можно считать и специфические приемы, которые человек сформировал у себя в ходе решения одних задач и более или менее сознательно переносит на решение других задач [19,c.183].

К эвристическим следует причислить методы, не имеющие предписывающего значения, как в случае с использованием алгоритмических методов. Характерным свойством эвристических методов является их ориентация на объяснение и понимание происходящих событий. В силу этого обстоятельства необходимость в применении эвристических методов приходится на ранние этапы в динамике научно-исследовательского цикла, тогда как сфера действия алгоритмических методов охватывает его заключительные этапы. Эвристический метод позволяет предоставить больше самостоятельности и творческого поиска.

Эвристические методы обеспечивают выявление, обработку и упорядочение системы закономерностей, механизмов и методологических средств конструирования нового задания и целеустремленных способов деятельности на основе обобщения прежнего опыта и опережающего отражения моделей будущего с целью решения поставленной задачи наиболее эффективно.

Необходимо последовательно раскрыть эвристические методы, которые могут быть широко применены в творческой деятельности менеджера [14,c.190].

1) Метод «мозгового штурма»

Метод и термин «мозговой штурм», или «мозговая атака» предложены американским ученым А.Ф. Осборном.

Эвристический диалог «мозговой атаки» базируется на ряде психологических и педагогических закономерностей.

Основные принципы и правила этого метода – абсолютный запрет критики предложенных участниками идей, а также поощрение всевозможных реплик, шуток. Более подробно рассмотрим его в следующей главе.

2) Метод коллективного поиска  оригинальных идей базируется на следующих психолого-педагогических закономерностях и соответствующих им принципах.

Первая закономерность и соответствующий ей принцип сотворчества в процессе решения творческой задачи. Руководитель группы, опираясь на демократический стиль общения, поощряя фантазию, неожиданные ассоциации, стимулирует зарождение оригинальных идей и выступает как их соавтор. И чем более развиты способности руководителя к сотрудничеству и сотворчеству, тем эффективнее, при прочих равных условиях, решение творческой задачи.