Тема 7. Формализованные методы анализа систем управления

Параметрический метод.

Метод заключается в устранении и выявлении физического противоречия, действующих в системе. Под физическим противоречием следует понимать - взаимоисключающие требования предъявляемые к элементу системы, причем один из характеризующих его параметров должен иметь два альтернативных значения. При этом состояние элемента (движение) называется узловым параметром, а характеризуемый им элемент - узловым элементом.

В основу формирования базы данных положен принцип выбора из множества объектов с парными свойствами, т.е. объектов, удовлетворяющих требованиям соответствующего физического противоречия.

В описании объекта с парными свойствами указывают как сами эти свойства, так и условия их реализации.

14 приемов устранения эвристических противоречий. Чем меньше номер приема, тем выше вероятность с его помощью устранить физические противоречия[10].

Прием 1. Заменить узловой элемент системой, состоящей из двух элементов, каждый из которых характеризуется одним из значений параметра, указанного в формуле физического противоречия (ФФП).

Прием 2. заменить узловой элемент объектом, различные части которого имеют различные значения параметра, указанного в ФФП.

Прием 3. Заменить узловой элемент системой, состоящей из множества одинаковых элементов, каждый из которых характеризуется одним значением параметра, указанного в ФФП, а система в целом - другим значением.

Прием 4. Заменить узловой элемент объектом, который характеризуется двумя параметрами, аналогичными узловому параметру, каждый из которых имеет одно из значений, указанных в ФФП.

Прием 5. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, таким образом, чтобы его различные части имели различные значения параметра, указанного в ФФП.

Прием 6. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, т.о., чтобы на различных стадиях жизненного цикла исходной системы он характеризовался различными значениями параметра, указанного в ФФП.

Прием 7. Заменить узловой элемент объектом, который на различных стадиях жизненного цикла исходной системы характеризуется различными значениями параметра, указанного в ФФП.

Прием 8. Заменить узловой элемент объектом, который претерпевает превращение в другой объект, при этом каждый из них характеризуется одним из значений, указанных в ФФП.

Прием 9. Включить узловой элемент в состав системы, которая характеризуется одним значением параметра, указанного в ФФП, а узловой элемент - другим значением.

Прием 10. Заменить узловой элемент объектом, который характеризуется параметром, аналогичным узловому параметру, с таким значением, что его по отношению к различным внешним объектам можно было бы считать «различным».

Прием 11. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, т.о., чтобы он превратился в другой объект, причем перед превращением он характеризовался бы одним значением параметра, указанным в ФФП, а после превращения - другим значением.

Прием 12. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, т.о., чтобы одна из его частей претерпевала превращения в другой объект, который характеризовался бы одним значением параметра, указанным в ФФП, а оставшаяся часть узлового элемента – другим элементом.

Прием 13. Изменить условия, в которых находится узловой элемент, т.о., чтобы он характеризовался двумя различными параметрами, аналогичными узловому параметру, каждый из которых имел бы одно из значений, указанных в ФФП.

Прием 14. Рассмотреть узловой элемент как систему, которая характеризуется одним значением параметра, указанного в ФФП, а одним из ее элементов – другим значением.

Выбор приемов осуществляется в соответствии с правилами[11]:

· Если указанные в ФФП показатели характеризуют исходную систему на различных стадиях и фазах жизненного цикла, то лучшие результаты дает применение приемов устранения физического противоречия «во времени» – приемы 6, 7, 8, 11.

· Если указанные в ФФП показатели одновременно присущи исходной системе, то лучшие результаты дает применение приемов устранения физического противоречия «в пространстве» - приемы 1, 2, 5, 12.

· Если по условиям поисковой задачи замена элементов недопустима, то лучшие результаты дает применение приемов «изменения условий» - приемы 5, 6, 9, 11, 12, 13.

· Если требования к элементу сформулированы с точки зрения различных внешних объектов или исходя из различных систем отсчета, то – 10, 4.

· Если требуется получить наиболее простое решение поисковой задачи, то – 3, 4, 10.

Морфологический метод.

