Системный анализ и принятие...

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)

В.С. Мехоношин

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

И ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ

Учебное пособие

Ульяновск 2006

ББК В18 я7

М 55

Мехоношин В.С. Системный анализ и принятие решений: учеб. посо-

бие / В.С. Мехоношин. – Ульяновск, УВАУ ГА, 2006 – 56 с.

Раскрывает основные понятия системологии и теории принятия реше-

ний, знакомит с методологией системного анализа и принятия решений.

Даны контрольные вопросы по учебной дисциплине «Системный анализ и

принятие решений». Нацелено на формирование системного подхода при

решении проблем, возникающих в процессе эксплуатации объектов авиа-

транспортной системы.

Предназначено для курсантов всех форм обучения специализаций

240701 – Летная эксплуатация гражданских воздушных судов и 240801 –

Управление воздушным движением.

Печатается по решению Редсовета училища.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………. 3

Тема 1. Системология. Основные понятия………………………………. 4

Тема 2. Теория принятия решений………………………………..…….. 12

Тема 3. Принятие решений при возникновении проблем

в процессе управления объектами

авиатранспортной системы…………………………………….. 34

Контрольные вопросы…………………………………………………… 53Библиографический список…………………………………………….. 54

© Ульяновск, УВАУ ГА, 2006 2

3

ВВЕДЕНИЕ

Основная цель, достигаемая в результате изучения дисциплины, –

сформировать у обучаемых системный подход при решении проблем, воз-

никающих при эксплуатации объектов авиатранспортной системы.

Данная дисциплина является междисциплинарной и базируется на зна-

ниях по высшей математике, психологии и информатике, необходима при

изучении дисциплин специализаций, связанных с задействованием чело-

века в контуре управления сложными объектами.

В результате изучения дисциплины курсанты должны:

− знать сущность системного подхода, понятийный аппарат теории

принятия решений и процесс разработки решений;

− уметь разрабатывать алгоритмы (технологии) принятия решений,

определять критерии для выбора (предпочтения) единственного решения

из числа альтернативных;

− иметь навыки системного анализа и принятия решений по основ-

ным проблемам эксплуатации объектов авиатранспортной системы;

− иметь представление о современных компьютерных технологиях,

используемых в системах поддержки принятия решений.

Основным приложением данной дисциплины является ее использова-

ние при управлении объектами авиатранспортной системы, например, при

эксплуатации воздушных судов, при управлении воздушным движением,

при спасательных работах.

Мехоношин В.С. Системный анализ и принятие решений. Учебное пособие

© НИЛ НОТ НИО УВАУ ГА(и), 2009 г

ТЕМА 1. СИСТЕМОЛОГИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Системность мира. Классификация систем. Понятие о системе. Сущность

системного подхода. Основные понятия, используемые при анализе и синтезе систем.

Системность мира

Системность мира – это всеобщее свойство материи, одна из форм её

существования.

В системно организованном мире человек осуществляет практическую

и познавательную деятельность, при недостаточной системности этой дея-

тельности и при несистемном взаимодействии человека с внешней средой

у него возникают проблемы.

Схема, иллюстрирующая системность мира и системность человече-

ской деятельности в этом мире, представлена ниже (рис. 1).

Системность мира

Системность практиче-ской деятельности

Системность среды, ок-ружающей человека

Системность познава-тельной деятельности

Целенаправленность Системность природы Системность мышления

Системность человеческо-го общества

Системность Алгоритмичность прогнозирования

4

Рис. 1. Схема системности мира

В интересах познавательной и практической деятельности необходимо

сформировать как общие, так и конкретные методы изучения систем во

всем их многообразии.

Системность результатов деятельности

Системность результатов познания (моделей и ду-

ховной структуры)

Системность взаимодейст-вия человека со средой



5

По таким научным направлениям, как исследование операций, кибер-

нетика, теория информации, теория управления, теория принятия реше-

ний, искусственный интеллект, прогресс в области компьютерных техно-

логий позволил выделить то общее поле исследований, которое называет-

ся наукой о системах (системологией), или общей теорией систем.

Возникновение общей теории систем обусловлено возросшей сложно-

стью объектов исследования и познавательными трудностями при их изу-

чении. Общая теория систем обеспечивает единую формально-

методологическую основу исследования объектов различной природы,

рассматриваемых в качестве систем. Она не заменяет, а дополняет другие

науки, изучающие системы, и объединяет их при исследовании (анализе и

синтезе) сложных систем.

Направления исследований общей теории систем [4]:

1. Определение наиболее общих и существенных отношений между

классами систем.

Под отношениями понимается набор таких системных понятий, как

цель, структура, организация, связь, функции, интеграция и др.

2. Формирование знаний о наиболее общих и существенных отноше-

ниях между классами систем, полученных либо с помощью математики,

либо с помощью экспериментов с моделями систем на компьютерах.

3. Обобщение и разработка системной методологии.

Ядром системной методологии является классификация систем по наи-

более существенным признакам отношений.

Главная задача общей теории систем – предоставление системных ме-

тодов решения проблем в распоряжение прикладных наук о системах.



Классификация систем

Частями мировой системы являются различные по своим классифика-

ционным признакам системы. Под классификацией понимается научный

метод исследования объектов по признакам, интересующим исследовате-

ля. Ниже приведены примеры классификации по различным признакам.

По признаку происхождения [3] различают следующие системы, кото-

рые находятся в постоянном взаимодействии (рис. 2)

Системы мира

Искусственные Естественные Смешанные

Материальные Неорганические Социотехнические

6

Рис.2. Классификация систем по их происхождению

По признаку участия человека в управлении различают:

− технические системы;

− человеко-машинные (эргатические) системы;

− организационные системы.

По целевому и функциональному признакам в экономико-

организационных системах различают следующие системы менеджмента.

Абстрактно-материальные

Абстрактные

Социально-экономические

Организационно-технические

Биологические

Экологические

……… ……… ………



7

Признак Наименование системы менеджмента

1. Общесистемный (целе-вой) менеджмент

1.1. Стратегический менеджмент 1.2. Инновационный менеджмент 1.3. Менеджмент качества 1.4. Антикризисный менеджмент

2. Функциональный ме-неджмент

2.1. Управление проектированием 2.2. Управление конструкторско-технологической подготовкой производства 2.3. Управление производством (производственный менедж-мент) 2.4. Управление испытаниями 2.5. Управление реализацией и сбытом (маркетинг-менеджмент)2.6. Управление техническим обслуживанием (сервис-менеджмент) 2.7. Управление материально-техническим обеспечением (логи-стика) 2.8. Управление финансовыми ресурсами (финансовый ме-неджмент) 2.9. Управление трудовыми ресурсами (менеджмент персонала) 2.10. Управление информационными ресурсами (информацион-ный менеджмент)

Понятие о системе

Под системой понимается объект любой природы, обладающий сле-

дующими основными свойствами:

1. Свойство целенаправленности, т.е. способность обеспечить дос-

тижение определённых целей.

2. Свойство организации.

3. Свойство связи.

4. Свойство целевой интеграции (эмерджентности).

Раскроем указанные свойства.

Свойство целенаправленности. Для реализации своих целей человек

создает орудия, машины, организации, т.е. искусственные и смешанные

системы.



8

Под целью понимается состояние системы, характеризуемое как коли-

чественными показателями назначения, так и качественными показателя-

ми (Y(t) на рис.3).

Как правило, главная цель может быть подвергнута декомпозиции

(разбиению) на несколько уровней в виде «дерева целей» (главная цель –

цель нулевого уровня, далее подцели 1-го, 2-го и т.д. уровней).

Управление – функция системы, ориентированная либо на сохранение

её основных свойств, либо на выполнение некоторой программы, обеспе-

чивающей устойчивость системы, равновесие (гомеостаз), достижение оп-

ределенной цели [1].

Под целенаправленным воздействием понимается управление как про-

цесс, управление как совокупность функций (операций), реализуемых

системой управления по отношению к управляемому объекту в рамках

структуры системы, т.е. понятие цели лежит в основе функционирования

и развития системы.

Для систем, созданных человеком, характерны следующие способы

управления (регулирования).

Алгоритм управления – это описание совокупности функций управ-

ления: восприятие, анализ (переработка) информации о состоянии объекта

управления и среды, разработка и реализация управляющих решений.

