Состав и выбор методов исследования

Состав методов исследований систем управления можно понимать двояко. На одном иерархическом уровне, с одной стороны, состав методов исследования систем управления - это множество названных методов с учетом их классификации. В этом понимании состав методов исследования систем управления описан в предыдущем параграфе.

Здесь же, на другом иерархическом уровне состав методов исследования систем управления может рассматриваться как множество приемов и процедур исследования, объединенных структурно и функционально в конкретном методе, или их совокупное множество.

Любое исследование систем управления может включать:

1) сбор наблюдений и зафиксированных фактов (акты ревизии, бухгалтерские балансы, пояснительные записки к балансу и др.);

2) проверку достоверности имеющихся данных, отбраковку шума и дезинформации;

3) проверку и логический анализ имеющихся данных на непротиворечивость;

4) выдвижение одной или ряда гипотез относительно возможных причин наблюдавшихся явлений;

5) разработку проекта и плана исследования, его организации, мотивации, контроля результатов;

6) контроль результатов реального функционирования исследуемых объекта и системы его управления;

7) установление причин (диагностика) имевших место результатов;

8) разработку рекомендаций по дальнейшим исследованиям объекта и(или) системы управления;

9) разработку рекомендаций по совершенствованию объекта и(или) его системы управления;

10) проверку истинности (верификация) и достоверности полученных результатов и разработанных на их базе результатов;

11) передачу результатов исследований и рекомендаций заказчику или вышестоящей организации.

Оговорим, что любое исследование систем управления должно проводиться в системном единстве с исследованием объекта управления и среды, в которой работает этот объект. Принцип системности не позволяет рассматривать систему управления в отрыве от свойств и параметров объекта управления, внешней среды.

При этом в процессе анализа состава метода исследования в первую очередь необходимо рассмотреть алгоритм выполнения процедур исследования, в том числе чередование процедур анализа и синтеза.

Как уже отмечалось, основой анализа может быть признана абстракция, позволяющая постичь сущность исследуемого процесса, оценить его параметры. Методы анализа могут иметь различную степень формализации и позволяют использовать разнообразные модели. Основой конкретного знания является системное объединение частей в целое в процессе синтеза. Формальные методы синтеза отсутствуют. Синтез ~ это полностью эвристическая, творческая процедура.

В процессе исследования систем управления синтез и анализ образуют некоторые чередующиеся последовательности действий, которые в результате ряда приближений (итераций) на различных этапах исследований позволяют достичь целей исследования или установить факт невозможности их достижения.

Анализ как первый этап исследования позволяет получить необходимые «кирпичики» знаний, которые затем используют в процессе синтеза.

Поэлементный состав метода исследования систем управления зависит, прежде всего, от того, является ли тот или иной метод методом предшествующего, в реальном масштабе времени, последующего исследования. Такие исследования могут включать методы исследования механизма явлений или экстремальных исследований.

При исследовании механизма явлений (см. рис.4.1) ставится задача установить основные взаимосвязи и зависимости факторов и параметров системы управления, разрабатывают модели изучаемых явлений в системах управления/7,20/. Для этого при исследовании механизма явлений в системе управления:

1) определяют множество существенных с точки зрения задач исследования факторов внешней среды;

2) выделяют множество независимых между собой факторов внешней среды. Для этого исследуют и устанавливают взаимосвязи (корреляцию) между возможностью появления факторов внешней среды;

3) выделяют факторы, значимые с точки зрения решаемой задачи исследования. Для этого могут проводиться специальные предварительные отсеивающие эксперименты;

4) устанавливают объективные и субъективные ограничения на области изменения факторов внешней среды;

5) выделяют множество параметров объекта исследования и его системы управления, важных с точки зрения целей и задач исследования;

6) устанавливают диапазоны возможных изменений параметров системы управления и объекта управления;

7) выделяют множество независимых между собой параметров системы управления. Для этого исследуют и устанавливают взаимосвязи (корреляцию) между значениями двух и более исследуемых параметров;

8) выделяют факторы, значимые с точки зрения решаемой задачи исследования. Для этого могут проводиться специальные исследования;

9) исследуют наличие парных или множественных взаимосвязей или функциональных зависимостей «фактор - параметр»;

10) используя результаты проведенных исследований, могут устанавливать и уточнять функции, структуру системы управления, а также разрабатывать аналитическую или имитационную модели объекта исследования;

11) полученные результаты используют для разработки рекомендаций по созданию или совершенствованию существующих систем управления.

