ММНИ учеб

Особенности системных решений проблем разного профиля

Системный подход для человека, с детства занимавшегося изобретательской деятельностью, является самым естественным способом творческих рассуждений. Так в восьмом классе один из авторов настоящей работы захотел создать автотрансформатор, пошагово подстраивающийся под входное напряжение для повышения напряжения в силовой сети частного дома (должно было быть 220 в) при входном напряжении, падавшем иногда до 30 в.

Для устройства сердечника (магнитопровода) автотрансформатора имелись только стандартные прямоугольные листы (рис. 1а) трансформаторной стали, причем, как всегда, в ограниченном количестве.

Технологически наиболее просто раскрой с помощью старых портновских ножниц можно было осуществить в виде, представленном на рис. 1а. Тогда магнитопровод собирался с минимумом магнитозазоров в виде рис. 1б. С целью увеличения выходного тока необходимо было увеличивать площадь окна (рис.1б и рис. 2), в которое укладывались витки медного провода, но для этого необходимо было уменьшать размер (рис. 1а), уменьшая тем самым сечение магнитопровода (см. рис. 2). То есть, уменьшение ширины пластин магнитопровода делало бы сечение магнитопровода малым, что ограничивало бы трансформируемую мощность.

Рис.1. Раскрой трансформаторной стали (а) для изготовления магнитопровода (б).

- ширина пластины создаваемого магнитопровода,

- площадь сечения окна для укладки витков катушки автотрансформатора.

Рис.2. Конструкция сердечника магнитопровода и катушки обмотки трансформатора.

Имелось противоречие. Для увеличения сечения меди в катушке трансформатора надо было уменьшать размер , а для увеличения трансформируемой мощности его надо было увеличивать, чтобы увеличить сечение магнитопровода. Две целевые функции (увеличение площади сечения меди и увеличение площади сечения магнитопровода) вступали в противоречие. Стояла конкретная практическая оптимизационная задача: максимизировать мощность нагрузки на выходе (чтобы можно было включить телевизор (600 вт), освещение (примерно 1 квт) и электроплитку (3 квт)). Несистемное рассмотрение каждой из рассматриваемых целевых функций приводило к неудовлетворительному результату. Необходимо было найти системное решение, в котором обе целевые функции участвовали бы взвешенно, с учетом их важности для увеличения мощности выходной нагрузки.

Как удалось осуществить системный подход к решению рассматриваемой проблемы, укажем после рассмотрения еще двух примеров.

Полученный опыт решения оптимизационной задачи позволил в десятом классе решить другую оптимизационную задачу на областной олимпиаде школьников и выиграть олипиаду, что было шагом на пути к победе по краю и диплому второй степени на Всероссийской олимпиаде.

В дальнейшем для бывшего юного техника более значимым явилось решение социально-экономической задачи оптимизации работы флота и портов по транспортному обеспечению нефтегазовых районов Сибири. Здесь опять же помог системный подход, хотя реализовывался он все еще интуитивно. Более того, системный подход приходилось реализовывать против воли вышестоящих руководителей. Так даже научный руководитель по аспирантуре советовал: «Не делайте двугорбого верблюда!» Имелось в виду не решать одновременно задачу нормирования длительности производственных процессов и задачу оптимизации графика движения транспорта.

Пришлось на научно-практической конференции опубликовать результаты исследований, показывающих, что нормы длительности транспортных процессов зависят от графика движения флота. В частности, очереди судов в ожидании грузовых работ зависят от графика движения. Автора доклада обвинили в аполитичности: «Как можно планировать ожидания (то есть простои!!!) в плановом социалистическом хозяйстве!!!» А между тем, в планировании с ожиданиями вскрывались возможности повышения эффективности, а также возможность более правильного обоснования пропускных способностей речных и морских портов. К счастью для автора, он нашел поддержку в министерстве в лице министра, и его результаты были внедрены в нормативный документ^⁴², утвержденный Министерством речного флота РСФСР, а автоматизированная система учета, нормирования и планирования работы транспорта, построенная с использованием найденого решения под руководством автора, была последовательно внедрена на Иртыше, Оби, Лене, Амуре и Волге. Внедрение этих результатов было столь значимо, что Западно-Сибирское пароходство было награждено орденом Трудового красного знамени.

