ИТ в стр_лекции Пеньковский

Графназываетсяэйлеровым, еслионимеетцикл, содержащийкаждое ребро графа по одному разу (рис. 17, б). Такой граф можно полностью обойти, проходя по каждому ребру только один раз (по эйлеровой линии). Этимсвойством обладаютграфы, степени всехвершин которых четны.

Эйлеровграфпредставляетинтересприсоставленииэкономичных маршрутов движения транспорта в строительстве, при разработке технологических карт на строительные процессы. Аналогично эйлеровым линиямвграфахмогутбытьгамильтоновылинии, проходящиечерезвсе вершины по одному разу.

Рис. 17. Виды графов

Графом-деревом называется связный граф, не содержащий циклов (рис. 17, в). Графы-деревьяслужатнагляднымиэффективнымсредством решения задач, связанных с транспортом. В частности, очень важной является задача прокладки инженерных коммуникаций (дорог, линий электропередач и т. п.). Задача ставится следующим образом. Имеется n населенных пунктов (объектов), которые требуется соединить между собой сетью дорог (коммуникаций). Для каждой пары пунктов известна стоимость соединяющей их дороги, если бы она была построена. Необходимо построить самую дешевую из всех возможных сетей дорог без

дублирования связи между пунктами. Для построения решения в виде графа-дерева используется простое правило экономичности. На каждом шаге построения дерева беретсясамое дешевое из возможныхребер, не образующих цикла. Построение начинается с двух пунктов с наименьшейстоимостьюдорогимеждуними(рис. 17, г). Цифрамипоказанапоследовательность соединения пунктов.

Досихпорописывалисьграфынеориентированные. Граф, накотором указано направление каждого ребра, называется ориентированным или орграфом.

Ориентированные графы используются прианализе транспортных систем, в задачах управления строительством (при сетевом планировании). Его удобно представлять в более компактной форме матрицы (рис. 17, д), что облегчает расчеты сетевых моделей в различных задачах. Вячейкахматрицызаписываетсяинформацияоналичииилиотсутствии связи (1 или 0). Здесь может указываться и другая информация, представляющая интерес для расчетов в задачах планирования (продолжительность работ, стоимость, трудоемкость и т. п.).

При построении сетевых графиков находят применение изоморфные графы, которые имеют одинаковое число вершин и соответствующиедругдругуребра(рис. 17, е). Изоморфныеграфыимеютодинаковое число ребер, однако их размеры и форма могут быть различными. Изоморфные графы считаются равными и взаимозаменяемыми, если нет специальных оговорок.

В процессе описания систем с помощью теории графов осуществляется структурный анализ систем, анализ всех связей между элементамисистемы. Процессвыделенияэлементовсистемыиустановлениясвязей принято называть структуризацией. Глубина структуризации зависит от значимости влияния элементов на свойства системы. При решении практических задач структурного анализа сложных систем могут осуществляться три уровня описания связей между элементами.

На первом уровне устанавливается наличие или отсутствие связей междуэлементами. Системапредставляетсяввиденеориентированного графа непосредственных связей, при этом устанавливается, является ли граф (система) связным или он может быть представлен в виде отдельных подграфов (подсистем).

Навторомуровнеустанавливаетсянаправлениеипутипередачисигналовмеждуэлементами, определяются входные, управляющие ивыходные полюсы. Система представляется ввиде ориентированногографа.

На третьем уровне определяются виды сигналов в связях (входные или управляющие), отношения предшествования (следования), классифицируютсявсеисточникиипотребителисигналов. Затемсистемапредставляется двумя ориентированными графами – графом непосредственногоследованиядляпередачивходныхсигналовиграфомнепосредственного подчинения для передачи управляющих сигналов.

В результате структурного анализа устанавливается состав и строение системы, связи со средой, связи внутри системы и иххарактер, определяется иерархия элементов вих отношениях следования и управления.

На практике при описании систем обычно используют все ранее указанныеформыпредставлениясистем– текстуальную, аналитическую

играфическую– вразличномсочетании, обеспечивающемдостаточную полноту, компактность и наглядность изображения системы.

При автоматизированном проектировании объектов строительства системный подход становится обязательным для применения, что отмечается в технологических правилах проектирования [8].

Сразвитием науки и техники объекты строительства становятся всеболее сложнымикомплексами зданий и сооружений, обеспечивающих новые технологические процессыв промышленности, в организацииповседневнойдеятельностиижизничеловека. Такиеобъектыпредставляют собой многоуровневые строительные системы с огромным числом внутренних и внешних связей, проявляющихся во времени

ив пространстве.