Суть морфологического метода заключается в следующем:

· сначала мы определяем пространство поиска, которое обязательно должно включать в себя искомое решение (схему устройства);

· затем сужаем это пространство, осуществляя поиск этого решения.

Пространство поиска называется морфологическим множеством, а процесс определения это пространства – морфологическим анализом. Поиск решения называется морфологическим синтезом [12].

В результате морфологического анализа определяется морфологическое множество или множество альтернатив (альтернативных решений). Такое множество должно содержать все структурные решения устройств рассматриваемого класса, как реально существующие, так и потенциально возможные, патентоспособные структуры. Естественно, задать все такие структуры прямым перебором невозможно, так как мощность морфологического множества обычно оказывается очень большой. Поэтому для его задания проводят классификацию устройств, входящих в это множество, выделяя классификационные признаки и определяя их возможные значения. Особенностью такой классификации является то, что она является строгой в том смысле, что задав все значения классификационных признаков мы можем однозначно идентифицировать структуру устройства.

В процессе морфологического синтеза мы ищем структуру синтезируемого устройства, проводя поиск на морфологическом множестве. Морфологический синтез имеет комбинаторную природу. Но так как мощность морфологического множества оказывается очень большой, то осуществить его полный перебор не представляется возможным ни с помощью существующих вычислительных машин, ни с помощью машин, появление которых ожидается в обозримом будущем.

Все осложняется еще и тем, что отсутствуют универсальные алгоритмы, позволяющие найти глобальное оптимальное решение за полиномиальное время. Поэтому для решения таких задач широко применяются эвристические методы. С недавнего времени в морфологическом синтезе все более частое применение находят так называемые генетические алгоритмы, имитирующие эволюционный процесс в природе.

Если помимо структуры необходимо найти еще и параметры элементов, составляющих эту структуру, то, получим структурно-параметрический синтез. Так как любое устройство или система имеет структуру, а элементы, которые составляют эту структуру, имеют параметры – то методы структурно-параметрического синтеза могут быть применены практически во всех областях научно-технических знаний.

Комбинаторный метод.

Комбинаторный метод является усовершенствованной модификацией морфологического метода. Схему комбинаторного метода можно представить следующим образом [5].

С помощью анализа сначала следует определить в объекте рабочий орган. Этому способствует само наименование объекта, определение его основной функции, восприятие физической сути исполнения этой функции, воображение. Рабочий орган должен иметь мало частей (элементов).

Выделив рабочий орган, следует составить сопоставимые перечни вариантов по отдельным признакам. Первые перечни вы­деляются для составных частей рабочего органа. Зачастую одну из этих частей можно вообразить себе как рабочую среду (жид­кость, газ), в которой помещаются другие части рабочего органа. Необходимо знать, из какого материала она образована. Такой же перечень в случае надобности может быть составлен и для других, уже установленных частей рабочего органа. Составляют перечни для характеристики их материала. После этого выделяется пере­чень для описания геометрической формы рабочего органа.

Затем переходят к структуре рабочего органа. Выделяются перечни для взаимного расположения его частей (в ней структуру изображают графически) для перечисления сочетаний подвижных и неподвижных частей рабочего органа.

В случае необходимости образуются другие перечни, относя­щиеся к структуре рабочего органа. Последние предусматрива­ются для определения взаимосвязи частей рабочего органа. Здесь возможны три случая:

· в первом - части рабочего органа двига­ются механически;

· во втором - на части рабочего органа воздей­ствуют не механически, а при помощи энергии поля (в данном случае выделяют перечень энергии поля, которая воздействует на рабочий орган);

· в третьем — на части рабочего органа воздействуют механически и при помощи энергии поля, которая в данном случае будет изменять рабочие характеристики объекта.

Установлено, что самые важные перечни следующие: агрегатное состояние среды (а также некоторых частей рабочего органа) и средство для осуществления движения частей рабочего органа (или энергию поля).

При наличии сопоставимых перечней для вариантов призна­ков переходят к синтезу: берут по одному варианту из каждого перечня и находят решения. Если решения получились работо­способные, их оценивают. Оценить решения помогает перечень целей объекта.