Метод экстремальных исследований может включать;

1) определение множества факторов внешней среды, влияющих либо на эффективность, либо на расход ресурсов, либо на безопасность системы управления;

2) выделение множества факторов внешней среды, независимых между собой. Для этого исследуют и устанавливают взаимосвязи (корреляцию) между возможностью появления факторов внешней среды;

3) выделение факторов, влияющих на исследуемый параметр системы управления. Для этого могут проводиться специальные предварительные отсеивающие эксперименты;

4) установление объективных и субъективных ограничений на области изменения факторов внешней среды;

5) выделение значений факторов (точек), в которых нужно провести исследования параметров системы управления на экстремальные (максимальные или минимальные) значения;

6) выделение множества параметров объекта исследования и его системы управления, определяющих его эффективность, расход ресурсов, безопасность;

7) наблюдение значений или проведение экспериментов, фиксирующих и исследующих изменения абсолютных значений параметров эффекта, расхода ресурсов, безопасности в рамках функциональных зависимостей «фактор-параметр»;

8) установление (с использованием результатов наблюдений проведенных исследований) или уточнение значений факторов, при которых наблюдаются экстремальные значения параметров эффекта, расхода ресурсов, безопасности, а такжесами абсолютные значения этих параметров;

9) использование полученных результатов для разработки рекомендаций по: ограничениям на работу системы, повышению эффективности, созданию, совершенствованию, эксплуатации существующих систем управления.

В состав метода предшествующего прогнозного или планового исследования могут входить:

1) анализ проблемы и точное ее формулирование (включая анализ логической структуры проблемы);

2) формулирование общей цели (множества целей) и критерия оценки эффективности системы. Декомпозиция целей, разработка граф-дерева целей;

3) формулирование гипотез исследования;

4) формирование альтернативных вариантов решений;

5) декомпозиция (расчленение) исследуемой системы;

6) прогноз и анализ будущих условий, т.е. прогноз развитая и изменения среды, а также прогноз появления новых факторов, способных оказывать влияние на систему.

7) определение и конструирование системы для решения этой проблемы: определений целей и решаемых задач; анализ структуры системы с учетом ее специфики, процессов и параметров функционирования;

8) выявление потребностей в ресурсах (включая людские) и в технологических процессах;

9) оценка ресурсов, включая оценку существующих технологий и мощностей, существующего состояния ресурсов, а также взаимодействие ресурсов и существующих факторов;

10) отбор предпочтительных вариантов в соответствии с выработанным критерием;

11) разработка рекомендаций или комплексной программы решения проблемы, включая: формулировку мероприятий и элементов проектов программы, определение очередности достижения промежуточных целей, распределение задач, сфер деятельности, компетентности и ответственности между организациями-исполнителями, проектирование организационной структуры, информационных потоков, режимов работы, проектирование мотивации, организаций, контроля, необходимых для достижения поставленных целей.

Выполнение этого перечня работ позволяет получить в результате проведенного исследования системное решение проблемы любой природы. При этом общая логическая последовательность важнейших операций предшествующего исследования сводится к следующим основным этапам:

1) разработка гипотезы и программы исследования. Уточнение задания на исследование: характер, масштабы, объект, периоды наблюдения (основания прогноза) и упреждения и т.д. Формулирование целей и задач, предмета, проблемы, альтернативных рабочих гипотез, определение методов, структуры и организации исследования;

2) анализ объекта прогнозирования и среды, динамических рядов показателей;

3) разработка типового представления объекта прогнозирования;

4) построение серии гипотетических (предварительных) исследовательских поисковых или нормативных моделей объекта;

5) разработка сценария развития среды и определение прогнозного горизонта;

6) проведение прогнозного моделирования и(или) экспертных оценок;

7) оценка достоверности и точности, а также обоснованности (верификация) прогноза - уточнение гипотетических моделей методами опроса экспертов;

8) анализ результатов предшествующего исследования;

9) выработка по результатам исследования рекомендаций для принятия решений в сфере управления;

10) верификация, экспертиза результатов исследований и рекомендаций, их доработка с учетом замечаний экспертов;

11) сдача результатов исследований и рекомендаций заказчику.

Каждый из этих этапов ставит свои задачи и определяет состав методов исследования.

В маркетинге принято выделять следующие этапы рыночного цикла товаров: выведение на рынок, рост продаж,

зрелость, насыщение, спад, уход с рынка/13/. Объективно существующий объем информации об объекте менеджмента связан с этапом цикла разработки товара/7/.

В теории проектирования объектов машиностроения известны и выделяют такие этапы жизненного цикла товаров:

- этап разработки,

- этап изготовления,

- пуско-наладочные работы и юстировка (регулировка),

- эксплуатация,

- утилизация или модификация.

При этом этап разработки может рассматриваться как отдельный цикл разработки товаров. Цикл разработки товаров также подразделяется на этапы:

- научно-исследовательской работы (НИР) или аванпроекта,

- эскизного проекта,

- технического проекта,

- этап опытных образцов.

