Планирование эксперимента систем управления
Содержание
Введение
Актуальность темы курсовой работы заключается в том, что в условиях рыночной экономики устойчивость и успех любого субъекта может обеспечить только эффективное планирование его деятельности. Планирование функционирует в таких сферах, как планирование деятельности отдельной хозяйственной единицы и планирование хозяйственных отношений. Планирование, как центральное звено управления, охватывает систему принципов, методов, форм и приемов регулирования рыночного механизма в области использования ограниченных ресурсов с целью повышения конкурентоспособности хозяйственного субъекта.
В планировании обоснование принимаемых решений и прогноз ожидаемых результатов опираются на теоретические положения и принципы, а также практические данные и факты. Теория планирования использует такое предположение, что каждое предприятие будет стремиться к повышению совокупной прибыли, обоснованию планов предприятия по выбору вида выпускаемой продукции, набору требуемой рабочей силы, закупок необходимых ресурсов для организации производства определенного количества товаров и получению максимальной прибыли.
Значимость СУ в достижении целей и решении задач, стоящих перед организациями, нельзя переоценить. В связи с этим специалистам в области менеджмента необходимо иметь знания, умения и навыки по их исследованию. Квалифицированно проведенные исследовательские работы СУ позволят обеспечить развитие теории и практики построения новых и совершенствования действующих СУ, что создаст в дальнейшем условия для более эффективного их функционирования.
Задачи исследования СУ ставятся в подавляющей части случаев применительно к хозяйственным организациям, поэтому в данном пособии большее внимание будет уделено именно такого вида объектам. При этом организация или предприятие рассматривается как определенная целостность, представляющая собой социально-экономическую систему.
Актуальность темы курсовой работы заключается в том, что
Основной целью данной курсовой работы является применение планирования эксперимента для исследования характеристик СУ фирмой.
Исходя из цели работы, были определены следующие задачи:
- рассмотреть понятие эксперимента, классификация и методология;
- рассмотреть возможности экспериментирования в управлении организациями;
- рассмотреть практику применения методов эксперимента на примере предприятия.
Объектом исследования работы является ООО «Приморские окна».
Предмет исследования – планирование метода эксперимента на примере предприятия.
1 Понятие эксперимента, виды, методология, экспериментирование в управлении организациями
1.1 Понятие эксперимента, классификация и методология
Эксперимент (проба, опыт) — метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Нередко главной задачей эксперимента служат проверка гипотез и предсказание теории, имеющей принципиальное значение. В связи с этим эксперимент как одна из форм практики выполняет функцию критерия истинности научного познания в целом.
Изложим
несколько фундаментальных
Таблица 1.1 Фундаментальных правил проведения эксперимента, сформулированные А. Пуанкаре
| № | Содержание |
| 1 |
|
| 2 |
|
| 3 |
|
| 3 |
|
Эксперименты в системах управления проводятся с целью оценки возможных последствий от реализации идей или гипотез, программ и проектов по созданию, развитию и реорганизации (реструктуризации, преобразования, трансформации и др.) и систем управления, и управляемых объектов.
Постановка и организация эксперимента определяются его назначением, которое весьма многогранно, что и породило множество признаков различия экспериментов. Рассмотрим основные виды экспериментов, имеющие отношение к исследованию систем управления (приложение 1). [20, с. 271].
В силу сложности экспериментальных исследований, прежде чем приступить к ним, необходимо разработать методологию эксперимента.
Методология эксперимента — это концепция, общие принципы, структура эксперимента, его постановка и последовательность выполнения экспериментальных исследований.