Метод «Букет проблем»

Одним из способов поиска новых формулировок, а соответственно и направлений поиска решений проблемы, является метод "букета проблем". Этот метод состоит в том, что основываясь на исходной формулировке проблемы, рассматривают несколько иных проблем, формируя тем самым группу или "букета проблем".

Эта группа содержит в себе ряд подгрупп, образованных с помощью следующих приемов[2]:

· ПКД - Проблема как она дана. Приводиться исходная формулировка задачи.

Проблема как она дана. Приводиться исходная формулировка задачи.

· ПОВ - Проблема в общем виде. Используем алгоритм, позволяющий получить обобщенные формулировки при разных уровнях обобщения. Для его реализации исходную формулировку разбивают на смысловые группы и для каждой смысловой пытаются подобрать более общее понятие. Если для n - групп исходной формулировки операция обобщения прошла успешно, то после этого можно сформулировать n обобщенных формулировок первого уровня, n(n-1)/2 обобщенных формулировок второго уровня и т. д. Всего, как показывает расчет, возможно (2 ⁿ -1) вариантов обобщенных формулировок.

Проблема в Общем Виде. Используем алгоритм, позволяющий получить обобщенные формулировки при разных уровнях обобщения. Для его реализации исходную формулировку разбивают на смысловые группы и для каждой смысловой пытаются подобрать более общее понятие. Если для групп исходной формулировки операция обобщения прошла успешно, то после этого можно сформулировать обобщенных формулировок первого уровня, n(n-1)/2 обобщенных формулировок второго уровня и т. д. Всего, как показывает расчет, возможно (2 -1) вариантов обобщенных формулировок.

· ПА - Проблема аналог. Уяснив действие в исходной задаче, необходимо мысленно найти, где, в каких областях человеческой деятельности, природном мире возникает необходимость в подобном действии и как эти проблемы решены там. Наибольшую эвристическую ценность имеют в данном случае аналоги, найденные в областях достаточно удаленных от исходной.

Проблема Аналог. Уяснив действие в исходной задаче, необходимо мысленно найти, где, в каких областях человеческой деятельности, природном мире возникает необходимость в подобном действии и как эти проблемы решены там. Наибольшую эвристическую ценность имеют в данном случае аналоги, найденные в областях достаточно удаленных от исходной.

· ПФВ - Проблема на уровне физических взаимодействий. На данном этапе рассматривается, что в исходном объекте или в его окружении можно было бы изменить так, чтобы проблема исчезла вообще либо решалась тривиально. Иногда это требует изменения, каких - либо физических свойств объекта, иногда приходится привлекать геометрию или химию, изменять временные или организационные характеристики процесса или системы.

Проблема на уровне Физических Взаимодействий. На данном этапе рассматривается, что в исходном объекте или в его окружении можно было бы изменить так, чтобы проблема исчезла вообще либо решалась тривиально. Иногда это требует изменения, каких - либо физических свойств объекта, иногда приходится привлекать геометрию или химию, изменять временные или организационные характеристики процесса или системы.

· ОП - Обратная проблема. Часто формулировка обратного, противоположного действия наводит на решение прямой проблемы. Обратная проблема может быть сформирована не в единственном варианте, поскольку можно отрицать не только действие целиком, но и часть его.

Обратная Проблема. Часто формулировка обратного, противоположного действия наводит на решение прямой проблемы. Обратная проблема может быть сформирована не в единственном варианте, поскольку можно отрицать не только действие целиком, но и часть его.

Достоинством метода "букета проблем" является то, что он хорошо работает на задачах любого уровня и из любой сферы человеческой деятельности.

Метод поиска новых технических решений (АРИЗ).

Алгоритм решения изобретательских задач.

Смысл АРИЗ в том что бы путем сравнения оптимального и реального решения задач выявить техническую причину, физическое противоречие и разрушить его, перебрав варианты их устранения.

Задача решения АРИЗ состоит в следующем[5]:

1. Формулируют исходную задачу в общем виде.

2. Обрабатывают и уточняют ее, учитывая действие вектора психологической инерции и технические решения в данной и других областях.

