Пример использования системного анализа в кормопроизводстве.
Для решения задач оптимального управления производством продукции расте
ниеводства, и в частности кормопроизводством, разработана схема системного анализа, доступная для практического использования специалистами сельского хозяйства, не имеющим профессиональной математической подготовки.
В данном случае под управлением понимается процесс, направленный на опре
деление оптимальных целей (или планов) кормопроизводства и рациональных путей их достижения.
Процесс управления включает три фазы: первая - анализ альтернатив; вторая -выбор альтернатив (планирование) третья - исполнение (организация производства и оперативное управление).
Первая фаза включает три этапа.
На первом этапе - постановка проблемы - решается вопрос о возможности в ка
ждом конкретном случае удовлетворительного управления кормопроизводством традиционными методами без применения сложного и дорогостоящего аппарата системного анализа. Если традиционных методов недостаточно, принимается решение о выборе метода системного анализа.
Следует отметить, что кормопроизводство, как никакая другая отрасль сельского хозяйства, нуждается в применении научных методов управления на основе системного анализа в связи с большой сложностью этой системы и зависимости конечного результата от множества факторов (климата, плодородия почвы, удобрений, технической оснащенности, технологии возделывания, уборки и консервирования, обеспеченности трудовыми ресурсами, структуры посевных площадей и др.).
Выходной результат функционирования системы кормопроизводства нельзя
выразить однозначно, так как необходимо максимизировать, по крайней мере, два показателя - выход с единицы площади корма в пересчете на энергетические кормовые единицы и сбор переваримого протеина при оптимальном сахаропротеиновом соотношении и содержании каротина и минеральных веществ.
При структуризации системы полевого кормопроизводства трудно или даже невозможно выделить ее как подсистему из системы земледелия, поскольку все возделываемые культуры (помимо собственно кормовых) дают в виде побочной продукции корма (ботва корнеклубневых технических культур, солома и полова зерновых и крупяных культур, жом и патока при переработке сахарной свеклы, жмых, шрот при переработке семян масличных культур и т.д.). Поэтому необходимо анализировать функционирование системы земледелия в целом, при этом сбор кормов будет одним из критериев оптимизации этой системы.
Следует учитывать и то обстоятельство, что повышение сбора кормов в энергетических кормовых единицах не коррелирует с выходом переваримого протеина.
Плановые и технологические решения, максимизирующие сбор кормовых единиц, как правило, минимизируют содержание переваримого протеина в расчете на 1 корм.ед. В этих случаях необходимо принимать компромиссные решения.
Второй этап- выбор и усовершенствование механизма анализа альтернатив, т. е. комплекса методов и моделей, необходимых для прогнозирования возможных результатов функционирования системы кормопроизводства в целом и составляющих ее элементов.
Если имеющиеся методы и модели неудовлетворительны по точности и другим показателям, разрабатывается комплекс новых моделей. Необходимо учитывать, что результаты кормопроизводства, как и любого другого производства, определяются взаимодействием множества факторов, имеющих материальную природу и поддающихся количественному описанию, и факторов морального характера, влияние которых не поддается количественному описанию, но состояние их иногда определяет конечный результат. К таким факторам относятся материальная и моральная ответственность за конечный результат производства, квалификация руководителей и исполнителей, трудовая и технологическая дисциплина, а также социальные факторы.
В связи с этим схема включает как количественный анализ почвенно-климатических, материально-технических, технологических факторов кормопроизводства на основе моделей урожайности. так и качественный анализ факторов морального и социального характера, используя методы экспертной оценки.
Третий этап- собственно анализ альтернатив или прогнозирование с помощью
моделей урожайности отдельных культур и конечного результата кормопроизводства в целом в различные годы в зависимости от организации самой системы, а также от климатических, почвенных, технологических факторов. В данном случае под прогнозированием понимают вероятностное определение (Юдинова, 1977) теоретически возможного урожая отдельных культур или валового сбора кормов, обеспечиваемого ресурсами плодородия почвы, удобрений, технической оснащенности с учетом состояния неуправляемых климатических и других факторов, распределение которых
носит случайный характер. Поэтому i_n_g_S_e_при одном и том же воздействии управляемых факторов могут быть получены множества различных результатов в зависимости от состояния неуправляемых климатических факторов, прогнозирование которых на длительный период пока невозможно. Однако в связи с тем, что законы распределения неуправляемых погодных факторов известны (мы не знаем, какая погода будет в планируемом году, но известно, что в данном районе засушливые или дождливые годы повторяются с определенной частотой), можно определить вероятность получения каждого из возможных урожаев.
Прогнозирование имеет две ветви: первая - ретроспективное прогнозирование,
т. е. расчет по модели возможных урожаев за несколько предыдущих лет, погодные условия которых известны, при уровне управляемых факторов на планируемый период; вторая - перспективное прогнозирование, которое можно понимать как перенос результатов ретроспективного прогнозирования на планируемый период с учетом тенденций в изменении климата.