Цель разработки методологии эксперимента — это экономия мысли и труда. Одним из направлений, позволяющим осуществить сформулированную цель, служит применение математических методов планирования эксперимента. По определению В.В. Налимова, «планирование эксперимента — это оптимальное управление экспериментом при неполном знании механизма явления» [20, с. 273]. Математические методы планирования эксперимента позволяют исследовать и оптимизировать сложные системы и процессы, обеспечивая высокую эффективность эксперимента и точность определения исследуемых факторов. Планирование эксперимента рассматривается как одно из направлений кибернетики, так как во многих случаях, приступая к изучению некоторого объекта, исследователь не знает всех тонкостей механизма его функционирования. Тогда, основываясь на принципах кибернетики, объект в целом или его элементы можно представлять в виде «черного ящика». В основу планирования эксперимента положены принципы теории эксперимента, такие как последовательность проведения, рандомизация, оптимальное использование факторного пространства и математическое моделирование (приложение 2).
Логически выстроенная последовательность этапов применения специальных положений, правил, методов, способов и приемов исследования для достижения цели эксперимента отображается в виде методики эксперимента. Число этапов и содержание исследований зависят от способа изучения объекта. Рассмотри основные этапы изучению содержания этапов в понятиях классического и вычислительного экспериментов.
Классический эксперимент. Процесс выполнения классического (материального) эксперимента структурируется в шесть последовательно выполняемых этапов (таблица 1.2) [20, с. 275].
Таблица 1.2 Содержание этапов классического эксперимента
| Этап | Содержание |
| 1 | Постановка проблемы, обоснование целей и задач эксперимента. Содержание первого этапа зависит от того, какой проблемой обусловлен эксперимент, т.е. совершенствование, развитие или реорганизация системы управления. Отметим некоторые его особенности. Обоснование цели и задач эксперимента основывается на анализе собранной информации, выдвинутой гипотезе и теоретических разработках. Цель должна определять ожидаемые результаты исследования, а задачи — промежуточные результаты, которые будут получены по отдельным этапам исследования. |
| 2 | Формализация
изучаемой реальности. Началом изучения
объекта эксперимента следует считать:
а) построение его структурной модели с использованием принципов кибернетики и процессного подхода; б) сбор, изучение и анализ имеющихся данных об объекте; в) определение входных X (экзогенных) и выходных Y (эндогенных) параметров также параметров преобразования (управляемых переменных) — Z. |
| 3 | Обоснование средств
и требуемого количества измерений
или наблюдений, которые рассматриваются
в качестве источников сбора информации.
Для измерения в первую очередь
используются стандартные, серийно выпускаемые
приборы и аппараты.
В отдельных случаях возникает потребность в создании уникальных средств измерения. |
| 4 | Проектирование процесса проведения эксперимента. В начале составляют последовательность (очередность) проведения измерений и наблюдений в приложении к структурной модели объекта. Затем каждую операцию измерения описывают с учетом выбранных измерительных средств. Большое внимание уделяют методам контроля качества операций, записи результатов наблюдений и измерений. |
| 5 | Планирование эксперимента. Планирование эксперимента необходимо во всех случаях, когда еще перед началом исследования предварительные знания можно представить (задать гипотезу) математической моделью. Планирование эксперимента начинается с выбора варьируемых факторов и установления основных и второстепенных, влияющих на исследуемый процесс. |
| 6 | Выбор методов
обработки и анализа |
Вычислительный эксперимент. Принципиальное отличие вычислительного эксперимента от классического состоит в том, что он проводится не с реальной системой, а с ее моделью. В этом контексте особенно заслуживают внимания имитационные эксперименты. Под вычислительным экспериментом понимается численный метод проведения экспериментов с математическими и имитационными моделями, описывающими поведение сложных систем в некоторый период времени. В процессе вычислительного эксперимента исследователь имеет дело с тремя основными моделями (рисунок 1): [10, с. 17]
- реальным объектом (система);
- имитационной моделью объекта;
- информационно-вычислительной системой (ИВС).
Экспериментирование
Рисунок 1 -. Агрегированная структура вычислительного эксперимента
В понятие «имитационная модель объекта» (или имитация) при вычислительном эксперименте вкладывается широкий смысл. Здесь понимается не только «чисто» имитационная модель, но и комплекс математических моделей, описывающих функционирование системы разной природы. Таким образом, вычислительный эксперимент — это всегда имитация некоторой реальности.