3. Излагают условие задачи, состоящей из перечисления элементов технической системы и нежелательного эффекта, производимого одним из элементов.

4. Затем формулируют по определенной схеме идеальный конечный результат, который служит ориентиром.

5. В сравнении с идеальным конечным результатом реального технического объекта выявляется техническое противоречие, а затем его причина - физическое противоречие.

Балансовые методы.

Балансовые методы - совокупность приемов, позволяющих исследовать и прогнозировать развитие объектов путем сопоставления прихода и расхода вещества, энергии и других потоков. В основе балансовых методов лежит баланс, оценивающий количественно движение потока в пределах анализируемого объекта.

Балансовый метод, сопоставление взаимосвязанных показателей хозяйственной деятельности с целью выяснения и измерения их взаимного влияния, а также подсчета резервов повышения эффективности производства. При применении балансового метода связь между отдельными показателями выражается в форме равенства итогов, полученных в результате различных математическими действиями над сравниваемыми показателями. Данный метод анализа получил название балансового потому, что исторически первым примером увязки большого числа показателей хозяйственной деятельности путем выведения равенства двух их итогов был бухгалтерский баланс. Устанавливаемое балансовым методом равенство итогов (баланс) показывает, что в анализе учтены все взаимодействующие факторы и отражающие их экономические показатели и что связь между ними представлена правильно. Так, для выяснения причин, вызвавших изменение объема реализованной продукции по сравнению с прошлым периодом, используется зависимость реализации продукции от ее выпуска и изменения остатков нереализованной продукции за изучаемый период. Баланс составляется по следующей схеме: рост реализации продукции равняется росту выпуска продукции плюс уменьшение за год нереализованных остатков готовой продукции (на складах предприятия, в пути к покупателю и на складах покупателя) или же минус увеличение этих остатков. На основе аналогичного сопоставления можно проанализировать зависимость выполнения плана реализации от выполнения плана выпуска продукции и изменения ее остатков. Балансовый метод часто применяется при­ анализе использования ресурсов. Например, для выяснения возможностей улучшения использования оборудования составляется баланс использования режимного фонда времени в станко-часах; для определения влияния потерь рабочего времени на производительность труда и объем продукции - в человеко-часах; для выявления возможностей экономии материальных ресурсов - баланс потребления материальных ресурсов.
Балансовый метод эффективен в разных областях аналитической работы, но особенно широкое распространение он получил в анализе финансового состояния предприятия, где главным источником информации служит бухгалтерский баланс. С помощью балансового метода производится перегруппировка статей баланса, в результате которой он как бы расчленяется на ряд частных балансов: баланс нормируемых оборотных средств и их источников, баланс расчетов предприятия с дебиторами и кредиторами и др. После этого составляется сводная аналитическая таблица, характеризующая размещение привлеченных сверх норматива оборотных средств в статьях актива бухгалтерского баланса. На левой стороне этой таблицы (в активе) показываются в виде отдельных слагаемых сверхнормативные запасы нормируемых товарно-материальных ценностей,­ дебиторская задолженность, товары отгруженные и другие непланируемые статьи актива, а на правой - (в пассиве) отражаются источники увеличения средств - сверхплановая прибыль, ссуды Госбанка, остатки специальных фондов, кредиторская задолженность и др. Итоги таблицы должны балансироваться, т. к. в ней отражаются одни и те же дополнительно привлеченные оборотные средства в двух различных группировках.

Сетевые методы.

Диаграмма Ганта.

Управление проектом - профессиональная деятельность по руководству ресурсами (человеческими и материальными) путем применения методов, средств и управления для успешного достижения заранее поставленных целей в результате выполнения комплекса взаимосвязанных мероприятий при определенных требованиях к срокам, бюджету и характеристикам ожидаемых результатов проектов.