На рис. 18 показана система «Здание» в процессе его создания

иэксплуатации (во времени), а на рис. 19 – в процессе функционирования (в пространстве). Все элементы этих двух систем одного объекта тесносвязанымеждусобой, асвязиэлементовописываютсяполнымграфом. Технологический процесс в здании прямо влияет на его объемнопланировочное решение и инженерное оборудование. В свою очередь, объемно-планировочное решение определяет пролеты несущих конструкцийинагрузкина них. Естьи обратныесвязи. Есливыбранное архитектурноерешение не обеспечено конструктивным исполнением, то материалы и конструкции могут повлиять на выбор архитектуры здания

идаже на технологический процесс.

Нет необходимости описывать все прямые и обратные связи в системах. Наличие их очевидно, а необходимость учета таких связей при проектированиииуправлениистроительствомдавноужепризнаетсявсеми участниками строительного процесса.

Здание

Рис. 18. Структура системы «Здание» в процессе его создания и эксплуатации (во времени)

Здание

Рис. 19. Структура системы «Здание» в процессе его функционирования (впространстве)

Однако, признавая необходимость системного подхода к решению строительных проблем, мы пока далеки от его полной реализации на практике. Деловтом, чтомногиесвязив строительныхсистемахтрудно формализовать в математической постановке, что необходимодля обработки информации на вычислительной технике в процессе принятия

решений. Многие связи описываются лишь качественно, на уровне экспертных оценок типа «лучше», «хуже». Не сформирована пока и общая методологияпринятиярешенийдлясложныхсистем. Поэтомуприменение системного подхода в строительстве во многом зависит от опыта иинтуициируководителейпроизводства, являетсяскорееискусством, чем наукой. В проектных организациях координацию работ по выполнению отдельных частей проекта с позиций системного подхода осуществляет главный инженер (или архитектор) проекта. При строительстве объектов этуфункцию выполняет руководитель строительной организации.

В последние годы методология принятиярешений в строительстве получилаширокоеразвитие. Созданыновыепрограммныесредства, обеспечивающие связи между элементами сложных систем в процессе проектирования и управления строительством с использованием единой информационной базы. Разработаны экспертные системы, информаци- онно-поисковые системы, помогающие принимать решения с применением методов системного анализа. Это новое направление в строительной науке получило название сквозного автоматизированного проектированияиуправления, цельюкоторогоявляетсяконечныйрезультат, т. е. заданные показатели состояния строительной системы в целом, а не отдельных ее элементов.

Из теориисистемизвестно, что глобальныйоптимум критериядля системы (конечный результат) не является простой суммой локальных оптимумов для ее элементов. Для получения глобального оптимума впроцессе егопоискаприходитсяотклонятьсяотлокальныхоптимумов элементов в ту или иную сторону, учитывать технологическую совместимость решений.

3.2. Системныйанализ, его этапы

Системный подход в науке, в строительстве используется при решении различныхпроблем. Проблема– этоситуация, требующаяизученияи разрешения, вкоторой необходимоерасходитсясдействительным положениемдел.

Различают три типа проблем – структуризованные, слабоструктуризованные и неструктуризованные проблемы.

Структуризованными являются проблемы, поддающиеся четкой количественной формализации. Для их разрешения можно подобрать математическийаппарат, которыйпозволитнайтинужноеилиоптимальное решение проблемы.

Слабоструктуризованные проблемы включают в себя не только количественные оценки (параметры), нои качественные показатели, которые не поддаются четкой формализации и могут учитываться лишь весьма приблизительно. Трудно учитывать, например, психологические или социальные факторы.

Неструктуризованныепроблемывключаютвсебяпрактическиодни качественные показатели и разрешаются эвристическим путем с широким привлечением экспертных оценок, научных гипотез и интуиции исследователей.

В качестве примеров можно указать следующие проблемы. Структуризованная: проблема исследования и оценки напряженно-деформи- рованного состояния конструкций сложного сооружения. Слабоструктуризованная: проблема определения нового норматива по производительности труда комплексной бригады, состоящей из строительных рабочих разных специальностей. Неструктуризованная: проблема разработки архитектурного облика города.

Большинствовстречающихсявжизнипроблемявляютсяслабоструктуризованными иразрешаются с той илииной степенью приближения.