Область применения вычислительных экспериментов в экономике и управлении простирается от имитации конкретных видов деятельности до имитации функционирования корпорации и даже экономики страны с применением различного класса моделей. Об этом свидетельствуют исследования Т. Нейлора и его коллег из Университета социальных систем и имитационного моделирования, а также разработки в области моделирования экономики, управления и практического менеджмента — деловые игры, «case — stade» и практические управленческие задачи [11, с. 17]. Вычислительные эксперименты позволяют исследовать все то, что не подвластно классическому эксперименту, а именно:
а) изучить сложные внутренние взаимодействия подсистем и элементов системы и воздействие на их функционирование различного характера изменений во внешней среде;
б) вскрыть важные особенности в функционировании системы и разработать предложения по ее совершенствованию;
в) получить новые знания, изучить и оценить новые ситуации, располагая неполной информацией о событиях будущего;
г) проработать
варианты стратегий и политики и предсказать
узкие
места и другие трудности до их фактического
применения.
Схема основных этапов вычислительного эксперимента, составленная с учетом рекомендаций из публикаций, приводится на рис. 2.
Дадим краткое пояснение выделенным на рисунок 2 этапам вычислительного эксперимента. Как и любое исследование, вычислительный эксперимент начинается с формулировки проблемы (этап I) и ясного изложения целей эксперимента. Цели эксперимента задают в виде [13, с. 13]:
- рабочих гипотез, которые надо проверить;
- вопросов, на которые надо ответить;
- управляющих воздействий, которые надо оценить.
Построению базовой модели всегда предшествует принятие гипотезы об особенностях функционирования исследуемой системы (этап II), например она динамическая или статическая, детерминированная или вероятностная, характер ее функционирования непрерывный или дискретный.
Рисунок 2 - Содержание и последовательность этапов вычислительного эксперимента
При построении имитационной модели системы (этап III) возникает несколько проблемных вопросов [4, с. 9]:
- о сложности модели — надо строить такие математические модели, которые давали бы точное описание поведения системы и не требовали бы сложного программирования и вычисления;
- о продолжительности программирования и вычислений на компьютере — эксперимент должен проходить за приемлемое для исследователя время;
3) об
адекватности модели
Разработка программного обеспечения эксперимента (этап IV) включает создание комплекса программ компьютерной имитации, организацию данных и начальных условий функционирования системы, а также генерирование недостающих данных.
Наиболее сложная задача, выполняемая на этапе V, связана с планированием вычислительного эксперимента, так как тип плана эксперимента всегда зависит от поставленной цели и исследуемого объекта. В теории планирования эксперимента есть два важных понятия: фактор и реакция. Оба термина относятся к переменным. Фактор — экзогенная или управляющая переменная, реакция — эндогенная (выходная) переменная. Анализ факторов при выполнении вычислительных экспериментов производится по следующей общепринятой схеме [15, с. 12].
- Управляем ли рассматриваемый фактор?
- Наблюдаемы ли (измеряются, регистрируются, фиксируются) значения фактора?
- Составляет ли влияние фактора предмет изучения или он включен только для увеличения точности эксперимента?
- Являются ли уровни фактора количественными или качественными?
- Является ли фактор фиксированным или случайным?