Таким образом, прогнозирование на модели показывает возможные урожаи,
обеспечиваемые климатическими и материально-техническими факторами, и вероятность получения каждого из них.
Вторая фаза - планирование урожайности культур и продуктивности кормопроизводства. Это очень ответственная фаза управления, так как завышенный план ведет к диспропорциям в производстве, а заниженный - к нерациональному использованию ресурсов. В том и другом случае хозяйству наносится значительный экономический ущерб.
Согласно рассматриваемой схеме управления кормопроизводством, планирование осуществляется в два этапа. На первом этапе определяется оптимальный план по урожайности культур, сбору кормов со всей площади кормовых угодий с учетом их качества.
На втором этапе разрабатывается производственная программа, т. е. план агро-
технических мероприятий, точное и своевременное выполнение которых позволит получить запланированную урожайность при эффективном использовании ресурсов (программирование), составляются подробные технологические карты для возделывания культур в соответствии с конкретными условиями каждого поля, участка.
Планирование уровня урожайности культур и общего сбора кормов осуществ-
ляется на основе прогноза. В данном случае планирование предстает как неформальный процесс выбора оптимального плана по урожайности (выбор альтернатив) из множества возможных. Задача должна учитывать не только величину урожая, но и его устойчивость по годам, соотношение питательных веществ и их концентрацию в корме, планируемую продуктивность животных, себестоимость продукции и другие показатели, в том числе и допустимые размеры переходящих фондов кормов.
Третья фаза - организация производства (фаза исполнения) - включает два эта-
па: первый - организация производства (налаживание деятельности всех звеньев технологического процесса, включая организацию звеньев, бригад и других подразделений, разработка производственных заданий, материально-техническое обеспечение и т.д.); второй -оперативное управление производством (в том числе управление технологическими процессами выращивания, уборки и консервирования корма в соответствии с программой).
МЕТОДЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ СЛАБО СТРУКТУРИРОВАННЫХ ПРОБЛЕМ.
Слабо структурированная проблема характеризуется следующими особенностями:
цель предстоящих действий может быть задана объективно извне, а может выбираться ЛПР, в т.ч. и с учетом качественных, а не только количественных параметров;
варианты решений выбираются не только по количественным, но и по качественным критериям;
факторы, которые учитываются при решении проблемы, не все поддаются количественному учёту, часть из них учитывается на качественном уровне;
не все функции между переменными объективны и не все они могут быть получены.
^ Из этого следует, что ситуация выбора в данных проблемах связана с преодолением неопределенностей.
Выбор лучшего решения в таких ситуациях не является предметом объективной оптимальной оценки, он является предметом субъективного суждения ЛПР. Следовательно, оптимальным в строго научном смысле этого слова он не будет, он будет рациональным с точки зрения конкретного ЛПР.
^ Для обоснования решений по таким правилам применяются различные варианты метода системного анализа.
Отличие данного метода от чистого исследования операций состоит в большем учёте качественных суждений при выборе целей, и оценке вариантов решений.
^ Особенностью метода системного анализа является
построение математической модели ситуации и получение с её помощью значений количественных критериев,
субъективный учёт качественных факторов и "наложение" результатов этого учёта на полученные значения количественных критериев.
использование схемы системного подхода.
Окончательный выбор лучшего решения возлагается на творческие способности ЛПР.
Одним из методов системного анализа является метод "эффективность - стоимость" (два критерия).
Аналогичные методы, позволяющие учитывать ряд субъективных факторов, разрабатывались и в экономической теории. В частности, была разработана модель субъективной ожидаемой полезности, позволяющая одновременно вычислять полезность (в денежном исчислении) и субъективную вероятность, как степень уверенности ЛПР в свершении того или иного события.
Все эти методы бурно развивались в последние тридцать-сорок лет. Основные из них приведены на рис.4.
^ Преодоление неопределённости. Поскольку в системном анализе применяются методы исследования операций, то и преодоление неопределенностей в них осуществляется известными методами теории игр. Однако развивается и другой подход к снятию неопределённостей. Этот подход связан с понятиями "риск" и "ситуация риска" [2] ,[48].
Основные методы обоснования решений для слабо структурированных проблем
Методы исследования операции
Методы субъективной ожидаемой полезности
Методы многокритериальной теории полезности
Методы конструктивисткой математики
Метод анализа иерархий
Эвристические методы
Рис. 4. Основные методы обоснования решений для слабо структурированных проблем.
Ситуацию риска характеризуют следующими тремя условиями:
наличие неопределённости;
необходимость выбора альтернатив;
возможность оценить при этом вероятность осуществления выбранных альтернатив.