Неструктуризованные проблемы с помощью различных приемов также сводяткрешениюслабоструктуризованныхиструктуризованных проблем. Системный анализ является частью общей теории систем и наряду с другими науками – исследованием операций, кибернетикой, системотехникой – дает возможность решать все наиболее важные проблемынародногохозяйстваспозициисистемногоподхода. Вотличиеот исследования операций, занимающегося разрешением структуризованных проблем, системный анализ представляет собой широкую и универсальную методологию решения слабоструктуризованных проблем, методологию исследования труднонаблюдаемых, плохо поддающихся формализации процессов и объектов, которые представляются в качестве целенаправленных систем. Главное в системном анализе – найти простое в сложном, превратить трудноразрешаемую проблему в четкую серию достаточно простых задач. Если в исследовании операций возможен поископтимального решения, то в системноманализе важна постановказадачи, структуризацияпроблемыинахождениерациональных решений, которые не всегда могут быть оптимальными. При этом после структуризации проблемы математический аппарат исследованияопераций можетбыть использован в качестве инструмента системного анализа.

Исследование и разрешение неструктуризованных проблем имеет общую закономерность, состоящую в том, что здесь на первых этапах обычнонетребуетсястрогоематематическоерешениезадач. Вбольшинстве случаев достаточно выработать генеральную линию решения проблемы, затем в ходе ее реализации уточнять условия, конкретизировать задачи и решать их методами системного анализа.

Процесс выработки мероприятий для разрешения проблемы с помощью системного анализа производится с разделением на следующие основные этапы:

1.Выявление и анализ проблемы.

2.Выделение системы из среды.

3.Определение промежуточных целей.

4.Выбор критериев, оценка альтернатив и принятие решения.

5.Диагноз существующей системы.

6.Проект организации системы.

7.Составление комплексной программы решения проблемы. Собственно анализом проблемы и возможностей ее разрешения

являются первые пять этапов. Шестой и седьмой этапы представляют собой синтез всех результатов исследования, воплощенный в конкретные организации системы и комплексные программы реализации принятого решения. Рассмотрим этапы поподробнее.

1-й этап. Выявление и анализ проблемы

Этапявляетсяосновополагающимдляпостановки исследования. На этом этапе осуществляется тщательное изучение обстановки, породившей проблему, проводится сбор данных по ее прошлому и настоящему, определяются тенденции дальнейшего развития. Производится систематизация этих данных, выделение главного, чтобы ответить на вопрос, действительно ли здесь есть расхождение между требуемым и фактическим положением дел, не является ли проблемная ситуациянадуманной, порожденнойвторостепеннымиобстоятельствами. Необходимость разработки проблемы нужно глубоко обосновать и указать тесные связи с другими проблемами. Результатом первого этапа является четкая формулировка проблемы как главной цели исследования с указанием глубины, масштаба, значимости и необходимости ее разрешения.

2-йэтап. Выделение системы из среды

Навторомэтапеисследованиявыявляется, чтонеобходимодлярешенияпроблемы, отчегозависитрешение, чтоследуетвключитьвсистему, направленную на решение проблемы, и что не включать, оставляя в качествесреды. Ксистемеотносятсявсетеэлементы, которыетесносвязанымеждусобойимогутсущественновлиятьнаконечныйрезультат(цель) функционирования системы.

Внешняя(окружающая) средатакжесостоит изэлементов, такили иначевлияющихнавыделеннуюсистему. Основаниемдляотнесенияэтих элементовксредеявляютсядваобстоятельства. Первое– элементымало влияют на состояние системы. Это влияние в процессе исследования выявляется количественно, и если оно оказывается существенным, то элемент может быть включен в систему. Второе – состояние элементов среды задано, не зависит от состояния системы и не может менятьсяисследователем.

Так, для системы «Объектстроительства» подготовка кадров является внешним элементом среды. Но если в процессе строительства станетвозможнымсущественно повышатьквалификациюстроителейинастолько, что это сократит сроки строительства и повысит его качество, то подготовка строительных кадров может стать элементом системы.

В конечномсчете, выделениесистемыиз средыявляетсядостаточноусловным, направленонаупрощениеситуациииоблегчениерешения проблемы и, как всякое упрощение, приводит к определенным погрешностям в результатах исследования. Важно при этом не упустить главных связей в системе и среде, что приходит с опытом исследователя.

Результатом второго этапа является перечень элементов системы с указанием их свойств, влияющих на достижение конечной цели.