Научный доклад^⁴³ по решению рассматриваемой проблемы, выдвинутый на конкурс научных работ бывших выпускников НГУ, занял второе место (после работы по БАМу).

Как удалось применить системный подход для решения этой проблемы, укажем после рассмотрения третьей.

Этот же подход позволил автору решить и задачу оптимизации доставки нефти и газа в Европу. Эффективность этого решения Государственный Комитет нефтепродуктов СССР оценил (имеется акт оценки) в 400 тыс. руб. в год. Для сравнения можно заметить, что автомобиль ВАЗ 2103 в то время продавался за 10 тыс. руб.

Наконец, в качестве третьего примера рассмотрим современную проблему государственного управления, при решении которой не обойтись без системного подхода.

Обсудим имеющиеся у лица, принимающего решения, средства, обеспечивающие его информацией для решений. Рассмотрим их под общим названием системного анализа. Речь пойдет о любом из многочисленных методов вычисления баланса результатов реализации решений и платы за их достижение. Иначе говоря, речь пойдет об оценке эффективности - задачи, которая возникает при создании систем как искусственных (социально-экономических, технических и др.), так и природных (см. Глава 2. Эволюция в зеркале эффективности^⁴⁴ и Глава 5. Современный этап эволюционной теории^⁴⁵).

Методы системного анализа служат для точного исчисления затрат и доходов, которые ожидаются от каждого осуществимого курса действий, и являются необходимыми при определении осуществимости рассматриваемого курса действий.

Системный анализ может заменить основанную на опыте интуицию в самых разнообразных ситуациях.

Предположим, что лицо, принимающее решения, получает заявки от ученых на дотацию по обеспечению их исследований. Задача состоит в том, какую из заявок поддержать, при наличии ограничений на бюджет.

Допустим, это заявки волнующих современное российское общество направлений здравоохранения и образования. (А ведь еще есть направления продовольственной безопасности, обороны, экономического развития и др.)

Заявки можно сгруппировать по категориям: а) исследования в области медицины и б) исследования в области образования. В пределах каждой категории эксперты способны оценить заявки по их приоритетности. Но не существует экспертов, способных объединить два списка в один приоритетный список, поскольку не существует рационального или объективного способа оценки медицины относительно образования. Таким образом, лицо, принимающее решения, оказывается в положении, когда оно может финансировать больше медицинских исследований только за счет финансирования меньшего числа исследований в области образования, и наоборот.

Как же ему следует поступить? Что важнее: финансирование образования или медицины? Автор этих строк уже высказывал мнение о сегоднящней приоритетности направлений^⁴⁶ развития страны: 1) продовольственная программа, 2) жилищная программа, 3) программа воспитания нового человека, 4) программа образования, 5) программа здоровья.

Если же посмотреть телевизионные выступления, то оказывается, что многие на первое место ставят программу здоровья. Но ведь это личные приоритеты тех, кто уже получил образование (Слава образованию Советского Союза!) и достиг зрелости, чтобы высказывать суждения по телевизору, соответственно, уже и накопил болячки, от которых хотел бы избавиться. Но эти выступления не отражают приоритеты жизнеобеспечения страны!

Приоритеты зависят от ценностей, которых придерживается лицо, принимающее решения, или организация, которую он представляет. Нельзя доказать, что имеется какой-либо единственный ответ (к примеру, мой), более верный, чем все остальные ответы. Правильное решение — предмет суждения. Должно быть учтено «мнение» общества об относительной важности здравоохранения и образования. Кроме того, это «мнение» может изменяться с течением времени. Накормим страну, обеспечим людей человеческим жильем, тогда можно будет тратиться на здоровье. А если вылечить бомжа, не дав ему работы и жилья, здоровье будет утрачено им в первую же холодную ночь или в первый же прием несъедобных продуктов (помните, как в фильме производства США «Генералы песчаных карьеров» старший подросток («генерал») наказывал младшему беспризорнику не есть гнилые помидоры с помойки).