К закономерностям формирования целей системы следует отнести:

− зависимость представления о цели от стадии, глубины познания

объекта и от уровня его развития;

− зависимость цели от внешних и внутренних факторов;

− зависимость от способа представления общей (глобальной) цели в

виде структуры целей, определяемой уровнем развития, познания объекта.



Рис. 3. Способы управления

9



10

Свойство организации (наличие структуры системы). Структура

отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположения составных час-

тей системы, её строение. Графически структуру можно представить в ви-

де совокупности подсистем, компонентов, элементов с взаимосвязями.

Свойство связи. Определяется способом управления, а также соедине-

нием между элементами в виде физических каналов, по которым обеспечи-

вается передача, обмен ресурсами: материальными, трудовыми, финансовы-

ми, энергетическими, информационными, интеллектуальными и т.д.

Свойство интегративности. Под свойством целевой интеграции по-

нимается такое качественное функциональное объединение элементов

системы с учетом способов управления, которое позволяет обеспечить

выполнение поставленной перед системой цели.

Сущность системного подхода

На всех стадиях жизненного цикла (от маркетинга до ликвидации – для

экономико-организационных объектов, от проектирования до утилизации

– для технических объектов) имеет место исследование этих стадий для

достижения поставленных целей.

При исследованиях на указанных стадиях жизненного цикла использу-

ется методология исследования объектов как систем, т.е. системный под-

ход как направление в методологии научного познания и практики.

Системный подход предполагает [9] последовательный переход от об-

щего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем иссле-

дуемый объект выделяется из окружающей среды.

Системный подход – главный принцип построения, функционирования

и развития любых систем.



11

Системный подход включает два взаимопроникающих этапа:

− системный анализ;

− синтез систем.

Обобщая вышеизложенное, остановимся на следующем определении

системного подхода – это методологическое направление в науке и прак-

тике, основная цель которого состоит в повышении эффективности мето-

дов анализа и синтеза систем разных классов на всех стадиях их жизнен-

ного цикла.

Основные понятия, используемые

при анализе и синтезе систем

Системный анализ включает:

− определение свойств системы (см. выше);

− определение влияния различных факторов на свойства системы;

− установление множества требований, которым должна отвечать

система;

− разработку решений по реализации требуемых свойств системы.

Виды анализа:

− целевой анализ, включающий определение структуры целей и под-

целей системы (например, «дерево целей»);

− структурный анализ – метод исследования, который начинается с

формирования состава системы, затем детализируется, приобретая, на-

пример, иерархическую структуру с необходимым числом уровней;

− функциональный анализ, включающий определение функциональ-

ных управляющих блоков, состава задач и исходных данных, уточнение

требований к системе, выбор функциональных подсистем, разработку

функциональной структуры системы;



12

− моделирование как инструмент для получения вариантов решений,

используемых при последующем синтезе системы.

В процессе синтеза системы реализуются эффективные способы и

средства достижения целей системы.

Прямой (непосредственный) синтез является сложной проблемой, по-

этому синтез осуществляется путем реализации решений, полученных по

результатам системного анализа.

ТЕМА 2. ТЕОРИЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

Основные понятия, используемые в теории принятия решений. Этапы процесса

принятия решений. Постановка задач принятия решений (ЗПР).

Разработка моделей ЗПР на основе их классификации. Выбор и принятие решений

с использованием моделей ЗПР. Формализованные задачи принятия решений.

Основные понятия, используемые

в теории принятия решений

Теория принятия решений – это наука, изучающая закономерности

процесса принятия решений, опирающаяся на методы и технологию сис-

темного подхода в поиске эффективных решений [2].

К основным понятиям теории принятия решений относятся [2]: проблем-

ная ситуация; решение; функция принятия решений; задачи принятия реше-

ний; лицо, принимающее решение (ЛПР); процесс принятия решений.

Проблема имеет место, если фактическое состояние системы не соот-

ветствует желаемому. Выработка плана действий по устранению пробле-

мы составляет сущность задачи принятия решений.



13

Проблемы могут возникать в следующих случаях:

− функционирование системы в данный момент не обеспечивает дос-

тижения поставленных целей;

− функционирование системы в будущем не обеспечит достижения

поставленных целей;

− необходимо изменение целей деятельности.

Проблема всегда связана с определенными условиями, которые обоб-

щенно называют ситуацией. Совокупность проблемы и ситуации образует

проблемную ситуацию. Выявление и описание проблемной ситуации дает

исходную информацию для постановки задачи принятия решений.

В соответствии с системным подходом исходная информация о про-

блемной ситуации, по которой необходимо принимать решение, должна

включать:

− определение степени соответствия фактических (или прогнозируе-

мых) целей и подцелей требуемым;

− определение факторов (причин) возникновения проблемной ситуа-

ции и необходимых ресурсов для решения проблемной ситуации (социаль-

ных, экономических, технических, интеллектуальных, энергетических и др.)

На всех стадиях жизненного цикла систем (от создания – зарождения и

до гибели – утилизации) необходимо принимать большое количество ре-

шений. Эти решения, в зависимости от типа систем, могут иметь социаль-

но-экономический, организационный, технический, информационный и

другой характер.

Субъектом всякого решения является лицо, принимающее решение

(ЛПР). Понятие ЛПР является собирательным. Это может быть одно лицо –

индивидуальное ЛПР или группа лиц, вырабатывающих коллективное реше-

ние, групповое ЛПР. Для помощи ЛПР в сборе и анализе информации и

формировании решений привлекаются эксперты – специалисты по решае-

мой проблеме. Понятие эксперта в теории принятия решений трактуется в



14

широком смысле и включает в себя сотрудников аппарата управления,

подготавливающих решение, ученых и практиков-специалистов.

Решение является конечным результатом задачи принятия решений,

который представляет собой предписание к действию, способ действия,

план работы, вариант проекта и т.п. Решение является одним из видов

мыслительной деятельности и проявлением воли человека и имеет свои

характерные признаки. К ним относятся:

− наличие выбора из множества возможных решений;

− выбор ориентирован на сознательное достижение целей;

− выбор основан на сформировавшейся установке к действию.

Первый признак определяет необходимость существования альтерна-

тивных решений. Если нет альтернатив, то нет выбора и, следовательно,

нет решения, поскольку отпадает необходимость в мыслительно-волевом

акте. Важной особенностью решения является целенаправленность и соз-

нательность выбора. Бесцельный выбор, импульсивное действие не рас-

сматриваются как решение. Последний признак подчеркивает необходи-

мость осуществления волевого акта при выборе решения. Решение должно

приводить к действию, поэтому человек, принимающий решение, форми-

рует его через борьбу мотивов и выработку установки – состояния готов-

ности к действию.

Решение называется допустимым, если оно удовлетворяет ограниче-

ниям: правовым, морально-этическим, ресурсным. Решение называется

оптимальным (наилучшим), если оно обеспечивает экстремум (максимум

или минимум) критерия выбора при индивидуальном ЛПР или удовлетво-

ряет принципу согласования при групповом ЛПР.

Обобщенной характеристикой решения является его эффективность.

Эта характеристика включает эффект решения, отнесенный к затратам на

достижение целей, определяет степень достижения целей. Решение тем



15

эффективнее, чем больше степень достижения целей и меньше затраты на

их реализацию.

Функция принятия решений есть постоянно решаемая в процессе

управления задача. Трактовка функции принятия решения как задачи по-

зволяет более четко сформулировать ее содержание, определить техноло-

гию и методы решения. Задача принятия решений направлена на опреде-

ление наилучшего (оптимального) способа действий для достижения по-

ставленных целей.

Для осуществления выбора наилучшего решения индивидуальное ЛПР

определяет критерий выбора. Групповые ЛПР производят выбор на осно-

ве принципа согласования.

Принятие решений происходит во времени, поэтому вводится понятие

процесса принятия решений. Процесс принятия решений имеет место прак-

тически в любой сфере целенаправленной человеческой деятельности.

Этот процесс состоит из последовательности этапов и операций и на-

правлен на устранение проблемной ситуации.

В процессе принятия решений формируются альтернативные (взаимо-

исключающие) варианты решений и оценивается их предпочтительность.

Предпочтение – это интегральная оценка качества решений, основанная

на объективном анализе (знании, опыте, проведении расчетов и экспери-

ментов) и субъективном понимании ценности, эффективности решений.