3-й этап. Определение промежуточных целей

Достижение главной цели, сформулированной впроблеме, зависит отрешениязадач, представляющихсобойнекоторыецели, ноболеенизкого уровня. Мероприятия для достижения конечной цели выявляются припостроениидеревацелей(ДЦ) – упорядоченнойиерархииальтернативныхцелей, характеризующей их соподчиненность и внутренние взаимосвязи(рис. 20, а). Совокупностьвсехцелей– главнойипромежуточных– вдеревецелейназываюттакжепорфирианомпоименигреческого

философа Порфирия, в работах которого встречается аналогичная систематизация целей.

ИерархияуровнейДЦуказываетнато, что целивышестоящихступеней достигаются лишь в результате реализации подцелей, на которые они распадаются. Подцели являются средствами к достижению вышестоящей цели и в то же время сами являются целью для более низкой ступени. По мере перехода от цели к подцели они приобретают более конкретный характер. Отметим, что возможен и обратный подход к построению ДЦ – по принципу построения алгоритмов, когда уровни ДЦ соответствуют последовательности достижения промежуточных целей сверху вниз. Главное, чтобы ДЦ представляло собой единую, но и детализированную цель рассматриваемой системы.

а)

б)

Обеспечение жильем рабочих

Строительство жилых домов

Рис. 20. Дерево целей

Дерево целей рекомендуется строить, начиная с верхней (главной) целинулевогоуровня, перемещаясьпоуровнямсверхувниз. Числоуров- нейможетбыть5–9. Полезнее учестьбольше целей, чем упустить необходимые. Многие цели на этом этапе исследования являются альтернативными, охватывают возможные пути решения проблемы. Построенное ДЦ является его первым вариантом. Это граф-дерево с логикой «и/или», т. е. включает как единственно возможные, так и альтернативные цели.

Например, еслицельюявляетсяобеспечениежильемрабочихстроящегося предприятия, то подцелями могут быть (см. рис. 20, б): строительство жилых домов блочного типа, строительство крупнопанельных домов, строительство домов из объемных блоков и т. д.

Таким образом, результатом третьего этапа является построение первоговариантаДЦ, включающеговсевозможныепромежуточныецели системы.

4-й этап. Выбор критериев, оценка альтернатив и принятие решения

Чтобыпринять тоилииное решение, необходимо получитьинформацию о его последствиях (прогноз). Осуществляется это в процессе формализации связей в системе целей, моделирования и оценки состояния системы после принятия решения. Для такой оценки необходимо выбратькритерии, которымиможно было быруководствоватьсяна этом этапе исследований.

Критерием является мера эффективности избираемого пути к достижению цели. Критериями могут быть затраты материальных ресурсов, труда или времени. Они могут быть простыми или комплексными, включающимивсебянесколькопоказателей. Выборкритерияопределяется конкретными целями на разных уровнях ДЦ и таким образом, чтобы критерии наиболее полно учитывали связи между отдельными целями, их влияние на достижение конечной цели.

Вопросы моделированиясистеми оценки альтернативрассматриваютсяниже. Будемполагать, чторезультатыоценкиальтернативизвестны.

ПослеоценкиисравненияальтернативмалозначащиецелиДЦудаляются, остаются основные, соответствующие наиболее эффективному решению проблемы. Выбор или принятие решения представляет собой переход ДЦ от графа-дерева с логикой «и/или» к графу с логикой «и».

Врезультатеотсекаютсяцели, неиграющиеважнойролиилинеобеспеченныересурсами, убираютсявзаимоисключающиетехнологическинесовместимые цели, делаетсявыборповсемконкурирующимвариантам, и оставляются наиболее приемлемые в конкретных условиях функционирования системы.

В результате 4-го этапа формируется окончательный вариант ДЦ, представляющий собой решение исследователя.

5-йэтап. Диагноз существующей системы

Проблемы, решаемые с помощью системного анализа, обычно появляются в существующих структурных образованиях. В какой-то системеэтупроблемуилиблизкуюкнейпыталисьразрешить, следовательно, таместьнекотораяисходная информацияпопроблеме и результатам

ееанализа, которые целесообразно использовать.

Врезультате 5-го этапа исследования выясняется, что можно использовать в рамках существующей системы для решения проблемы, обеспечив максимальную экономию времени и материальных ресурсов.