Планирование вычислительного эксперимента проводится с целью сокращения числа вычислительных прогонов и их продолжительности, количества наблюдаемых переменных, шагов изменения параметров и т.д. Не исключаются случаи, когда исследователь отказывается строго фиксировать схему проведения эксперимента. Принимаемая им стратегия предусматривает возможность принятия решений в зависимости от результатов, получаемых на отдельных этапах исследования. Например, исследователь, в зависимости от априорных сведений и ранее полученных результатов, прибегает последовательно к различным методам нахождения решения: линейному приближению, описанию полиномами второго, а иногда и третьего порядка и т.д. Здесь каждый последующий шаг определяется ранее полученными результатами. Планирование вычислительного эксперимента сопровождается рядом таких проблем, как «проблема объема» или проблема слишком большого количества факторов, проблема выбора плана эксперимента в соответствии с его целью, проблема многокомпонентной реакции, порождающая проблему оценки результатов имитационного моделирования. Планирование вычислительного, как и любого другого, эксперимента заслуживает специального изучения.
Выработка решений по управлению экспериментом (этап VI) основана на оценке исходной гипотезы о поведении исследуемой системы и отладке имитационной модели и построении алгоритма (блок-схемы) организации эксперимента [16, с. 22].
Имитационный эксперимент (этап VII) — это проведение серии имитационных расчетов в системном масштабе времени и по разработанному алгоритму. Каждая реализация модели отличается от другой только в одном изучаемом аспекте. Таким образом, в результате имитационного эксперимента образуются ряды статистических данных (выборки), обработка которых требует определенных знаний.
После того как эксперимент проведен и получены результаты, возникает задача — представить эти результаты в компактной форме, выдать рекомендации и сделать заключение (этапы VIII и IX). Основным требованием к обработке (редукции) выходных данных служит извлечение максимума информации. К основным методам обработки данных относятся методы математической статистики: дисперсионный анализ (критерий F, методы множественных сравнений упорядочения), спектральный анализ и эвристические процедуры, основанные на оценке параметров статистических распределений. Применение идей и методов математической статистики резко сокращает объем экспериментальных исследований и, что самое главное, увеличивает четкость суждений исследователя о полученных результатах в ходе эксперимента.
Каждый
рассмотренный этап классического
и вычислительного
1.2 Возможности экспериментирования в управлении организациями
Экспериментирование в управлении организациями с использованием имитационного моделирования получило развитие в таких формах, как:
- деловые игры;
- хозяйственные ситуации («case — stade»);
- решение практических задач [20, с. 283].
Возможности,
которые открываются с
а) принятии наилучшего решения в конкретных ситуациях бизнеса с учетом множества разнообразных факторов;
б) повышении качества проектирования новых и реконструкции действующих предприятий;
в) научном исследовании проблем управления, анализе поведения сложных производственных систем и разработке научно обоснованных прогнозов развития отдельных направлений управленческой деятельности.
Каждый выделенный инструмент имеет приоритетную ориентацию.
Деловые игры представляют собой специальный вид компьютерной имитации бизнес-ситуаций с активным участием человека на отдельных этапах принятия решений [20, с. 284]. Приемы игрового моделирования много веков используются в военных играх как средство обучения армии. В экономике и управлении их применение началось с 1950-х гг. с разработки в 1956 г. Американской ассоциацией управления модели, известной под названием Top Management Decision Game. С тех пор разработаны сотни деловых игр, которые используются в качестве аппарата для практических исследований и как метод изучения целого ряда дисциплин, таких как управление предприятием и персоналом, коммерция, теория организации, психология, финансы, торговля.
Деловая игра как экспериментальный метод исследования и метод обучения включает следующие процедуры:
- игровые роли и их исполнение;
- «игровые» действия, построенные по определенным правилам;
- моделирование «игрового» процесса.
Исполнение роли предполагает точное воспроизведение деятельности человека во внешнем плане. Принятие решений осуществляется на когнитивном, эмоциональном и поведенческом уровнях. Участники деловой игры выступают в ней как квалифицированные эксперты, действующие по заданным или вырабатываемым правилам.
Игровые действия определяются целевым аспектом эксперимента. Они могут задаваться по-разному: сценарием, ведущими (режиссером, фасилитатором) игры, нормативными документами, моделями или же формироваться игроками в интерактивном режиме в соответствии с их собственным видением ситуации и поставленными перед ними целями. Моделирование в игре — это имитационный эксперимент с использованием различного класса моделей: статических и динамических, детерминистических и стохастических, а также алгоритмов принятия решений и поведения.