Этапы процесса принятия решений

Процесс принятия решений следует рассматривать как систему опре-

деления новых знаний, т.е. необходимо представить его в виде системной

последовательности этапов и операций, имеющих между собой прямые и

обратные связи. Обратные связи отражают итеративный циклический



16

характер зависимости между этапами и операциями. Итерации в процессе

принятия решений обусловлены необходимостью уточнения и корректи-

ровки данных после выполнения операций.

Операции принятия решений могут выполняться путем мышления ЛПР

и экспертов, т.е. творчески, неформализованным образом, и с применени-

ем формализованных средств – математических методов и ЭВМ. В про-

цессе творческого принятия решений решаются задачи поиска, распозна-

вания, классификации, упорядочения и выбора. Для решения этих задач

используются методы анализа и синтеза, индукции и дедукции, сравнения

и обобщения.

Формализованные операции заключаются в проведении расчетов по

определенным алгоритмам с целью анализа вариантов решения, оценки

необходимых ресурсов, сужения множества вариантов решения и т.п. Вы-

полнение формализованных операций осуществляется ЛПР, экспертами,

техническим персоналом и техническими средствами.

Представление процесса принятия решений как логически упорядочен-

ной совокупности неформализованных и формализованных операций есть

описание технологической схемы выполнения этого процесса. Такое описа-

ние позволяет разработать структуру процесса принятия решений и опреде-

лить информационную модель процесса, на основе которой рационально ор-

ганизуется сбор, обработка и хранение необходимой информации.

В обобщенном (наиболее полном) варианте процесса принятия реше-

ний как системы определения новых знаний о способе решения проблем-

ной ситуации выделим три этапа: постановка задачи, разработка моделей

ЗПР, выбор и принятие решений (рис. 4).

Горизонтальными стрелками на схеме показана последовательность

выполнения операций и итеративных циклов. Около горизонтальных

стрелок показаны символьные обозначения потоков информации.



17

Следует отметить, что приведенная схема в упрощенном виде отобра-

жает реальный процесс принятия решений. В действительности этот про-

цесс является многовариантным и не всегда строго выполняется по приве-

денной схеме. Например, при генерации множества альтернативных ре-

шений человек одновременно может учитывать ограничения, по крайней

мере, часть из них, и не включать в это множество решения, не удовлетво-

ряющие ограничениям. Следовательно, в реальных процессах допускается

определенная параллельность выполнения операций. Кроме того, при вы-

полнении той или иной операции возникают ассоциации, дающие новую

информацию, поэтому появляется необходимость корректировки и допол-

нения предшествующих операций. Такая необходимость повторения опе-

раций может возникнуть в любом месте процесса принятия решений. Из-

ложенное показывает, что приведенную блок-схему не следует принимать

как абсолютно точное и неизменное представление последовательности

выполнения операций в процессе принятия решений.



Рис. 4. Структурная схема процесса принятия решений



19

Эта схема в основном отражает рациональную логическую последова-

тельность действий ЛПР при формировании и выборе решений.

Первый этап (постановка задач) включает в себя следующие операции:

− восприятие и анализ информации по проблемной ситуации с опре-

делением степени соответствия фактических (или прогнозируемых) целей

требуемым, факторов (причин), способствующих возникновению про-

блемной ситуации, необходимых ресурсов для решения проблемной си-

туации и ограничений;

− разработка концепции по решению проблемной ситуации;

− разработка содержательной постановки задач, подлежащих решению.

Второй этап (разработка моделей задач принятия решений) включает

операции:

− характеристика задач принятия решений в соответствии с принятой

классификацией;

− разработка моделей задач принятия решений (неформализованные

модели или формализованные – математические модели).

Третий этап (выбор и принятие решений) включает операции:

− определение допустимых решений на основе нормативов, специ-

альных методов и с использованием систем поддержки принятия решений

(СППР);

− определение оптимальных решений с использованием математиче-

ских моделей.

Рассмотрим более подробно указанные этапы и операции.



Постановка задач принятия решений (ЗПР)

В результате анализа воспринятой информации по проблемной ситуа-

ции определяется степень соответствия фактических (или прогнозируе-

мых) целей требуемым.

Проблемная ситуация описывается содержательно и, если это возмож-

но, совокупностью количественных характеристик. Слово «ситуация» оз-

начает, что должны быть описаны условия, связанные с проблемой, при-

чины её возникновения и развития.

Определение факторов (причин), способствующих возникновению

проблемной ситуации, проводится в соответствии с методикой причинно-

следственного анализа.

Важное значение среди количественных характеристик проблемной

ситуации имеет характеристика достоверности ситуации – вероятность

ситуации Рi. Для полной группы независимых ситуаций сумма вероятно-

стей равна единице.

,11

=∑=

n

iiP

где n – количество i-ых ситуаций, составляющих полную группу.

Доопределение проблемной ситуации путем формирования полной

группы независимых ситуаций уменьшает исходную неопределенность

задачи, поскольку сформирован содержательный перечень возможных си-

туаций и неопределенность описывается только вероятностями их свер-

шения. В случаях, когда неопределенность в проблемной ситуации отсут-

ствует, отпадает необходимость формирования множества ситуаций (ги-

потез, версий). Случай полной определенности проблемной ситуации

можно рассматривать как частный, вытекающий из случая неопределен-

ности. При полной определенности можно считать, что имеет место одна

20



21

проблемная ситуация с вероятностью единица, а другие ситуации имеют

вероятности появления, равные нулю.

Реальные задачи, как правило, многоцелевые, и только в отдельных ча-

стных случаях может формулироваться единственная цель. Описание це-

лей осуществляется содержательно, например, с помощью «дерева целей»

(главная цель и подцели), набором количественных характеристик.

Определение потребных для принятия решений ресурсов сводится к

экспертному выбору из множества материальных, финансовых, трудовых,

энергетических, информационных, интеллектуальных ресурсов. В качест-

ве последних для нахождения оптимального решения могут использовать-

ся знания и опыт ЛПР и экспертов, научно-технический потенциал, авто-

матизированные системы информационного обеспечения и управления.

К числу ограничений, учитываемых на этапе постановки задач, следует

отнести ограничения – нормы, характерные для стадии жизненного цикла

системы (проектирование, изготовление, эксплуатация).

Концепция принятия решений – это основные положения, опреде-

ляющие общую направленность и методологические основы задачи при-

нятия решений. На основе общего видения проблемной ситуации и путей

её решения формируется общая (концептуальная) схема решения.

Содержательная постановка задачи в самой общей форме может

быть представлена в виде «дано…», «требуется определить…», т.е. задана

проблемная ситуация, требуется найти решение с учетом ограничений ре-

сурсов.

Подводя итоги постановки задач, следует подчеркнуть, что постановка

любой задачи заключается в том, чтобы перевести ее в словесное (содер-

жательное) описание. Если на этом этапе практически не удается форма-

лизация постановки, то она переносится на последующие этапы процесса

принятия решений.



22

Разработка моделей ЗПР на основе их классификации

Конкретная модель ЗПР должна быть определена с учетом следующих

классификационных признаков [5]:

1. Количество целей системы (одноцелевая, многоцелевая), соответ-

ствующих критериям оптимальности.

2. Наличие или отсутствие зависимости целей системы и дисципли-

нирующих условий от времени.

3. Наличие случайных и неопределенных факторов, влияющих на ре-

зультат решения (признак «определенность – риск – неопределенность»).

На рис. 5 представлено классификационное «дерево» ЗПР, соответст-

вующее выделенным выше классификационным признакам. Подробно

выделена «ветвь», связанная с однокритериальными ЗПР.

Очевидно, что любая реальная ЗПР может удовлетворять одновременно

нескольким из перечисленных выше классификационных признаков, т. е.

представлять собой комбинацию из рассмотренных классов ЗПР. Отнесение

задачи принятия решения к одному из классов рассмотренной классифика-

ции всегда представляет собой модель реальной задачи и определяется точ-

кой зрения и информированностью исследователя, а также необходимой или

возможной глубиной исследования проблемной ситуации.

По первому классификационному признаку ЗПР делятся на два больших

класса: одноцелевые, или однокритериальные (скалярные) и многоцелевые,

или многокритериальные (векторные) ЗПР, что уже отмечалось выше.