6-йэтап. Проект организации системы

Для построения (синтеза) новой системы, способной решить поставленную проблему, исходной базой является окончательный вариант ДЦ. На каждом уровне иерархии ДЦ определяют силы, средства, структуру организаций для достижения подцелей соответствующего уровня с учетом возможностей существующих организаций, которые при необходимости могут быть реорганизованы.

7-й этап. Составление комплексной программы решения проблемы

Программа– этопланируемыйкомплексэкономических, технических, социальных, исследовательскихипроектныхмер, направленныхна достижение общей цели в установленные сроки. Основой комплексной программы, как и проекта организации системы, является ДЦ. Каждая цель при этом трансформируется в функцию, осуществляется переход отцелевойкдинамическойструктуре. Основнаязадача плана– перевести результаты системного анализа на язык экономики, детализировать

и конкретизировать, распределить их во времени, закрепить отдельные вопросызаопределеннымиисполнителями, создатьсистемуруководства, координациии ответственности. Большоевниманиевкомплекснойпрограмме должно быть уделено всестороннему обеспечению функционированиясистемы(взаимодействию, организацииматериально-техничес- кого снабжения).

Направленность комплекснойпрограммына достижение конечной цели при решении проблемы с помощью системного анализа отличает такой подход от традиционного планирования «от достигнутого», котороедолгоевремяприменялосьиещеприменяетсявотдельныхотраслях народного хозяйства страны.

3.3. Методы принятия решений в проектировании

Комплексная программа решения проблемы и проект организации системы, разрабатываемыеназавершающихэтапахсистемногоанализа, включают всебя различные количественные показатели(сроки, затраты средств).

Чтобы эти показатели и программа в целом были обоснованными, реальными для выполнения и предусматривали наилучшие способы решения задач, составлениюпрограммы должна предшествовать большая работа по прогнозированию состояния системы вплоть до полного достижения главной цели.

Эта задача решается с помощью исследования операций – науки, предметом которой является количественное обоснование решений во всех областях целенаправленной человеческой деятельности.

Для прогноза состояния системы строится ее упрощенная модель, накоторойипроизводитсяисследованиедлявыявлениянаилучшегоспособа действий при решении той или иной задачи. Процесс моделирования системы является неотъемлемой частью исследования операций и системного анализа. Построение моделей, их использование и обработка результатов моделированиясистемосуществляютсяметодамиматематического программирования, разработанными для решения экстремальных задач.

В зависимости от вида математических связей, используемых для описания состояния системы, различают 6 основных видов математическогопрограммирования: линейное, нелинейное, дискретное, целочисленное, стохастическоеидинамическое. Влинейномпрограммировании

связи между элементами системы выражены линейными функциями, внелинейном– нелинейнымифункциями. Динамическоепрограммированиеприменяетсядля исследованиясистем, свойствакоторыхизменяются во времени.

В исследовании операций различают следующие этапы работы:

1.Постановка задачи.

2.Построение модели системы.

3.Проверкаадекватностимоделивсистеме, выяснение, достаточно ли точно модель отражает свойства реальной системы.

4.Решениепоставленнойзадачиспомощьюмодели(моделирование).

5.Реализация результатов исследования.

Вопросы построения моделей систем и их использование при решении различных задач в строительстве изложены в 1.4.

Здесь же ограничимся сделанным выше перечислением этапов исследования операций, чтобы показать место и роль моделирования систем в процессе выработки решений.

Ряд задачпри моделировании систем приходится решать в условиях неопределенности и противоречивости целей, когда параметры системы могут меняться в широких пределах. Для обоснования решений в этих условиях применяют специальный математический аппарат – теориюигр, позволяющуювыработатьстратегиюпорациональномуобразу действий участников конфликтной ситуации (игры). Особенность принимаемыхрешенийздесьсостоитвтом, чтокаждыйизучастниковигры ставитперед собойсобственные цели, отдельныеизкоторых могутпротиворечить целям другихучастников. Разрешаятакие противоречия, теория игр дает возможность найти наиболее эффективный путь к достижению общей цели в проблемной ситуации.

Для моделирования сложных систем с большим числом элементов и стохастическими связями между ними используются также методы теориимассовогообслуживания, экспертныеметодыпринятиярешений. Все эти методы приглавенствующей роли исследования операций являются комплексным математическим инструментом решения задач системного анализа.

Математическийаппаратисследованияоперацийдаетвозможность успешно решать задачи управления строгими логико-математическими методамивтехслучаях, когдапроблемаявляетсяструктуризованной, все связи в системе поддаются формализации и необходимая информация для описания состояния систем имеется в полном объеме.