Многообразие
разработанных деловых игр
Задачи деловых игр заключаются в следующем:
- наглядно представить и научиться формализовать положение и возможные стратегии управления организацией в рыночных условиях;
- изучить состав и отработать в имитационном режиме взаимосвязь основных подсистем и элементов системы управления и объекта управления;
- изучить и отработать в имитационном режиме взаимосвязь подсистем управления и субъектов внешней среды;
- освоить методы и приемы оперативного контроллинга в управлении производством с целью объективной оценки экономических последствий любого управленческого решения;
- приобрести навыки интеллектуальной конкуренции в осуществлении управления в условиях, максимально приближенных к реальной ситуации;
- научиться работать с современными компьютерными системами, освоить интерактивные режимы в решении слабо формализуемых управленческих задач.
Примерами распространенных в настоящий период деловых игр, ориентированных на имитационное моделирование, могут служить следующие компьютерные системы [10, с. 12]:
- «Открой успешный бизнес» (ОРГПРО) — обоснование решений при создании новой организации (нового предприятия);
- «Эффективный менеджмент и контроллинг» (СИПРОМЕК) — обоснование комплекса управленческих решений, обеспечивающих достижение предприятием установленных целей его функционирования;
- «Инновационная стратегия фирмы» (СТРАПЛАН) — обоснование решений в области стратегического управления и инновационного развития предприятия, а также производственного планирования;
- «Индикаторы успеха фирмы» (СЭМ) — система экономического мониторинга, основанная на анализе экономических результатов деятельности предприятия и исследований процессов возникновения кризисных ситуаций на предприятии.
Метод хозяйственных ситуаций, известный в международной практике как метод «case — stade», применяется для решения широкого круга управленческих задач и нацелен в основном на оптимизацию потенциала групповой и командной работы менеджеров. Метод хозяйственных ситуаций, отличающихся «изобилием неопределенности и противоречий», ориентирован на изучение и имитацию реальных конкретных событий, вариантность, высокую скорость проведения эксперимента. К типовым ситуационным задачам управления относятся [15, с. 17]:
- оценка коммуникационных способностей менеджеров;
- разрешение конфликтных ситуаций;
- разработка управленческих решений с применением эвристических методов, таких как метод «мозговой штурм», метод «Дельфи» и др.;
- разработка модели поведения руководителя на этапе вступления в должность;
- формирование структуры подразделения в системе управления;
•оценка потенциала структурного подразделения и др.
Метод решения практических задач управления предусматривает разработку и реализацию на основе имитационного моделирования алгоритмов решения типовых задач организационного проектирования, планирования и анализа деятельности предприятия. Алгоритмизация предполагает разработку детерминистических и стохастических моделей отдельных процедур (показателей, параметров) с рефлексивной увязкой процесса решения задачи. К наиболее распространенным задачам управления, решение которых достигается многовариантной проработкой и многокритериальной оценкой разрабатываемого решения, относятся следующие:
- формирование продуктовой стратегии с использованием матрицы BCG (метод «портфолио-анализ») и оценка стратегических зон хозяйствования;
- прогнозирование развития предприятий, оптимизация организации и структуры управления, планирование потребности в инвестициях;
- выбор поставщика при планировании закупок;
- календарное (стратегическое, тактическое, оперативное) планирование;
- управление запасами и обеспечение устойчивого функционирования производства.
В заключение главы процитируем слова профессора Лондонской школы экономики и политологии И.О. Энджела: «Организация должна находиться в постоянном процессе экспериментирования и изучения результатов эксперимента для того, чтобы справиться с непредсказуемыми и непланируемыми последствиями поведения системы... Менеджмент посредством изучения и экспериментирования играет решающую роль» [19, с. 16].