Системный подход к информационным технологиям

Системный подход к информационным технологиям

Введение

Задача выбора системы или процедуры анализа данных с помощью информационных технологий является многокритериальной и от правильного ее решения зависит качество результирующих показателей. Отсюда следует, что выбор адекватной информационному пространству объекта компьютерной технологии является непростой задачей и требует применения системного. Выбор метода анализа информации во многом определяет качество получаемых итоговых результатов и облегчает возможность принятия решения в реальных условиях. Многие задачи сводятся к рассмотрению совокупности объектов, существенней свойства которых описываются связями между ними. Проект рассматривается как совокупность взаимосвязанных процессов, а каждый процесс - как система, имеющая вход и выход, своих «поставщиков» и «потребителей» к управлению, основу которого составляет иерархическая организационная структура.

Описание процесса генерации сценариев проектов

В настоящее время наиболее приемлемыми имитационными моделями для генерации сценариев, описывающих процессы целевых разработок, являются модели, основанные на графах, в частности сетевых моделях.

Развитие сценарного прогнозирования привело к разработке двух взаимосвязанных между собой методов: прогнозного графа и "дерева целей". (рис 1) [4,6]. При исследовании сложных физических систем ни один из имеющихся методов изолировано, вне связи с другими, не могут дать исчерпывающих результатов. [7] Потому процесс генерации сценариев проектов требует комплексного применения методов генерации информации при проведении экспертизы проектов. Как видно на рисунке 1, генерация сценария проекта происходит на заключительном этапе экспертизы проекта.

Рисунок 1. Компонентно-структурное представление системы методов генерации сценария проекта

Применение метода дерева целей позволяет последовательно разбить задачи на подзадачи и создать систему взвешенных по экспертным оценкам связей, которая будет четко отображать общую структуру проекта.

"Дерево целей" и метод прогнозного графа являются методами прогнозирования сложных систем или процессов, в которых возможно выделение многих структурных или иерархических уровней.

Дерево целей строится сверху вниз, исходя из главной цели, и на основе последовательного выделения все менее значительных уровней и событий в проектах. При этом ветви, исходящие из одной вершины должны быть взаимоисключающими, что придает им свойства альтернативности.

Метод прогнозного графа создан авторским коллективом во главе с
В.М. Глушковым. Основная часть метода прогнозного графа - коллективная экспертиза формирования набора исходных проблем. Каждым экспертом разрабатывается матрица «цель-средства», в которой указываются цели, необходимые для достижения глобальной цели, а также средства достижения каждой из них. Характерная особенность метода прогнозного графа - многоэтапность экспертизы. Центральная процедура метода - формирование прогнозного графа. В первом туре экспертизы составляется предварительный список промежуточных целей, необходимость для достижения конечной цели, указывается отношение подчиненности. Эта экспертная информация используется при определении списка целей для второго тура экспертизы. Во втором туре экспертизы анализу подвергается уже не конечная, а промежуточные цели, сформированные экспертами в первом туре. Эксперты второго тура обладают правом корректировать цели, сформированные экспертами первого тура. Последующие туры экспертизы аналогичны второму. Процедура заканчивается тогда, когда эксперты доходят до уровня целей, для реализации которых нет необходимости проводить дополнительные исследования и разработки. На основе полученной информации формируется прогнозный граф.

В ходе изучения литературы [1-7] была проведена классификация сценариев проектов.

Рисунок 2. Классификация сценариев

Содержанием начального процесса создания нового изделия являются прикладные научные исследования, самая существенная особенность которых - наличие большого числа альтернативных сценариев достижения выдвигаемых целей. При этом варианты макроструктуры технической системы характеризуются различным составом и количеством компонентов, которые в свою очередь могут иметь оригинальную структуру, что определяет в совокупности комбинаторное число вариантов исполнения изделия. Это обстоятельство обусловливает адекватность моделирования этапов создания новой продукции с помощью альтернативных стохастических графов. При этом следует иметь ввиду, что модели, основанные на альтернативных графах, могут применяться не только для анализа начальных стадий процессов разработки продукции, но и для любых других, в которых необходимо осуществить анализ комплекса альтернативных ситуаций.

Необходимо отметить, что преобразование дерева целей (дерева проблем или иной конструкции, отображающей общую структуру научно-технической разработки) в альтернативный граф не является алгоритмической проблемой, а выполняется на экспертном уровне.