Таким образом, выбирая заявки для субсидирования, лицо, принимающее решения, должно ориентироваться на ценности, которых придерживается общество, выразителем интересов которого оно является.

Предположим, что руководитель решил, что ни одна из рассматриваемых областей не важна настолько, что ему следует отказываться от другой. Иными словами, он считает, что ценности здоровья и образования таковы, что ему следует обеспечить какую-то часть каждой из этих областей. Такое решение наталкивается на проблему ценностей в наиболее сложной ее форме. Каждую возможную комбинацию ассигнований, в точности исчерпывающую данный бюджет, можно считать отдельным курсом действий. Руководитель должен при этом решить, какой из данных курсов действий обладает наибольшей социальной ценностью.

Проблема ценностей будет возникать всегда, так как только с их помощью лицо, принимающее решения, сможет согласовать несоизмеримые величины. Что же происходит в том случае, когда реальные решения требуют рассмотрения несоизмеримых величин и когда последние препятствуют использованию рациональных расчетов? Неужели методы системного анализа не будут играть никакой роли в принятии реальных решений? Если в проблему включены ценности, следует ли лицу, принимающему решения, ограничиваться применением чисто интуитивного подхода? Скажем, в нашем примере, разве у руководителя нет других возможностей, кроме как рассматривать заявки по одной, делая отчаянные попытки решить с помощью интуиции, следует ли их поддержать? Вовсе нет. Подобный подход не только придает чрезмерное значение интуитивной оценке характера ценностей, но и не позволяет надлежащим образом реализовать преимущества помощи, которую могут оказать методы системного анализа.

Можно оценить ряд заявок на проведение исследований в области образования; то же самое можно сделать и для медицинских исследований. И может оказаться возможным получить количественную меру относительной важности каждой из рассматриваемых заявок в пределах каждой из двух данных областей. Например, заявки на медицинские исследования можно оценить по числу ныне теряемых по болезни человеко-дней, которых можно было бы избежать в результате проведения данных исследований. Заявки на исследования в области образования можно оценить по среднему приросту баллов, набранных учащимися при стандартных испытаниях успеваемости, полученному в результате проведения данных исследований. Что же теперь надо делать принимающему решения? Ему нужно решить, сколько сбереженных человеко-часов заболевания эквивалентно по социальной ценности одному проценту среднего прироста успеваемости учащихся при проведении стандартной ее проверки. Это будет выбором между несоизмеримыми величинами, и при этом должны быть отражены общественные ценности. Таким образом воспользовавшись системным анализом, лицо, принимающее решения, учтет эти результаты при нахождении компромисса между образованием и здравоохранением. Ему теперь нужно только принять окончательное решение относительно такого согласования. Как только он примет решение, выбор заявки для субсидирования будет производиться путем простого вычисления.

Рассмотрев данный пример, следует сделать вывод о задаче лица, принимающего решения. Его деятельность начинается там, где прекращают действовать соизмеримые величины. Его задача — соизмерять несоизмеримое. Его обязанность так интерпретировать ценности тех, перед кем он несет ответственность, чтобы компромиссы, которые он находит между несоизмеримыми величинами, правильно отражали эти ценности.

Очевидно, что ни интуиция лица, принимающего решения, ни анализ, который может осуществить аналитик, по отдельности не разрешат проблем принятия управленческих решений, необходимо использовать и то и другое.

Первой задачей аналитика становится выяснение существа реальной проблемы и уточнение первоначальной формулировки проблемы.

Второй задачей является выявление важнейших затрат и выгод, связанных с решением. Если все затраты и выгоды окажутся соизмеримыми, то решение проблемы можно передать компьютеру.

Третьей - определение достижимой комбинации затрат и выгод. Любое решение требует затрат и приносит пользу. Лицу, принимающему решения, нужно знать, из каких возможных комбинаций выгод и затрат оно может сделать выбор. Если это затраты двух или более несоизмеримых видов (например, деньги и жизнь людей), то лицу, принимающему решения, нужно знать выгоды, которые можно получить при различных комбинациях этих затрат. Точно так же если будут выгоды двух или более несоизмеримых видов, то лицу, принимающему решения, необходимо знать затраты на различные комбинации этих выгод.