По второму классификационному признаку задачи принятия решений

делятся на два больших класса: статические и динамические ЗПР. В ста-

тических ЗПР критериальная функция и функции ограничений не зависят

от времени. Динамические задачи сложнее статических. Динамические

задачи отличают две характерные особенности:



23

1. В качестве критерия оптимальности в динамических ЗПР выступает

обычно не функция, как в статических ЗПР, а функционал, зависящий от

функции времени, описывающий поведение некоторых динамических

объектов, участвующих в операции.

2. В составе дисциплинирующих условий в динамических ЗПР обычно

присутствуют так называемые дифференциальные связи. Они представ-

ляют собой дифференциальные уравнения, описывающие поведение ди-

намических объектов, участвующих в операции.

По третьему классификационному признаку ЗПР делятся на три боль-

ших класса:

1. Принятие решений при определенности, или, иначе, детерминиро-

ванные ЗПР. Они характеризуются однозначной, детерминированной свя-

зью между принятым решением и его исходом. Это наиболее простой и

наиболее изученный случай принятия решений, когда относительно каж-

дой стратегии оперирующей стороны заранее, до проведения операции,

известно, что она неизменно приводит к некоторому конкретному резуль-

тату. В детерминированных ЗПР критерий оптимальности и дисциплини-

рующие условия зависят только от стратегий оперирующей стороны и

фиксированных детерминированных неконтролируемых факторов, т.е.

факторов, полностью известных оперирующей стороне.

2. Принятие решений при риске, или стохастические ЗПР. В этом

случае каждая стратегия оперирующей стороны может привести к одному

из множества возможных исходов, причем каждый исход имеет опреде-

ленную вероятность появления. Предполагается, что принимающему ре-

шение эти вероятности заранее, до проведения операции, полностью из-

вестны (во всяком случае, могут быть определены с любой требуемой

для целей исследования степенью точности). В стохастических ЗПР кри-

терий оптимальности зависит, кроме стратегий оперирующей стороны и



24

детерминированных факторов, также от фиксированных стохастических

факторов, т. е. от случайных факторов, законы распределения которых из-

вестны оперирующей стороне. Статистические характеристики (законы

распределения, математические ожидания, дисперсии и т. п.) стохастиче-

ских факторов, а также значения детерминированных факторов являются

той исходной информацией, которая может быть использована исследова-

телем операции при определении оптимальной стратегии.

3. Принятие решений в условиях неопределенности. В данных ЗПР

критерий оптимальности зависит, кроме оперирующей стороны и фикси-

рованных факторов, также от неопределенных факторов, неподвластных

оперирующей стороне и неизвестных ей в момент принятия решения (или

известных с недостаточной для принятия решения точностью). В резуль-

тате влияния неопределенных факторов каждая стратегия оперирующей

стороны оказывается связанной с множеством возможных исходов, веро-

ятности которых либо неизвестны оперирующей стороне (или известны с

недостаточной для принятия решения точностью), либо вовсе не имеют

смысла. Первое соответствует неопределенным факторам стохастической

природы (т. е. недостаточно изученным стохастическим факторам, отно-

сительно которых отсутствует необходимая статистическая информация),

второе – неопределенным факторам нестохастической природы.



Рис. 5. Классификационное «дерево» ЗПР и методов их решения



26

Детерминированные ЗПР и ЗПР в условиях неопределенности можно

считать предельными случаями ЗПР (т. е. полное знание и полное незнание).

ЗПР, в которых имеется элемент риска, занимают некоторое промежуточное

положение. Очевидно, что любой предельный случай всегда представляет

собой большую или меньшую идеализацию реальной ситуации.

Классификация ЗПР завершается указанием на математический аппа-

рат, специальные методы, применяемые при решении ЗПР того или друго-

го класса.

Однокритериальные статические ЗПР в условиях риска решаются с

использованием методов теории вероятностей и математического про-

граммирования. При моделировании задач этого класса находит широкое

применение метод статистических испытаний (другое название – метод

Монте-Карло).

При решении однокритериальных статических ЗПР в условиях неопре-

деленности находит применение ряд математических дисциплин: теория

игр, теория минимакса, теория статистических решений. Выбор той или

другой дисциплины диктуется природой неопределенных факторов.

При решении ЗПР в условиях риска и неопределенности находят также

применение экспертные процедуры, специальные методы.

Динамические ЗПР. В настоящее время наибольшие успехи достигну-

ты в изучении однокритериальных динамических ЗПР. Однокритериаль-

ные динамические детерминированные ЗПР являются предметом изуче-

ния специального раздела классической математики – вариационного ис-

числения и современной прикладной дисциплины – теории оптимальных

систем управления. Изучением однокритериальных стохастических дина-

мических ЗПР занимаются современные прикладные дисциплины – тео-

рия случайных процессов и статистическая динамика систем управления.

В настоящее время наименее разработанным видом динамических ЗПР



27

являются динамические ЗПР в условиях неопределенности. Здесь наи-

большие успехи достигнуты в отношении динамических ЗПР в условиях

конфликтных неопределенностей. Эти задачи являются предметом изуче-

ния одной из ветвей теории игр – теории дифференциальных игр.

При решении динамических ЗПР в условиях риска и неопределенности

также находят применение экспертные процедуры.

Многокритериальные ЗПР являются наименее разработанным клас-

сом ЗПР, хотя именно они должны иметь наибольшее применение в эко-

номических исследованиях. Действительно, практически любое экономи-

ческое исследование столь сложно, что при его изучении и формализации

в виде некоторой операции бывает очень трудно, а подчас и невозможно

ограничиться одной целью операции и, соответственно, одним критерием

оптимальности. Большое место многокритериальные ЗПР занимают в сис-

темном анализе, предметом изучения которого являются сложные техни-

ческие и организационно-экономические системы. В системном анализе

разработан специальный подход к изучению многокритериальных задач –

построение «дерева целей, задач и средств». Широкое применение при

решении многокритериальных ЗПР получили экспертные процедуры и

специальные методы. В частности, построение «дерева целей» всегда со-

пряжено с оценкой относительной важности целей с помощью экспертных

методов.

Выбор и принятие решений

с использованием моделей ЗПР

Выбор и принятие решений наиболее эффективно реализуется путем

экспериментов на модели.

В зависимости от способа реализации различают:



28

− физические (материальные) модели ЗПР. Физическая модель – это

либо сама система (опытный образец), либо другая система со схожей физи-

ческой природой, на которых проверяется или реализуется ЗПР. Качество

физической модели определяется коэффициентом подобия. Чем выше коэф-

фициент подобия, тем ближе приближается модель к реальному объекту;

− неформализованные (эвристические), прагматические модели ЗПР.

Основаны на принятии решений интуитивных, творческих идеях исследо-

вателя, профессионально подготовленного эксперта. В основе первых мо-

делей – специальные методы, в основе вторых – нормативные документы

(ГОСТ, Устав и др.);

− формализованные модели ЗПР. Основаны на формальном (мате-

матическом) аппарате и представлены в виде аналитических или компью-

терных моделей.

При рассмотрении этапа выбора и принятия решений основное внима-

ние уделяется роли ЛПР и экспертов, принципам оценки вариантов реше-

ний, существованию единственного решения и последовательности этапов

уменьшения неопределенности исходной информации.

Основные положения неформализованных ЗПР (НФЗПР):

− в НФЗПР основную роль выполняет ЛПР. Оно принимает решение

на основе своих предпочтений и несет за них ответственность;

− эксперты выполняют вспомогательную роль, осуществляя инфор-

мационную и аналитическую работу по уменьшению неопределенности

информации. Они несут ответственность за свои рекомендации;

− измерение качества решений осуществляется на основе формиро-

вания альтернативных вариантов и их сравнительной оценки;

− в условиях неопределенности может не существовать единственно-

го оптимального решения. Для ЛПР, имеющих разные предпочтения, ре-

шения будут различными;



29

− уменьшение неопределенности в неформализованной задаче при-

нятия решений осуществляется последовательными этапами: структури-

зацией, характеризацией, оптимизацией.

Рассмотрим более подробно указанные положения.

Первое положение: ЛПР принимает решения на основе своих предпоч-

тений, естественно, допускает определенную степень субъективности с

одной стороны из-за неопределенности задачи, а с другой из-за психоло-

гии мышления.