Тем не менее, на основе анализа и последующего определения основных типов вершин дерева целей, может быть создан инструмент, помогающий экспертам в автоматизированном режиме строить альтернативные графы, отображающие различные сценарии. В работе [] для отображения альтернативных ситуаций предлагается рассматривать восемь типов вершин графов, причем альтернативы описываются вероятностями их реализации как независимыми, так и с учетом предшествующих решений. Иными словами, вероятности выхода альтернативного события в данной модели могут зависеть от предыдущего шага разработки, т.е. свершения дуг на входе события. В целом же модель разработки альтернативных графов организуется как некоторая суперпозиция связанных между собой вершин различных типов.

Простейшими в данной модели являются вершины, эквивалентные вершинам детерминированных графов, на входе и выходе которых реализуются логические условия

( - логическая операция "И"). Для отображения различного рода альтернатив на входах и выходах вершин могут быть использованы логические условия

логическая операция исключающая "ИЛИ"). Причем любой тип входа может быть скомбинирован с любым типом выхода. Опыт построения рассматриваемых моделей показал, что для отображения альтернативных ситуаций в реальном процессе среди всех типов вершин, которые образуются различными комбинациями входов и выходов, достаточно выбрать шесть следующих типов

:

Запись типов вершин в приведенном виде рассматривается таким образом. Для произвольной вершины е графа имеются логические условия на входе и выходе. Например тип означает, что на входе е имеет место условие "И", т.е. вершина е считается свершенной после окончания всех работ, непосредственно предшествующих ей; условие на выходе вершины е означает что будет реализовываться одна и только одна работа из всех работ, исходящих из нее.

При реализации разработки сценария могут встречаться ситуации, когда дальнейшее осуществление процесса, т.е. выполнение исходящих из событий дуг-работ существенно зависит от реализации дуг на входе событий. Для отображения таких ситуаций, могут быть введены дополнительно два типа вершин, которые условно обозначаются как

где - множество событий, из которых исходят работы, входящие в вершину; е; обозначает тип вершины, реализация которой на выходе зависит от реализации дуги i на входе события е с данным логическим условием; - множество событий (вершин), которые выходят из вершины е.

Перечисленные типы вершин исчерпывают различные ситуации, возникающие на начальных стадиях процесса разраотки новой продукции, допускающие альтернативы, но модель позволяет использовать не только указанные типы вершин, но и любую комбинацию из входов и выходов, приведенных в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Таким образом. рассматриваемый подход основан на представлении процесса создания новой продукции в виде многовариантного альтернативного стохастического графа G(J,U), где J - множество вершин, U - множество дуг, в котором в той или иной комбинации применяются восемь типов вершин, отображающих различные ситуации в разрабатываемых сценариях. Альтернативная стохастическая сетевая модель позволяет имитировать на ЭВМ процесс оценки и принятия решения в местах альтернативного разветвления процесса, определить полную вероятность каждого из предусмотренных вариантов разработки, время и затраты, связанные с реализацией того или иного проекта. Кроме того, альтернативная стохастическая модель дает возможность определять функции разделения параметров разработки изделия с учетом относительных преимуществ каждого из вариантов его изготовления, стоимости и времени реализации проекта по важнейшим этапам, оценивать степень неопределенности разработки.

Рассмотрим пример одного из вариантов построения альтернативных графов. На первом этапе создание сценария инновационной разработки определяется на содержательном уровне структурная схема, в рамках которой исследуемый объект расчленяется на укрупненные элементы (группы работ). Характер такого разбиения специфичен для различных видов разработок и определяется типом создаваемого объекта.

Структурная схема строится обычно в виде графа

G_s(J_s,U_s) типа дерево,

где J_s означает узлы, блоки и другие компоненты новой продукции, а U_s - функциональные связи между ними. При этом выделяются вершины аАJ_s, в которых возможны альтернативные решения. При этом используется один из методов групповых экспериментальных оценок, например метод комиссий. Данный метод относится к коллективным экспертным оценкам, и отработка мнений специалистов в этом случае производится в основном самими экспертами, которые в процессе непосредственного общения вырабатывают структуру разработки в целом.

На следующем этапе построения структурной схемы основной задачей является определение возможно большего набора альтернативных направлений, и поэтому предназначение отдается методам индивидуальной экспертизы [].

Итак, для всех вершин графа аА определяется множество допустимых альтернатив, и каждая из них отображается дугой (а,е), еJ_s. Для каждой альтернативы (а,е) строится подграф G_е(J_е,U_е) ее реализации. Подграф G_е(J_е,U_е) может быть альтернативным стохастическим графом. стохастический альтернативный граф G(J,U) отображающий процесс в целом, получается посредством объединения на основе графа G_s всех графов типа G_е и последовательной заменой дуг (а,е) U_s набором подграфов G_е, отображающих предусматриваемые для вершин а альтернативы

G(J,U) = G_s(J_s,U_s) G_е(J_е,U_е).