За полвека, прошедшие с того момента, как управление проектами выделилось в отдельный вид деятельности, методика управления проектами постоянно развивалась. Появился целый ряд национальных и международных организаций, которые занимаются разработкой и поддержанием стандартов. Одной из таких организаций является американский Институт управления проектами (PMI), основанный в 1969 году, превратившийся со временем в ведущую профессиональную ассоциацию по управлению проектами, объединяющую более 85 000 членов. Помимо организации различных мероприятий, помогающих бизнесменам овладеть методикой проектного менеджмента, Институт занимается разработкой стандартов в области управления проектами. В конце прошлого века Институтом было предпринято издание квинтэссенции проектной мысли – свода знаний и лучшей мировой практики в области управления проектами: project management body of knowledge (PMBOK), ставшего международным стандартом де-факто.

Согласно стандартам Guide to PMBOK, жизненный цикл любого проекта всегда состоит из пяти групп процессов:

· процессы инициации (initiating processes) – принятие решения о начале проекта или его фазы;

· процессы планирования (planning processes) – определение рабочих схем достижения целей проекта;

· процессы исполнения (executing processes) – координация людей и других ресурсов во время выполнения проекта;

· процессы управления (controlling processes) – наблюдение и измерение результатов выполнения проекта и внесение необходимых коррективов;

· процессы завершения (closing processes) – оформление завершения проекта или его фазы.

Функциональная структура управления проектами включает в себя девять разделов:

· управление интеграцией (project integration management);

· управление целями (project scope management);

· управление временем (project time management);

· управление стоимостью (project cost management);

· управление качеством (project quality management);

· управление человеческими ресурсами (project human resource management);

· управление коммуникациями (project communication management);

· управление рисками (project risk management);

управление контрактами (project procurement management).

Метод анализа иерархий.

МАИ (метод анализа иерархии) - предполагает декомпозицию проблемы на простые составляющие части, которые должны быть в иерархической структуре.

МАИ применяется, когда проблема имеет характер хорошо структурированной или слабо структурированной.

Структура МАИ:

1)Выделение цели решаемой проблемы - на этом этапе выделяется цель, не множество целей, а одна единственная цель;

2)Выбираются критерии по которым мы сможем достичь поставленную цель;

3)При построении иерархической структуры завершение таблицы должны быть альтернативы;

4)Строится иерархическая структура которая в себе содержит: цель, критерии и альтернативы;

5)Критерии могут быть 1,2 и т.д. иерархического уровней;

6)Строится матрица парных сравнений на основе построенной структуры;

7)Проверяем матрицу парных сравнений на согласованность; если матрица несогласованна, то рекомендуется построить новую матрицу парных сравнений.

8)Опираясь на матрицу парных сравнений прибегаем к МАИ, на основе данных принимает верное решение, которое показало наибольший числовой результат.

Пример иерархической структуры МАИ (рисунок 7)

Рисунок 7. Структура МАИ.

Оптимизационные методы.

По типу математического аппарата различают условную и безусловную оптимизацию. Условная оптимизация - это задачи линейного программирования (ЗЛП).

Линейное программирование - область математики, разрабатывающая теорию и численные методы решения задач нахождения экстремума (максимума или минимума) линейной функции многих переменных при наличии линейных ограничений, т.е. линейных равенств или неравенств, связывающих эти переменные. К задачам линейного программирования приводится широкий круг вопросов планирования экономических и технико-экономических процессов, где ставится задача поиска наилучшего (оптимального) решения; само возникновение и развитие линейного программирования непосредственно связано с экономической проблематикой.

Для построения общего метода решения ЗЛП разные формы ЗЛП должны быть приведены к некоторой стандартной форме, называемой канонической задачей линейного программирования (КЗЛП).

Пример канонического вида ЗЛП:

1. все функциональные ограничения записываются в виде равенств с неотрицательной правой частью;

2. все переменные неотрицательны;

3. целевая функция подлежит максимизации.

Тесты для самопроверки:

1) Какие методы исследования систем управления относятся к формализованным?

а) метод синектики;

б) параметрический метод;

в) метод активизации технологии творчества;

г) все вышеперечисленные.

2) Выберите, что не относится к формализованным методам исследования систем управления?

а) метод синектики;

б) параметрический метод;

в) метод активизации технологии творчества;

г) метод «экспертных оценок».

Дата добавления: 2015-04-29