В процессе принятия решений ЛПР выполняет мыслительную деятель-

ность и совершает волевой акт. Мыслительная деятельность заключается в

генерации и анализе вариантов решений. Её результатом является интел-

лектуальное решение, представляющее собой рациональное решение и его

обоснование. Интеллектуальное решение может быть получено в резуль-

тате осознанного логического мышления, с возможным обоснованием

расчетами и экспериментами, или в результате подсознательного процесса

мышления – интуиции. Интуиция играет важную роль при формировании

и выборе решения в условиях неопределенности и жесткого лимита вре-

мени на его принятие. Для развития интуиции необходимо увеличивать

знания и опыт, производить логический разбор полученных интуитивных

решений с целью анализа и выявления возможных ошибок.

ЛПР после формирования интеллектуального решения выполняет ста-

дию мотивации, содержанием которой является оценка вариантов реше-

ний с точки зрения мотивов своего поведения.

Стадия мотивации заканчивается формированием установки – состояния

готовности к определенной активности; совокупность установок порождает

ориентацию, характеризующую линию поведения личности. На основе ус-

тановки и ориентации совершается волевой акт принятия решений.

Результаты интеллектуального решения и стадии мотивации находят

свое отражение в предпочтениях ЛПР. Описание предпочтений ЛПР в



30

виде функции предпочтения отражает не только объективную рациональ-

ную характеристику решения, но и психологию мышления ЛПР, его по-

нимание полезности решений. Поскольку функция предпочтения исполь-

зуется для выбора решения, то принимаемое решение всегда будет содер-

жать элемент субъективности.

Мыслительная деятельность человека в процессе принятия управлен-

ческих решений может быть усилена за счет рационального применения

формализованных (логических, математических) методов и технических

средств. Различного рода расчеты, поиск и предварительную обработку

информации, уменьшение количества альтернативных вариантов решений

при оценке их предпочтений по многим показателям можно эффективно

провести с использованием формализованных методов и технических

средств. Правильное комплексное применение всех средств существенно

повышает эффективность процесса принятия решений. Теория принятия

решений дает практические рекомендации по рациональному комплекси-

рованию всех средств на различных этапах и в определенных процедурах

процесса принятия решений.

Второе положение: о роли экспертов. Эксперты в процессе принятия

решений уточняют проблемную ситуацию, генерируют гипотетические

ситуации, формируют цели и ограничения, предлагают варианты решений

и дают оценку их последствий на основе своих предпочтений.

В общем случае предпочтения экспертов могут не совпадать с пред-

почтениями ЛПР. Это помогает ему критически осмыслить различные

точки зрения, еще раз взвесить возможные последствия решений, четко

осознать свои предпочтения. Привлечение экспертов к формированию и

выбору решений – это использование коллективных знаний и опыта, по-

зволяющих глубже разрабатывать решения и, следовательно, уменьшать

вероятность принятия неоптимальных решений.



31

Третье положение утверждает, что основой измерения степени дости-

жения поставленных целей является сравнительная оценка предпочти-

тельности решений. Для осуществления этой оценки необходимо сформу-

лировать альтернативные варианты решений. По крайней мере два, из ко-

торых одно состоит в том, что не нужно принимать никакого решения.

Сравнительная оценка решений является единственным способом измере-

ния предпочтительности в условиях отсутствия установленных эталонов,

подобных, например, эталонам измерения длины, массы, температуры и

т.п. Отсутствие вариантов решений не дает основания ставить вопрос о

выборе наилучшего решения. Наличие вариантов решения позволяет во

многих случаях существенно улучшить эффективность решений.

Измерение предпочтительности решений производится экспертами и

ЛПР. Экспертные оценки должны отображаться числами с использовани-

ем качественных и количественных шкал. Представление результатов

экспертизы в числовой форме позволяет производить формализованную

обработку на ЭВМ с целью получения новой информации, не содержа-

щейся в явном виде в суждениях экспертов. Для оценки решений необхо-

димо сформулировать систему показателей, характеризующих качество

этих решений и четко определяющих степень достижения сформулиро-

ванных целей.

Четвертое положение утверждает, что в условиях неполноты информа-

ции, а также из-за особенностей психологии мышления ЛПР может не суще-

ствовать единственного оптимального решения. Недостоверность информа-

ции усиливает влияние субъективных факторов на принятие решения.

Пятое положение утверждает характерную особенность принятия ре-

шений, а именно – последовательный процесс уменьшения неопределен-

ности информации.

На практике используются следующие фазы в процессе уменьшения

степени неопределенности.



32

Первая фаза (структуризация) – это выделение основных элементов

задачи и установление отношений между ними. Процедура структуризации

позволяет получить в явном виде структуру задачи, т.е. логически упорядо-

ченную систему. Результаты структуризации отражаются в формализован-

ном виде, что дает основание для получения символической записи, схем,

таблиц. Примером структуризации является схема процесса принятия реше-

ний, показанная на рис. 4. Структура задачи представлена в виде операций

(описание целей проблемной ситуации, определение необходимого вре-

мени, ресурсов, множества гипотетических ситуаций, ограничений, реше-

ний и т.д.) и отношения последовательности и взаимосвязи между ними.

Второй фазой уменьшения неопределенности является характериза-

ция – определение системы характеристик (параметров, показателей,

функций), количественно описывающих структуру задачи. Определение

вероятности ситуаций, приоритетов целей, предпочтений решений являет-

ся примером характеризации в задаче принятия решений. Проведение ха-

рактеризации приводит к более полному и точному описанию решаемой

задачи по сравнению с фазой структуризации и дает исходные данные для

последней фазы – оптимизации.

Третья фаза (оптимизация) заключается в определении наилучших эле-

ментов или связей между ними. Именно на этой фазе вся имеющаяся инфор-

мация преобразуется в конечную форму – решение. Проведение оптимизации

приводит к полной определенности решения задачи. В условиях неопреде-

ленности не всегда возможно выполнение фазы оптимизации в строго фор-

мальном виде. Во многих случаях ЛПР осуществляет оптимизацию в неявном

виде, опираясь на некоторые общие принципы и свои предпочтения.

Практическое использование последовательности фаз уменьшения неоп-

ределенности в задаче принятия решений повышает эффективность мысли-

тельной деятельности ЛПР. Всякая попытка нарушить эту последователь-

ность, «проскочить» через фазу структуризации или характеризации или



смешать эти фазы неизбежно приводит к ошибкам в суждениях, потере

логики решения задачи и, следовательно, к увеличению времени на при-

нятие решений.

Основное назначение неформализованных задач принятия решений –

определение наилучшего (оптимального) способа действий для достиже-

ния поставленных целей.

Задача принятия решений (ЗПР) для индивидуального ЛПР в теорети-

ко-множественном представлении (см. рис. 4) записывается в следующем

символьном виде:

),(;),,(

),,,( ОРДРВПРФМЗПРНФМЗПРХЗПРМЗПР

СПКАВПЗЗПРлпр = ,

где слева от черты расположены символы, описывающие известные, а

справа – неизвестные элементы задачи.

На базе указанных положений созданы следующие специальные нефор-

мализованные методы исследования систем (принятия решений): эвристиче-

ские методы, экспертные методы, метод синектики, морфологический ме-

тод, метод анализа иерархий, метод «мозговой атаки», метод Дельфи.

Формализованные задачи принятия решений

Формализованные задачи принятия решений по аналогии моделирова-

ния систем состоят из двух больших групп:

− аналитическое моделирование ЗПР (на базе аналитических зависи-

мостей);

− компьютерное моделирование ЗПР (на базе приближенных число-

вых методов).

Исходной информацией при построении математической модели ЗПР

служат исходные данные о классификационном определении ЗПР 33



34

(см. рис. 5). Переход от классификационного описания к формульному

описанию ЗПР осуществляется по следующей цепочке:

1. Классификационная (содержательная) модель ЗПР.

2. Математическая схема ЗПР.

3. Математическая модель ЗПР (аналитическая или численная).

Ниже приведены примеры решения задач по проблемным ситуациям,

имеющим место в процессе управления объектами авиатранспортной сис-

темы.

ТЕМА 3. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ

ПРОБЛЕМ В ПРОЦЕССЕ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ

АВИАТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ

Понятие о проблемах, возникающих в процессе управления объектами

авиатранспортной системы. Факторы, учитываемые в процессе принятия решений

в авиатранспортной системе. Примеры системного анализа и принятия решений

при возникновении проблемы (особой ситуации) в процессе управления объектами

авиатранспортной системы.