Опыт построения альтернативных графов показывает, что на одном и том же входе или выходе альтернативного события могут встретиться различные типы логических условий, например, (рис.4.4) и ряд других сочетаний [].

Смешанные типы входов и выходов затрудняют анализ ситуаций, создают условия неоднозначного их понимания и поэтому в применении крайне неудобны.

В этих ситуациях необходимо перестроить граф так, чтобы типы входа и выхода соответствовали одному из типов, приведенных в табл. 4.1. и.4.2.

Это легко обеспечить, если рассредоточить работы, приведенные на входе такого события е, и перестроить структуру графа. В частности, для ситуации рис.4.4. это можно сделать путем введения фиктивных дуг и событий, как это изображено. Здесь введены дополнительные события е', е" и фиктивные дуги (е',е), (е",е). После оценки и разрешения возможных альтернативных ситуаций определяется структура разрабатываемого изделия (объекта).

Деревья целей, построенные для крупных проектов, могут насчитывать сотни и тысячи элементов, представленных вершинами (событиями) и дугами (работами Это выдвигает задачу упрощения таких графов посредством выполнения определенных процедур, называемых "сворачиванием" сценария проекта[5]. Алгоритм состоит либо в удалении недопустимых вершин дерева и построении усеченного дерева решений, либо проводится его преобразование в граф типа дерево с использованием модифицированного алгоритма метода корреляционных плеяд как показано в работе [13]. В остальных случаях могут применяться алгоритмы, основанные на методе ветвей и границ.

В общем случае, сворачивание сценария проекта выполняется на экспертном уровне. Тем не менее, на основе анализа и последующего определения основных типов вершин дерева целей, которое представляет собой сценарий проекта, может быть создан инструмент, помогающий экспертам в автоматизированном режиме строить альтернативные графы, отображающие различные сценарии.

Формализация при построении графа включает следующие этапы:

– выявление всех элементов объекта;

– определение характеристик элементов (названий, номеров, весов, вероятности осуществления событий);

– установление связей между вершинами;

– определение характеристик связей - весов ребер и дуг;

– выбор формы изображения вершин и ребер, ввод условных обозначений в случае необходимости

– представление графа геометрическим способом.

Рисунок.3. Блок-схема алгоритма программной реализации генератора графовых топологий

Список использованной литературы

1. Коваленко И. И. Системный анализ и информационные технологии в управлении проектами/ И. И. Коваленко. - К. : Экономика и право, 2001. - 270 с.

2. Коваленко И. И. Сценарный подход в анализе инновационных проектов : Монография / И. И. Коваленко, К. В. Кошкин. - Николаев : УГМТУ, 2003. - 60 с.

3. Коваленко И. И. Системные исследования методов генерации информации при проведении экспертизы проектов/ И. И. Коваленко, О. А. Кудин// Збірник наукових праць. - 2004. - № 2 (395). - С.151-157.

4. Коваленко И. И. Сворачивание сценариев проектов с использованием контактных схем/ И. И. Коваленко, Т. В. Пономаренко// Збірник наукових праць. - 2005. - № 2 (401). - С.155-160.

5. Коваленко І. І. Вступ до системного аналізу : навч. посібник/ І. І. Коваленко, П. І. Бідюк, О. П. Гожий. - Миколаїв : Вид-во МДГУ ім. П. Могили, 2004. - 148 с.

6. Коваленко И.И. Системный подход к выбору методов анализа сложных физических систем. / Коваленко И.И., Гожий А.П., Пономаренко Т.В. //Матеріали міжнародної наукової конференції "Інтелектуальні системи прийняття рішень та прикладні аспекти інформаційних технологій"18-21 травня 2005 року.

7. Коваленко И.И. Информационная технология генерации альтернативных стохастических графов / Гожий А.П., Коваленко І.І., Пономаренко Т.В. / /Наукові праці: Науково-методичний журнал. Т.57 Випуск 44, 2006

8. Попов В.В.. Половинкин А.И. Теоретическое творчество: теория, методология, практика. - М.: НПО "Информ-система", 1995. - 408 с.

9. Зыков А.А. Основы теории графов / А.А. Зыков - М.: Наука, 1987. - с.15-17

10. Шишов К. Методы организации и оценки качества экспертиз.

11. Коваленко І.І.Упорядочение сценариев методом корреляционных плеяд/Коваленко І.І., Пономаренко Т.В. //Вестник ХНТУ 2006. -№ 1(24). - С. 55-59.