По мере выполнения этапов разработки растет объем информации, которой разработчик решения располагает об объекте исследования/7/.

На этапе научно-исследовательской работы (НИР) или аванпроекта известны: множества условий и заданных функций, укрупненная модель объекта прогнозирования, основные технологии и др. Поэтому возможны только интуитивное, предметное и функционально-декомпозиционное представление объекта управления, которые будут рассмотрены.

На этапе эскизного проекта уточняют условия и функции, разрабатывают модель с точностью до блоков объекта прогнозирования, детально прорабатывают технологии. На этом этапе проектирования возможно использование следующих представлений объекта менеджмента: интуитивного, предметного, функционально-декомпозиционного, контурами обслуживания, агрегативно-декомпозиционного.

На этапе технического проекта разрабатывают всю про-ектно-конструкторскую документацию, проводят испытания изделия в лабораторных условиях. Поэтому на этапе технического проекта возможно использование следующих представлений объекта управления: интуитивного, предметного, функционально-декомпозиционного, контурами обслуживания, агрегативно-декомпозиционного, моделью «параметр - поле допуска». На этапе опытных образцов изделие подвергают испытаниям в реальных (натурных) условиях. Возможно использование всех ранее перечисленных представлений.

Задачами прогнозирования и планирования при разработке управленческих решений по высокотехнологичным образцам машиностроения, являются, в частности, разработка структуры процессов проектирования и оценка стоимости различных этапов. При этом прогнозируют объемы рассчетно-конструкторских работ и моделирования на вычислительной технике, аналоговое моделирование, число опытных образцов различной

комплектации для проведения лабораторных и натурных испытаний комплектующих и изделий в целом.

По некоторым оценкам, трудоемкости этапов разработки высокотехнологичных образцов машиностроения могут находиться в следующем соотношении: НИР -10%; эскизный проект - 15%; технический проект -(15-20)%; этап опытных образцов - (55-60)%.

Функции исследований тесно связаны и с этапом разработки, принятия и реализации решений в АСУ.

Могут быть выделены этапы проектирования измерений и сбора данных, сбора и регистрации данных, их обработки, представления, прогнозирования и планирования параметров деятельности, принятия решения, передачи решения (в том числе с возможностью кодирования и раскодирования), восприятия и исполнения решения. На каждом из этих этапов исследования имеют свою специфику.

В процессе исследований на этапе проектирования системы измерений и сбора данных нужно:

- установить перечень наиболее предпочтительных с точки зрения обеспечения безопасности, контроля или информативности параметров;

- определить методические, технические и технологические ограничения на количество и состав измеряемых параметров;

- определить допуски на точность и достоверность собираемой информации с точки зрения решаемой задачи;

- рассчитать максимальный период времени запаздывания данных с точки зрения обеспечения эффективности управления, а также решить другие вопросы, связанные со спецификой конкретной задачи.

На этапе сбора и регистрации данных важно исследовать полноту, частоту их поступления, возможность шума (непредумышленных искажений) и помех (умышленных, вводящих в заблуждение искажений).

На этапе обработки данных важно провести фильтрацию сбоев в измерениях (отсеять «выпадающие» точки), проверить непротиворечивость данных, исследовать и контролировать время и ресурсы, расходуемые на обработку и др.

На этапе представления данных важно исследовать зависимость эффективности использования данных при различных вариантах их представления. Такие исследования должны проводиться с учетом профессиональной, психологической, возрастной и т. п. специфики пользователей.

Естественно, специфика проблемы или задачи исследования могут потребовать изменить и дополнить эти перечни.

Выбор методов исследования систем управления проводится на основе их предварительной классификации. Такой выбор может проводиться интуитивно (экспертно), с использованием логики, с применением формальных приемов и критериев. Например, в качестве критерия выбора метода исследования может быть использована точность оценок или другой

важный с точки зрения целей исследования параметр при фиксированных ограничениях на финансовые или временные: затраты.

Наиболее общий подход к выбору метода исследования системы управления состоит в том, что:

1) определяют цели исследования, включая ограничения на время их достижения, расход ресурсов, наличие необходи-: мой аппаратуры, персонала и др.);

2) устанавливают требования к результату исследования (прежде всего это полнота отражения свойств объекта исследования; количественный или качественный будет результат; для количественного результата устанавливают точность и достоверность);

3) устанавливают наличие и тип (интуитивные, предметные, количественные) данных о системе управления, объекте, внешней среде (качество, функции, структура, параметры);

4) оценивают возможность получения дополнительных данных каждого типа в процессе исследований;

5) определяют круг (множество) методов, применимых при существующих и возможных данных;

6) из числа применимых методов отбирают подмножество методов, позволяющих достичь поставленных целей исследования. Такие методы исследования систем управления будем называть рациональными;