Понятие о проблемах, возникающих при эксплуатации

объектов авиатранспортной системы

В состав авиатранспортной системы входят подсистемы:

1. Система государственного правового, нормативно-технического

обеспечения, регулирования и надзора за БП.

2. Система обеспечения полётов.

3. Система лётной эксплуатации ВС.

4. Система УВД.

5. Система технического обслуживания и ремонта ВС.



35

6. Система Экипаж – ВС.

В случае, если фактические цели объектов авиатранспортной системы

отличаются от требуемых, возникают проблемы. На данный момент меж-

дународной организацией гражданской авиации (ИКАО) к числу главных

приоритетов (проблем) отнесены:

1. Проблема обеспечения безопасности полетов и авиационной безо-

пасности.

2. Проблема обеспечения допустимого уровня шума вблизи аэропор-

тов.

3. Проблема обеспечения охраны окружающей среды.

Основные способы решения этих проблем:

− повышение надёжности системы Экипаж – ВС, системы УВД;

− государственное участие в обеспечении авиационной безопасности;

− разработка новых авиационных двигателей, соответствующих тре-

бованиям по шуму и охране окружающей среды;

− перевод двигателей на альтернативные виды топлива (сжиженный

газ, водород).

Глобальными проблемами для авиатранспортной системы РФ являются:

− проблема реформирования ГА в соответствии с требованиями ры-

ночной экономики;

− проблема государственной поддержки и обновления парка ВС;

− проблема государственного правового, нормативно-технического

обеспечения, регулирования и надзора за безопасностью полетов;

− проблема снижения спроса на пассажирские перевозки в связи с

низкой платежеспособностью населения.

Основные способы решения проблем, характерных для ГА в РФ:



36

− сертификация объектов авиатранспортной системы, вывод из экс-

плуатации объектов, не соответствующих требованиям обязательной сер-

тификации;

− разработка и запуск в серию новых типов ВС с обеспечением госу-

дарственной поддержки;

− ремоторизация действующего парка ВС;

− разработка, внедрение эффективного государственного механизма

регулирования, надзора за безопасностью полетов.

Факторы, учитываемые в процессе принятия

решений в авиатранспортной системе

В состав авиатранспортной системы (рис. 6) входят подсистемы,

влияющие на качество функционирования. Главной подсистемой является

система Экипаж – ВС.

К числу факторов, учитываемых в процессе принятия решений, следует

отнести:

− уровень государственного правового, нормативно-технического

обеспечения, регулирования и надзора за безопасностью полетов;

− уровень обеспечения безопасности полетов;

− уровень технического обслуживания и ремонта воздушных судов;

− уровень организации и управления воздушным движением;

− уровень летной эксплуатации;

− уровень надежности системы Экипаж – ВС.

В соответствии с нормами летной годности, к числу факторов, непо-

средственно воздействующих на состояние системы Экипаж – ВС и

влияющих на процесс принятия решений, относятся:



− ошибки экипажа (множество Э);

− отказы на воздушном судне (множество ВС);

− особые условия окружающей среды (множество ОС).

37

Рис. 6. Структура авиационной транспортной системы

При воздействии указанных факторов на систему Экипаж – ВС возника-

ют особые ситуации в полете (усложнение условий полета

(УУП), сложная ситуация (СС), аварийная ситуация (АС),

катастрофическая ситуация (КС)), которые являются резуль-

татом одновременного действия двух и более факторов.

Множество «А» – это пересечение множеств «Э» и «ОС».

Множество «В» – это пересечение множеств «ОС» и «ВС».

Множество «D» – это пересечение множеств «Э», «ВС» и «ОС».

Система Экипаж – ВС

Система летной эксплуатации ВС Система технического обслуживания и ре-

монта ВС Система УВД Управление летной

деятельностью Организация летной работы

Система обеспечения полетов

Поисково и аэр.

спасат.

Организация

перевозок

Электросветотехническое

Аэронавигационное

Метеорологическое

Реж

имно

-охранное

Радиотехническое

Орнитологическое

Аэродромное

Штурм

анское

Медицинское

Оперативное

Социальное

Система государственного правового, нормативно-технического регулирования, контроля и надзора за безопасностью полетов



В нормах летной годности указаны следующие вероятности возникно-

вения особых ситуаций:

УУП = 1⋅10-4час-1 АС = 1⋅10-7 час-1

СС = 1⋅10-6 час-1 КС = 1⋅10-9 час-1

В авиатранспортной системе приняты 2 класса ограничений:

− эксплуатационные ограничения – условия, режимы и значения па-

раметров, преднамеренный выход за пределы которых недопустим в про-

цессе эксплуатации самолета;

− предельные ограничения – ограничения режимов полета, выход за

которые недопустим ни при каких обстоятельствах.

Рис. 7. Траектория состояний системы Экипаж – ВС

На рис. 7 линией изображена траектория состояний системы Экипаж –

ВС, где:

1 – это точка на траектории состояния системы, находящейся в нор-

мальном состоянии;

2 – это точка на траектории состояния системы, находящейся в осо-

бой ситуации, – усложнение условий полета;

3 – это точка на траектории состояния системы, характеризуемая вы-

ходом за эксплуатационные ограничения, – сложная ситуация;

38



39

4 – это точка на траектории состояния системы, характеризуемая вы-

ходом системы за предельные ограничения, – аварийная ситуация;

5 – это точка на траектории состояния системы, характеризуемая на-

личием человеческих жертв, – катастрофическая ситуация.

К решениям по признаку состояния системы следует отнести:

1. Решения, сохраняющие состояния системы (точка 1).

2. Решения, предотвращающие нежелательные состояния системы

(точки 2, 3, 4, 5) или обеспечивающие возврат в менее опасные особые си-

туации.

К решениям по временному признаку следует отнести: стратегические

(на 5 лет и более), тактические (до 3 лет), оперативные (квартал, месяц,

день, минута, секунды).

Схема процесса принятия оперативных решений

при воздействии множества факторов

При воздействии множества факторов в условиях оперативного управ-

ления обобщенная схема процесса принятия решения реконструируется

таким образом, чтобы создать резерв по времени, определить источники

недостающих резервов, извлечь из долговременной памяти алгоритмы

принятия решений, приобретённые в процессе профессиональной подго-

товки. Из анализа процесса принятия оперативных решений при воздейст-

вии множества факторов в рамках авиатранспортной системы следует, что

процесс принятия оперативных решений включает четыре основные функ-

ции (рис. 8):

1. Восприятие информации.

2. Анализ информации.



3. Принятие решений на основе сравнения с эталонным (норматив-

ным) решением или на основе прецедентов.

4. Реализация решений (мыслительные и моторные действия).

Восприятие информации

Анализ информации

Принятие решений

Реализация решений

Рис. 8. Схема процесса принятия и реализации оперативных решений

Рассмотрим особую ситуацию, в которой потенциально присутствует

угроза безопасности полета. В соответствии с концепцией ИКАО, дейст-

вия по обеспечению безопасности полета необходимо предпринять до то-

го, как наступит авиационное происшествие (точка неизбежности).

Восприятие информации должно носить целенаправленный характер,

т.е. сбор информации должен проходить по определенному алгоритму.

Тем самым создаются условия для формирования резерва времени (при

условии дефицита времени).

Анализ информации также должен носить целенаправленный характер,

результатом этого анализа должно быть выявление на основе нормативно-

го метода потенциальных причин авиационного происшествия (причинно-

следственный анализ).

Принятие решений на основе выявленных причин и с учётом профес-

сиональной подготовленности ЛПР осуществляется вырабатыванием

40



41

алгоритма решения по предотвращению авиационного происшествия или

алгоритма уменьшения последствий при действии опасных факторов.

Принятый алгоритм решений подлежит реализации сначала на уровне

мыслительного действия с целью сравнения его с эталонным алгоритмом

или сравнения с алгоритмом, построенным экспертом, т.е. на основе пре-

цедента. Причём необходимо иметь в виду, что в процессе мыслительных

действий перебор множества вариантов недопустим из-за дефицита вре-

мени. Только после мыслительных действий, остановившись на допусти-

мом (рациональном, правильном) варианте решения, необходимо присту-

пить к моторным действиям.