Опыт показывает, что такие идеальные условия для решения проблем создаются чрезвычайно редко. С помощью строгих математических методов удается решать весьма ограниченный круг задач. Точность решений оказывается не всегда высокой, так как не всегда можно подобрать математическую модель, адекватно отражающую конкретную ситуацию. Кроме того, недостаточно точнымиоказываются исходные данные, а во многих случаях задачи по разным причинам приходится решать в условиях недостаточной информации. Особенно часто такая ситуациявозникаетприрешениинеструктуризованныхпроблем, когдасвязи в системах и критерии оценки состояния систем не могут быть описаны строгими математическими функциями.

Для принятия решений в этих условиях применяются экспертные методы.

Сущность экспертных методовсостоитв том, что дляоценок явлений и выработки предложений привлекаются высококвалифицированные специалисты, обладающие необходимой профессиональной подготовкой, опытомиинтуицией. Экспертывыполняютрольсоветниковлиц, принимающих решения.

Экспертные методы применяются в форме экспертиз – индивидуальных или групповых, очных или заочных. Для проведения экспертиз назначается руководитель, на которого возлагается подбор экспертов, выявление мнений экспертов и анализ результатов экспертизы.

Экспертные методы ориентированы на использование группы специалистов. Однако, какпоказываетопыт, коллективноемнениеневсегда бывает правильным. Решающим является уровень компетентности специалистов. Много неквалифицированных специалистов не могут заменить одного высококвалифицированного.

Чтобыэкспертизабылауспешной, кэкспертамприподборепредъявляются следующие требования: достаточная компетентность по решаемой проблеме, объективность и независимость эксперта, принципиальность, практичность и самокритичность.

Выявление мнений экспертов в различных методах осуществляется разными способами.

При заочной экспертизе («метод Дельфи») оценки экспертов получают в форме ответов на вопросы специально заготовленных анкет. Опросы экспертов могут быть одноэтапные и многоэтапные, с обратной связью. Во втором случае после каждого очередного опроса экспертам сообщают результаты предыдущего этапа, а также имеющиеся расхож-

дения, и предлагают высказать свои соображения о причинах разногласий. В последующих опросах эксперты могут изменить свои оценки, опираясь на аргументированные доводы других экспертов, если они покажутся им достаточно убедительными.

Очные экспертизы предусматривают непосредственное общение экспертов между собой. Формы очной экспертизы – интервью, дискуссия, совещание с коллективной генерацией идей.

Наиболее распространенной формой очной экспертизы является проведение дискуссии по проблеме («метод сценариев»). Дискуссия состоитвсвободномвысказыванииэкспертамисвоихмненийсдоказательством или опровержением других мнений по поводу развития событий (сценария). В процессе дискуссии происходит постепенное сближение точек зрения. После обсуждения может быть принято более или менее единодушное решение. Дискуссия является наиболее оперативной формой выработки коллективного решения, однако она имеет и существенныйнедостаток. Решениеможетоказатьсянеправильным, еслионопродиктованоконъюнктурнымиузковедомственнымисоображениями, принято поддавлениемавторитетов, занимающих необъективнуюилиошибочнуюпозицию. Поэтомуворганизациидискуссииоченьважносоздать обстановку, способствующую свободному высказыванию, без оглядки на авторитеты и боязни давления заинтересованных лиц.

Близкой по форме к дискуссии является коллективная генерация идей («метод мозговой атаки»). Метод реализуется в два этапа. На первом этапе высказываются идеи решения проблемы пусть даже без строгих доказательств и их проверки. На втором этапе производится отбор идей для реализации.

Обработкарезультатовэкспертизыосуществляетсяметодамиматематической статистики по оценкам экспертов, полученными различнымиметодамиизмерения: ранжированием, парнымсравнением, непосредственной оценкой или последовательным сравнением.

Ранжирование – это расположение объектов в порядке предпочтения. Полученный ряд представляется в форме числовой последовательности. Присваиваемые объектамчисла, определяющиестепеньих предпочтительности, называютрангами. Наиболеепредпочтительномуобъектупозаданномукритерию(признаку) присваиваетсяпервыйранг, менее предпочтительному – второй ранг и т. д.

Парное сравнение представляет собой способ установления предпочтения объектов путем сравнения каждой возможной пары объектов

междусобой. Нопарноесравнениенедаетполногоранжированияобъектов. Это достигается при дальнейшей обработке результатов.