Выбором лучшей альтернативы ЛПР пытается рискованным действием преодолеть неопределённость. Поэтому под риском понимают деятельность, связанную с преодолением неопределённости в ситуации неизбежного, т.е. обязательного выбора.
Считается, что принимая решение, ЛПР должно учитывать:
вероятность (меру) получения желательного результата, т.е. вероятность успеха;
вероятность (меру) наступления нежелательных последствий, т.е. вероятность неудачи;
вероятность отклонения от выбранной цели (как в "плюс", так и "в минус"); возможные благоприятные и негативные последствия своих действий.
В данном подходе оценка величины риска становиться одним из важнейших элементов всего процесса принятия решения, естественно, оказывающего влияния на окончательный выбор.
Метод работы организациипри применении системного анализа оставался в общих чертах таким же, как при исследовании операций, т.е. ЛПР ставит задачу аналитикам на поиск оптимального решения с помощью математической модели. При этом им могут сообщаться, а могут и не сообщаться качественные факторы. Окончательный выбор решения осуществляется по множеству количественных и качественных критериев.
Самым характерным для всех этих методов, как можно было видеть, даже из представленного беглого обзора являются требования к ЛПР или к аналитикам в части получения субъективных количественных оценок различных факторов их функциональных зависимостей. Отсюда неизбежно, как и в предыдущем типе проблем возникает вопрос адекватности выбираемого решения реально складывающейся обстановке.
Однако при применении других методов обоснования решений методы работы органа управления значительно разнообразнее. Сама операция принятия решения делится на три этапа: 1. Выявление перечня (поля) альтернатив для выбора. 2. Выявление последствий реализации альтернатив. 3. Сравнение последствий и выбор лучшего решения.
На каждом этапе применяются свои методы работы органа управления. На рис. 5 показаны методы выявления поля альтернатив.
Рис. 5. Методы выявления поля альтернатив.
Методами выявления последствий реализации альтернатив могут быть:
метод проблемно-ориентированной таблицы;
методы математического моделирования;
методы экспертного прогнозирования.
Как уже отмечалось, в сравнении последствий и выборе лучшей альтернативы при множестве критериев часто полагаются на творческие способности ЛПР.
^ МЕТОДЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ НЕСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПРОБЛЕМ.
Неструктурированная проблема характеризуется следующими особенностями:
прежде всего это проблема уникального выбора, т.е. это новая проблема для данного ЛПР, либо имеющая существенные особенности по сравнению с ранее решаемыми;
формулирование цели, оценка альтернатив и выбор лучшей связаны с неопределенностью из-за недостатка или неточности информации о ситуации; оценки альтернатив чаще всего являются качественными и сформулированы словесно;
выбор лучшей альтернативы может быть осуществлен либо на основе субъективных суждений ЛПР, либо на основе его интуиции и веры.
До недавнего времени не существовало систематизированных процедур обоснования решений по таким проблемам. Однако за последние годы разработан ряд методов для обоснования указанных решений. Эти методы получили название (возможно, еще неустановившиеся) качественных методов обоснования решений или вербальных методов анализа решений [36].
Они базируются на применении для анализа проблем определенной последовательности действий по:
формулированию, т.е. (научной постановке проблемы (определению альтернатив, из которых предстоит сделать выбор и факторов (критериев), которые будут учитываться при оценке и выборе));
выполнению оценки каждой альтернативы по сформулированным факторам (критериям);
сравнению всех альтернатив между собой по сделанным ранее оценкам; выбору лучшей альтернативы.
На всех этапах действия ЛПР базируются на логических правилах и здравом смысле, а также на его субъективных предпочтениях.
В работе [36] предложено три качественных метода обоснования решений, которые представлены на рис.6.
Рис. 6. Качественные методы обоснования решений.
Преодоление неопределенностей. Борьба с неопределенностями в данном случае как бы разделяется на две составные части. В первой части она ведется теми же методами учета риска, как и в слабо структурированных проблемах. Во второй части применяются совсем иные методы - "огрубление" оценок факторов, переход от строгих количественных показателей к более "размытым" качественным значениям. Тем самым зависимость выбора окончательного решения от величины неопределенностей уменьшается.
В настоящее время складывается система управления риском, которая включает в себя следующие элементы [5]:
ранжирование всех выявленных альтернатив решения проблемы по степени приемлемости, содержащегося в них риска;
подготовку и принятие нормативных актов, инструкций, помогающих претворить в жизнь рискованные решения;
разработку конкретных рекомендаций, ориентированных на устранение или минимизацию возможных на устранение или минимизацию
негативных последствий риска;
создание специальных планов, инструкций, позволяющих исполнителям эффективно действовать в момент возникновения отрицательных последствий;
выявление основных причин отрицательных последствий;
разработку предупредительных, содействующих и подстраховывающих мероприятий; определение условий для введения в действие последних;
учет психического, индивидуального восприятия людьми раскованных альтернатив и отношения к ним общественного мнения при принятии решения.