Пример 1

Выработка и принятие решений при возникновении проблемы (особой

ситуации) в процессе выполнения полета на самолете Ан-24 (на основе

неформализованной модели ЗПР).

Процесс системного анализа и принятия решений при возникновении

особых ситуаций включает следующие основные этапы:

1) содержательное описание проблемной ситуации;

2) разработка алгоритма особой ситуации;

3) разработка алгоритма неправильных решений и действий;

4) разработка алгоритма правильных решений и действий по предот-

вращению АП.

Виды алгоритмов:

1. Текстовый нормативный алгоритм (имеющийся в РЛЭ, в Инструк-

ции по технологии работы и взаимодействия членов экипажа).

2. Графический алгоритм в виде совокупностей следующих опера-

ций: восприятия информации, анализа информации, принятия решений,



42

реализации решений (действий), привязанных к этапу полёта и к времен-

ной оси.

3. Математический алгоритм.

Разработке алгоритма предшествует текстовое описание той ситуации,

в которой находится система Экипаж – ВС. В случае, если особая ситуа-

ция заканчивается авиационным происшествием, по результатам рассле-

дования причин авиационного происшествия формируется экспертное

решение по предотвращению авиационного происшествия.

Как правило, строятся 3 графических алгоритма:

1) алгоритм развития особой ситуации;

2) алгоритм неправильных решений и действий;

3) алгоритм правильных решений и действий.

Рассмотрим процесс принятия решений при возникновении конкрет-

ной особой ситуации в последовательности, представленной выше (эта-

пы 1, 2, 3, 4).



Алгоритмы развития особой ситуации, принятия решений и действий по предотвращению авиационного происшествия Содержательное описание особой ситуации

Тип ВС Ан -24 Экипаж Командир ВС, второй пилот, бортмеханик, штурман УВД Диспетчер старта Скорость полёта 165 км/ч Этап полёта Разбег Условия полёта Нормальные Тип авиационного происшествия Авиационные происшествия без человеческих жертв Особая ситуация Проявление человеческого фактора (ошибки экипажа) Последствия Касание земли крылом, винтами на этапе разбега. Остановка самолёта на расстоянии 1670 м от начала ВПП в по-

ложении на правый борт из-за частично убранных стоек шасси, авария. Убыток 106 тыс. руб. Причина Нарушение штурманом, бортмехаником требований РЛЭ и Инструкции по технологии работы и взаимодействию

членов экипажа, выразившееся в преждевременной уборке шасси



44

Пример 2

Принятие решений с использованием системы поддержки принятия

решений.

Ниже приведены основные показатели, характеризующие преимущест-

ва использования человека (Ч), компьютера (К), информационных систем

(ИС), систем поддержки принятия решений (СППР), системы принятия

решений (СПР) (табл. 1).

Таблица 1 № п/п

Показатели Ч К ИС СППР СПР

1 Способность к логическому обобщению и решению в неопределённых ситуациях

Ч - Ч Ч Ч

2 Способность к анализу событий, распре-делённых во времени и пространстве, распознанию их

Ч - Ч Ч Ч

3 Вычислительные возможности - К К К К

4 Возможность запоминания - К К К К

5 Скорость реакции - К К К К

6 Возможность обучения Ч К ЧК ЧК ЧК

7 Работоспособность - К К К К

8 Заинтересованность в результатах работы Ч Ч Ч Ч Ч

9 Надёжность - К К К К

Основной вывод: при создании перечисленных систем с целью повы-

шения их эффективности необходимо использовать основные преимуще-

ства как человека, так и компьютера.

В настоящее время определены 2 основных направления совершенст-

вования процесса принятия решений при особых ситуациях в полете:

− использование систем поддержки принятия решения (СППР) в

случаях, когда в контуре управления задействован человек;

− использование в контуре активного управления средств автоматики

(в варианте интегрированного комплекса бортового оборудования).



Основные характеристики СППР

Как правило, СППР относятся к экспертным системам, имеющим сле-

дующую структуру [1]:

45

Элементы СППР и их функции приведены в табл. 2

Таблица 2

Система и её элементы Базовые функции экспертной системы. Функции элементов системы.

Экспертная система Приобретение знаний. Управление процессом поиска реше-ний. Представление знаний. Разъяснение принятого решения.

Пользователь Взаимодействие с экспертной системой через оболочку в за-прос-ответном режиме.

Инструментальная оболочка Активизация машинно-логического вывода в соответствии с про-граммой (инструментальной средой). Обеспечение взаимодейст-вия между машиной логического вывода и базой знаний.

Машина логического вывода Воспроизведение модели проблемной области, модели меха-низма мышления человека-специалиста (эксперта) примени-тельно к решению задач в этой проблемной области. Воспро-изведение компьютерными средствами методики решения проблем, которая применяется экспертами.

База знаний Представление знаний на специальном языке и их хранение для последующего формирования выводов и соображений.

Разработчик Выбор инструментальной среды (ИС) в соответствии со сле-дующей схемой выбора ИС

где 1 – характеристики проблемы,

2 – характеристики пространства решений, 3 – характеристики проектируемой системы, 4 – характеристики инструментальной среды, 5 – модель инструментальной среды

Инструментальная оболочка

Машина логического вывода

База знаний

Пользователь Разработчик (эксперт)



Типовые задачи, решаемые экспертными системами:

1. Извлечение информации из первичных данных (например, сигна-

лы, поступающие от датчиков).

2. Диагностика неисправностей (в технических системах) и болезней

(в человеческом организме).

3. Структурный анализ сложных объектов (например, анализ надеж-

ности в соответствии со структурной схемой надежности).

4. Выбор конфигураций сложных многокомпонентных систем (на-

пример, распределенные сети).

5. Планирование процесса принятия решений (последовательности

выполнения операций), приводящих к заданной цели.

Пример 3

Выработка и принятие решений на основе формализованной (матема-

тической) модели ЗПР.

1. Классификационная (содержательная) модель

Данная содержательная модель базируется на концепции по обеспече-

нию безопасности полетов, принятой ИКАО. Суть её в том, что необхо-

димые для предотвращения авиационного происшествия меры (решения)

принимаются до того, как авиационное происшествие перейдет в разряд

катастрофы, т.е. особая ситуация перейдет за точку неизбежности (рис. 9)

стадии авиационного происшествия

t

Рис. 9. Схема содержательной модели

46



47

2. Математическая схема

В процессе функционирования в авиатранспортной системе главное её

звено – система Экипаж – ВС – может пребывать в одном из следующих

состояний: №

состояния Состояние Характеристика состояния

1 Нормальное Все параметры и ограничения при выполнении полётно-го задания соблюдаются.

2 Усложнение усло-вий полёта (УУП)

− незначительное увеличение психофизиологической нагрузки на экипаж; − незначительное ухудшение характеристик устойчи-вости и управляемости или летных характеристик. − УУП не приводит к необходимости немедленного или непредусмотренного заранее изменения плана полета и не препятствует его благополучному завершению. При УУП допускается изменение плана полета в соот-ветствии с указаниями РЛЭ (при соблюдении признаков, указанных выше).

3 Сложная ситуация (СС)

− заметное повышение психофизиологической нагруз-ки на экипаж; − заметное ухудшение характеристик устойчивости и управляемости или летных характеристик; − выход одного или нескольких параметров полета за эксплуатационные ограничения, но без достижения предельных ограничений и (или) расчетных условий. Предотвращение перехода СС в аварийную ситуацию или катастрофу может быть обеспечено своевремен-ными и правильными действиями членов экипажа (в со-ответствии с РЛЭ), в том числе немедленным измене-нием плана, профиля и режима полета.

4 Аварийная ситуация (АС)

− значительное повышение психофизиологической на-грузки на экипаж; − значительное ухудшение характеристик устойчиво-сти и управляемости или летных характеристик; − достижение (превышение) предельных ограничений и (или) расчетных условий. Предотвращение перехода АС в катастрофическую тре-бует высокого профессионального мастерства членов экипажа.

5 Катастрофическая ситуация (КС)

При её возникновении предотвращение гибели людей оказывается практически невозможным.