Непосредственнаяоценкасостоитвтом, чтообъектыоцениваются впринятойсистеме оценокна непрерывной числовойоси – вдолях единицы, в баллах с применением 5-, 10или 100-балльной шкалы.

Последовательное сравнение заключается в комплексном измерении с ранжированием и непосредственной оценкой объектов, с корректировкой ранга парным сравнением.

Среднеемнениевсейэкспертнойгруппыполучаюткаксреднеарифметическое значение оценок экспертов, а степень согласованности мнений экспертов оценивают коэффициенты вариации. Мнение экспертов можнополагатьдостаточносогласованным, есликоэффициентвариации не превышает значения 1/3. При больших значениях коэффициента вариации результаты экспертизы использовать не рекомендуется.

Влюбомслучаеэкспертныеоценкиявляютсялишьориентиромдля руководителей, принимающихрешение. Последнееслововсегдазаними, на них же возлагается и ответственность за принятое решение.

3.4. Искусственныйинтеллект, экспертныесистемы

Применение системного анализа к решению проблем в строительстве в значительной мере зависит от уровня системного мышления лиц, принимающихрешения. Помимоэкспертныхметодов, описанныхранее,

впомощьэкспертамируководителямэкспертизвпоследниегодыразработанысистемыискусственногоинтеллекта– экспертныесистемы(ЭС). Такие системы представляют собой комплекс программ, позволяющий

вдиалоговом режиме с ЭВМ расширить интеллектуальные возможности специалиста-эксперта по выбору решений в конкретной предметной области, используя записанные в память ЭВМ данные и знания специалистов, накопленный опыт. ЭС содержит необходимую информацию иправилаееиспользованияприобоснованиипринимаемыхрешенийметодами системного анализа.

Идеясозданияискусственногоинтеллекта(ИИ) возникласпоявлением вычислительной техники и ее успешным применением в творческой деятельности человека. В создании ИИ наметились два подхода – структурный и функциональный (феноменологический).

Структурный подход представляет собой создание модели – копии человеческогомозга совсемиатрибутамиегофункционирования. Одна-

ко наши научно-технические достижения в создании ЭВМ не дают пока возможности скопировать работутакого сложного созданного природой механизма мышления, как человеческий мозг. Модель получаетсяочень громоздкой и примитивной в функционировании.

БолееуспешнымоказалсяфункциональныйпутьсозданияИИ. Суть его состоит в разработке программных средств для ЭВМ, обслуживающих конкретные функции в деятельности человека и работающих по логическомупринципу: еслиисходныеусловияопределеныизаданы, то на выходе ЭВМ выдаст вполне конкретный результат, полученный по заранее разработанному алгоритму в форме текста или числа. Диалог человека с машиной вэтом случае вполне напоминает общение с разумным существом. В действительности за человеком всегда сохраняется начальная и конечная функция (постановка задачи и ответственность за результат). Человек никогда не сможет конкурироватьс ЭВМпо скорости и точности вычислений, работоспособности, информационной емкостии долговременности памяти. Отсюда – необходимостьобоснованного распределенияфункций междучеловеком и ЭВМ в автоматизированном проектировании и управлении строительством.

Отметимздесь ряднерешенныхпокапроблем, надкоторыми работают создатели ИИ. Это проблемы:

распознавания образов по комплексу признаков; классификации объектов, сортировки по их свойствам; обученияЭВМ, накоплениязнанийи ихиспользованиябезпря-

восприятия языка человека в письменной и звуковой форме;

выполнения логических действий, особенно в условиях недостатка информации.

Проблемараспознаванияобразоврешаетсяспомощьюоптических систем. Объектпроецируетсянаэкран-решеткуизискусственныхрецеп- торов (фотоэлементов). Каждый рецептор образует электрический сигнал, зависящий от уровня освещенности и цвета. Сигнал квантуется по уровню и кодируется цифрой. При черно-белом изображении кодсигналасостоитиздвухсимволов – 0 и1, соответствующихчерномуибелому цвету. Коды сигналов для цветных изображений включают две цифры – перваяхарактеризуетинтенсивность освещения, вторая– местовцветовомспектре. Такимобразом, спомощьюсигналовотрецепторовформируется цифровая оптическая модель образа, его формализованное представление, включающее координаты точек и код сигнала соответствую-

щего рецептора. Цифровая модель образа становится его эквивалентом во всех последующих процедурах приема, переработки и передачи информации.