Наконец, четвертой задачей аналитика является выполнение ограничения: аналитик не должен принимать решение вместо лица, принимающего решения. Иными словами, лицо, принимающее решения, имеет право ожидать, что аналитик в ясной и понятной форме представит ему достижимые комбинации затрат и выгод. Аналитик не должен брать на себя функции лица, принимающего решения, ни путем исключения одной или нескольких несоизмеримых величин, ни с помощью использования своего собственного суждения относительно подходящей увязки двух несоизмеримых величин, ни посредством упрощения проблемы. Одним словом, аналитик должен остановиться, выполнив третью функцию. Он не имеет права идти дальше.

На этом можно завершить рассмотрение сущности принятия решений и помощи, которую может оказать системный анализ лицу, принимающему решения при социально-экономической проблеме.

Остается вернуться к первым двум примерам. Как там обошлось с соизмерением?

Во втором примере соизмерение удалось плучить разработкой моделей систем портового обслуживания^⁴⁷ на базе теории массового обслуживания.

Для относительного ожидания обслуживания судов -го приоритета найдено соотношение

где , ;

- коэффициент загрузки системы судами -го приоритета;

- общий коэффициент загрузки системы;

- интенсивность потока судов -го приоритета;

- количество причалов в порту.

Полученные модели дали связь (соизмерение) норм портового облуживания судов с графиком их движения. Это пример применения системного анализа в экономической и технико-экономической проблеме.

В первом же примере соизмерение было найдено благодаря формуле (1) из литературных источников^⁴⁸ представления габаритной мощности автотрансформатора с обмоткой из провода, который предполагалось использовать (марки ПЭЛ):

, (1)

где - сечение сердечника, см²,

- площадь окна сердечника, см².

Введение в рассмотрение толщины пакета трансформаторной стали позволило из геометрических соотношений рис.2 определить связь между (сечением сердечника) и (площадью окна сердечника). Это позволило в формуле (1) обе переменные выразить через ширину магнитопровода, записав рассматриваемую формулу как функцию одной переменной:

, (2)

где - длина (рис. 1а) исходной пластины трансформаторной стали, см,

- ширина (рис. 1а) исходной пластины трансформаторной стали, см,

- толщина пакета трансформаторной стали, см,

- ширина (рис. 1а) магнитопровода, см.

Решить же задачу (2) максимизации функции от одной переменной уже не представляло большой сложности (см. рис. 3).

Первый пример, таким образом, иллюстрирует применение системного анализа в чисто технической проблеме.

В заключение следует сказать о современной технологии соизмерения несоизмеримых величин. Эта технология получила название ССП – сбалансированная система^⁴⁹ показателей – инструмент, основополагающие идеи которого сформированы^⁵⁰ Робертом Капланом и Дейвидом Нортоном.

Рис.3. Зависимость мощности автотрансформатора от ширины сердечника магнитопровода.

Сбалансированная система показателей (в первоисточнике Balanced Sсоrecard) является инструментом стратегического и оперативного менеджмента, который позволяет связать стратегические цели социально-экономического объекта с текущими процессами и повседневными действиями сотрудников на каждом уровне управления, а также осуществлять контроль за реализацией стратегии.

Она предоставляет возможность оценить стоимость важнейших нематериальных активов и обеспечить их контроль. Она позволяет в реальном времени получать информацию о том, когда, где и что необходимо предпринять. То есть, в режиме реального времени:

¾ точно реагировать на изменение ситуации;

¾ направлять и стимулировать сотрудников к принятию верных решений в той или иной ситуации;

¾ иметь критерии оценки эффективности этих решений и действий.

Однако практическое использование ССП имеет и принципиальные сложности, ознакомление с которыми^⁵¹ может облегчить корректировку используемых, и разработку вновь создаваемых ССП.

Содержание