3. Математическая модель ЗПР

Рассмотрим полный граф состояний системы Экипаж – ВС [9]:

Рис. 10. Полный граф состояний системы Экипаж – ВС

Вероятность нахождения системы Экипаж – ВС в указанных состояни-

ях описывается с помощью системы дифференциальных уравнений, то

есть система Экипаж – ВС находится в нормальном состоянии, если оно

описывается уравнением:

АСНСАСССНСССУУПНСУУПНСНС PРРP

dtdР

→→→Σ +++−= μμμλ ,

где PНС – вероятность нахождения системы Экипаж – ВС в нормальном

состоянии;

λ∑ – суммарная интенсивность переходов системы Экипаж – ВС из

нормального состояния в особые ситуации;

μУУП→НС, μСС→НС, μАС→НС – интенсивности переходов системы Эки-

паж – ВС из особых ситуаций в нормальное состояние.

Таким образом, вероятности нахождения системы Экипаж – ВС в лю-

бом из состояний на указанном выше графе определяются в результате

решений системы уравнений:

.......

......

=

=

dtdР

dtdP

УУП

НС

48



........

........

........

=

=

=

dtdP

dtdP

dtdP

КС

АС

СС

Для решения системы дифференциальных уравнений необходимо за-

даться начальными условиями, то есть сформулировать задачу Коши. Так

как полёт начинается при отсутствии неблагоприятных факторов и все

системы находятся в исправном состоянии, согласно регламенту положе-

ние переключателей соответствует инструкции, то есть начальные усло-

вия можно записать в следующем виде: при t = 0 значения вероятностей

PНС = 1; PУУП, PСС, PАС, PКС = 0.

В результате решения системы дифференциальных уравнений как ма-

тематической модели возможных состояний системы Экипаж – ВС можно

получить график функции Pi = f(t), где i – номер состояния системы (НС,

УУП, СС, АС, КС).

Представленный ниже график (рис. 11) отражает качественное пове-

дение указанных зависимостей, полученных в результате решения систе-

мы уравнений.

Как видно из графика, вероятность нахождения системы Экипаж – ВС

в катастрофической ситуации с течением времени возрастает, асимптоти-

чески приближаясь к 1, т. е. состояние катастрофической ситуации есть

явление поглощающее. Вероятности же нахождения системы в промежу-

точном состоянии PУУП, РСС, PАС с течением времени возрастают до опре-

делённого значения, а затем уменьшаются до 0.

Наибольшее значение вероятности какой-либо ситуации, кроме катаст-

рофической, определяется исходя из уровня надёжности воздушного суд-

на, профессиональной подготовленности экипажа и персонала наземных

служб обеспечения полёта.

49



Рис. 11. Вероятности нахождения системы Экипаж – ВС в различных ситуациях

На графике имеются характерные точки t1; t2; t3; t4 , которые соответст-

вуют времени возможного перехода системы из одного состояния в дру-

гое, более опасное. Если для конкретной системы Экипаж – ВС опреде-

лить эти характерные точки, то можно сформировать и реализовать такие

решения, которые не допустят перехода из нормальной ситуации или хотя

бы из ситуации усложнения условий полёта в более опасное состояние за

время полёта или за какой-либо другой отрезок времени, интересующий

эксплуатанта.

Модель профессиональной деятельности

человека (пилота)-оператора

К числу формализованных, общих и частных моделей деятельности че-

ловека-оператора относятся модели систем массового обслуживания,

функциональных сетей, структурные схемы и математические операторы

(передаточные функции) [5].

50



51

Рассмотрим процесс принятия решений в рамках замкнутого контура

управления системы Пилот – ВС (рис. 12).

Информация о технической части системы и среде поступает через

приборы, индикаторы, дисплеи, сигнализаторы (система отображения ин-

формации – СОИ). Эта информация представляет собой информационную

модель, к ней же относят информацию, доставляемую органами чувств.

Важнейшим элементом деятельности оператора является образ – цель, тесно связанная с прогнозированием, с предвидением на базе концепту-альной модели.

Концептуальная модель содержит:

− постоянную часть, образуемую знаниями, умениями, навыками, полученными в процессе обучения;

− оперативную часть как представление о текущем состоянии и бли-жайшем развитии событий, ближайшей цели.

Ввиду сложности профессиональной деятельности человека-оператора принято делить ее на действия, операции. В представленной структурной схеме выделены звенья, относящиеся к сенсорной и нейромускульной деятельности пилота, связи по усилиям, перемещению, перегрузке.

Следует отметить, что деятельность пилота нуждается в планировании (в форме полетного задания), которому способствует изучение конструк-ции ВС, нормативных документов, работа с системами поддержки приня-тия решений.



52

Рис. 12. Структурная схема замкнутого контура управления системы Пилот – ВС



53

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Понятие о системности.

2. Понятие о системе, способах управления.

3. Понятие о классификации систем.

4. Понятие о методологии системного подхода, о системном анализе и

синтезе.

5. Понятие о цели системы, о проблеме, критерии оптимизации.

6. Понятие о состоянии системы.

7. Понятие об особых ситуациях при выполнении полетов.

8. Понятие о процессе принятия решений.

9. Понятие о лице, принимающем решения (ЛПР).

10. Понятие о задаче принятия решений (ЗПР).

11. Понятие об ограничениях и ресурсах, необходимых для принятия

решений.

12. Понятие о потребном и располагаемом времени, дефиците времени

при принятии решений.

13. Понятие о формализованных и неформализованных моделях ЗПР.

14. Понятие о математической модели.

15. Понятие о процессе принятия решений в условиях дефицита времени.

16. Понятие об алгоритме развития особой ситуации, алгоритмах пра-

вильных и неправильных решений и действий.

17. Понятие о контуре управления.

18. Понятие о входных и выходных параметрах и характеристиках сис-

темы.

19. Понятие об эксплуатационных и предельных ограничениях.

20. Этапы процесса принятия решений.



54

21. Классификация задач принятия решений

22. Критерии выбора единственного решения из множества эффектив-

ных.

23. Этапы построения математической модели.

− этапы построение описательной модели.

− этапы построение математической схемы.

− математическая модель.

24. Характеристика детерминированной задачи принятия решений.

25. Характеристика задач принятия решений в условиях неопределен-

ности.

26. Характеристика задач принятия решений в условиях многокритери-

альности.

27. Характеристика задач принятия решений в условиях риска.

28. Проблемы в авиатранспортной системе.

29. Способы решения проблем в авиатранспортной системе.

30. Принятие решений в эргатической системе (система Пилот – ВС).

31. Принятие решений с использованием системы поддержки принятия

решений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Джексон П. Введение в экспертные системы / П. Джексон. – М.:

Издательский дом «Вильямс», 2001.

2. Евланов Л.Г. Теория и практика принятия решений / Л.Г. Евланов.

– М.: Экономика, 1984.

3. Зыков В.В. Введение в системный анализ: моделирование, управ-

ление, информация / В.В. Зыков. – Тюмень: Изд-во Тюменского гос. уни-

верситета, 1998.



55

4. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных за-

дач /Дж. Клир. – М.: Радио и связь, 1990.

5. Новиков П.П. Принятие решений человеком в авиационных сис-

темах управления / П.П. Новиков. – М.: Воздушный транспорт, 1980.

6. Розов В.В. Математическое модель состояния ЛА в процессе экс-

плуатации / В.В. Розов, В.И. Кузнецов // Научный вестник МГТУ ГА. Сер.

Аэромеханика и прочность. – М.: МГТУ ГА, 1998. – № 2.

7. Саркисян С.А. Теория прогнозирования и принятия решений /

С.А. Саркисян. – М.: Высшая школа, 1997.

8. Системный анализ и принятие решений: словарь-справочник / Под

ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козловой. – М.: Высшая школа, 2004.

9. Советов Б.Я. Моделирование системы / Б.Я. Советов, С.Я Яков-

лев. – М.: Высшая школа, 1998.



МЕХОНОШИН

ВЛАДИМИР СЕМЕНОВИЧ

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

И ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ

Учебное пособие

Редактирование К.В. Егоров

Компьютерная верстка Н.П. Яргункина

Подписано в печать .2006. Формат 60×90/16. Бумага газетная.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 3,5. Уч.-изд. л. 2,61.

Тираж Заказ

РИО и УОП УВАУ ГА. 432071, г. Ульяновск, ул. Можайского, 8/8

56

Системный анализ и принятие...

Documents