Несколькосложнееобстоитделос распознаваниемзвуковойи особенноречевой информации. Устнаяречьпредставляетсобойпоследовательностьэлементарных звуковипауз(фонемов). Каждаяфонема имеет цифровой код, все фонемы записаны в память ЭВМ и соответствующие имзвукивоспроизводятсясинтезаторомречи. Чтениетекстаиозвучиваниедостигаетсяотносительнопросто. Проблемывозникаютсраспознаваниемречи. Человеческое ухо делает это значительно лучше, чем электронная техника, которая не улавливает особенностей каждого голоса. Появляется необходимость в настройке системы приема звуковых сигналов на их источник, на голос диктора.

К настоящему времени наметились успехи в обучении ЭВМ, накоплении знанийи ихиспользовании безпрямогоучастия человека. Однако в области логики действий и особенно в условиях недостатка информации поле деятельности для создателей ИИ остается открытым.

Функциональный подход в создании ИИ стал основой разработки экспертных системв различныхотрасляхзнаний. Нижеприведены примеры таких систем.

DENDRAL. Разработана в середине 70-х годов в Стенфордском университетедляраспознаваниямолекулярнойструктурыорганических соединений.

MYCIN. Разработанатамже впомощьфизиологампридиагностике и лечении менингита и бактериальных инфекций.

PROSPECTOR. РазработанавСтенфордскомуниверситете вконце 70-х годов для исследования и обнаружения полезных ископаемых. С помощью этой системы было открыто месторождение молибдена в штате Вашингтон.

CADUCEUS. Разработчик Попл, 1982 г. ЭС диагностики внутренних болезней. Базазнанийвключаетоколо500 болезнейи100 000 симптомов.

В настоящее время в США, Германии, Японии и других развитых странах разработаны и используются сотни ЭС, в том числе и в строительстве. Это ЭС для проектирования стальных конструкций (SSPG), оболочек (BUCKLING EXPERT), железобетонных балок (GEPSE), мос-

товыхферм(BTEXPERT, RTEXPERT), составабетона(DURCON) имно-

гие другие.

Вкачестве примерарассмотримработус ЭС СШАBTEXPERT для проектирования мостовых ферм. Схема ЭС представлена на рис. 21.

Рис. 21. Схема ЭС

Работа пользователя построена по принципу выбора решений из числавозможныхисодержащихсявбазезнаний. Механизмвыводаобеспечиваетвыводнужнойинформациипо запросупользователясподсказкой при затруднениях и с пояснением по принимаемым решениям.

Возможные (альтернативные) проектные решения для мостовых ферм включены вДЦ, показанное на рис. 22.

Двигаясь по ДЦ сверху вниз, пользователь выбирает варианты решений, соответствующие его исходным данным и получает решение с оптимальной по стоимости высотой фермы и соответствующим числом панелей.

Каквидноизпримера, ЭСдаетвозможностьсделатьпервыешагив организации сквозного автоматизированного проектирования и управления строительством, получить оптимальное значение высоты фермы из сталей разных марок. Однако за пределами оптимизации остаются другие факторы, влияющие на выбор решений при системном подходе. Ферма является лишь элементом пролетного строения моста, системой же является весь мост с опорами, при этом возможны различные типы пролетныхстроений, различные опоры, материалы итехнологии производства работ, различные условия эксплуатации моста с соответствующимизатратами, надежностьюидолговечностьюконструкций. Чемпол-

нее будут учтены все эти факторы при создании системы «Мост», тем полнеебудетреализовансистемныйподходв организациисквозногоавтоматизированного проектирования и управления строительством этого объекта.

Мостовая ферма

100 ft < пролет < 520 ft

100–125 125–150 151–180 361–420 421–470 471–520

Тип нагрузки

1 2 3

Сталь М183 Сталь М223 Сталь М244

Оптимальная высота и число панелей

Рис. 22. Деревоцелей в ЭС BTEXPERT

4. Информационные модели объектов строительства

4.1. Понятие модели и моделирования

Автоматизированное моделирование систем является относительно новым направлением в науке, и терминология здесь еще полностью не сложилась. Различные авторы по-разному трактуют понятия модели имоделирования. Обобщаяпредложенияпотерминологиивэтойоблас-

ти, под модельюсистемыбудемпониматьнекоторуюупрощеннуюсистему, обладающую основными свойствами исходной системы, подлежащей исследованию.