Поскольку данные методы базируются на непосредственных действиях ЛПР, его субъективных суждениях, то иметод работы органа управления должен учитывать эти особенности. Прежде всего ЛПР должен проделать личную работу по обоснованию тех элементов решения, за которые отвечает. Существенно изменяется роль аналитиков и экспертов. Они становятся действительно советчиками, а не принимающими решение и даже не обосновывающими его, как это имеет место при исследовании операций. Поскольку для человека характерны ошибки при применении логических правил, в разработанных методах существенное внимание уделяется их приспособленности к биологическим возможностям людей по восприятию и переработке информации. О том каковы эти возможности, как они влияют на процесс принятия решений, рассмотрим ниже.
^ МЕТОД АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ РЕШЕНИЯ.
Данный метод разработан известным специалистом в области математики Т.Саати.
Идея метода: Структура проблемы может быть настолько сложна, насколько мы ее видим, включая опосредованные цели, критерии и альтернативы.
Любая проблема, любое решение появляются в системе и относятся к системе. Поэтому метод анализа иерархий разрабатывался как метод системного подхода к системным проблемам. В нем постулируется положение о том, что какой бы сложной не была проблема, ее анализ должен быть простым и единым. Анализ не должен превышать возможности среднего человека для понимания того, что происходит, и участия в формулировании входных данных и интерпретации результатов.
Метод анализа иерархий упорядочивает (систематизирует) работу ЛПР по всем элементам структуры проблемы принятия решения:
при выявлении перечня альтернатив;
при выявлении последствий реализации альтернатив;
при сравнении последствий реализации и выборе лучшего варианта решения.
Методом предусматривается, что при выявлении перечня альтернатив лицо, принимающее решение на основе имеемый информации, намечает возможные варианты решения, а также формулирует иерархию факторов, которые будут влиять на окончательный выбор лучшего решения. Эти факторы в дальнейшем, на последующих этапах будут играть роль критериев, по которым сравниваются возможные варианты решения.
На данном этапе допускается и даже рекомендуется обсуждение постановки проблемы (уточнение и формулирование целей действий, определение перечня факторов обстановки и выбор тех из них, которые следует учитывать обязательно, и тех, которые следует отбросить). В результате проделанной работы вся проблема представляется в иерархическом виде на нескольких уровнях (см. рис.12).
Построенная иерархия проблемы состоит из трех уровней.
Первый уровень - фокус проблемы. Второй уровень - факторы или критерии, по которым оцениваются возможные варианты решений. Третий уровень - возможные варианты решений.
^
Рис.12. Иерархическая схема представления проблемы принятия решения.
Метод анализа иерархий базируется на законе иерархической непрерывности, который предполагает, что элементы нижнего уровня иерархии сравнимы попарно по отношению ко всем элементам следующего уровня. Т.е. в данном случае можно выполнить парные сравнения вариантов решения по отношению каждого фактора, а факторы тоже можно попарно сравнить с т.з. фокуса проблемы.
Это значит, что представляется возможным получить ответ на вопрос "Какой вариант решения лучше № 1 или № 2 с точки зрения критерия № 1".
Затем аналогично сравниваются все варианты по остальным критериям.
В результате этих сравнений осуществляется ранжирование (упорядочивание) всех вариантов решений по множеству критериев.
После этого выполняется теми же парными сравнениями ранжирование самих критериев.
Далее в результате проведения расчетов вычисляются приоритеты вариантов решений с учетом всех критериев и их ранжирования. Тот вариант решения, который получит самый высокий приоритет и считается лучшим решением.
Второй важный момент, который необходимо отметить - на этапе постановки проблемы намечено несколько вариантов действий. Т.е. волей-неволей, чтобы осуществить выбор целесообразного решения, приходится прорабатывать несколько вариантов.
^ Преодоление неопределенностей в методе анализа иерархий предусмотрено его природой. В нем допускается наличие неопределенностей при выявлении поля возможных решений; при оценке факторов и вариантов решений. Преодолеть их (неопределенности) можно двумя путями.
Во-первых, введением в качестве одного или нескольких критериев риска достижения того или иного результата. Очевидно, лучшее решение, при прочих равных условиях, должно бы было иметь минимальный риск успешного решения задач.
Можно было ввести не один, а несколько дополнительных критериев для оценки различных типов риска. С помощью метода анализа иерархий представляется возможным произвести развернутый и детальный анализ всей проблемы риска во всех или отдельных вариантах решений.
Второй путь преодоления неопределенностей в методе анализа иерархий - учет их при выполнении оценок тех или иных критериев.
Следовательно, метод предоставляет естественную и доступную возможность преодоления объективно существующих неопределенностей.
Дата добавления: 2018-09-24; просмотров: 787;