3.1.5. Формализация процесса проектирования организационных систем

Рассмотрим задачу проектирования организации, в которой протекает некоторый информационный процесс, удовлетворяющий заранее заданным требованиям. Внутри системы происходят некоторые как физические, так и интеллектуальные процессы, которые описываются математическими уравнениями, неравенствами или другими средствами. Реальные процессы описываются моделями только приближенно и далеко не полно. Тем не менее, эти модели сами по себе достаточно сложные. Интеллектуальные процессы описываются математическими алгоритмами, вычислительными программами и представляют собой модели процесса решения задач проектирования. Эти модели также очень сложны.

При проектировании сложных систем путем декомпозиции они разделяются на отдельные подсистемы. Затем формируются подзадачи для них, выполнение которых необходимо и достаточно для осуществления главной задачи, определяемой стратегическим планированием организационной системы. Подсистемы могут быть связаны друг с другом только при выполнении некоторых условий, которые ограничивают выбор последовательности выполнения этих подзадач. Взаимосвязь подсистем и последовательность выполнения подзадач определяется из анализа исходных данных, получаемых из стратегических планов проектируемой системы.

Объект (организация) проектирования и процесс проектирования образуют некоторую систему. Система описывается некоторыми проектными параметрами, которые обозначаются через , где – число параметров. Они образуют множество . Если задаться всеми управляющими параметрами, то проектируемый объект будет полностью определен.

Под проектными параметрами обычно понимают независимые переменные и их численные значения. Целевые критерии (характеристики) – это переменные и их численные значения, зависящие от значений параметров, которые характеризуют выполнение как подзадач, так и задач, решаемых системой в целом. Необходимо отметить, что в иерархических системах понятие «проектный параметр» и «целевой критерий» имеют относительный характер, поскольку проектные параметры верхнего уровня при переходе к нижнему уровню обычно превращаются в целевые критерии.

Если цели и задачи, решаемые при проектировании сложной системы, определены, то поведение процессов измеряются и оцениваются некоторыми функционалами, определенными на множестве процессов. Эти функционалы называются критериями эффективности и определены на множестве управлений и соответствующих им процессов, которые обозначают так:

.

Под критериями эффективности сложной системы понимаются такие числовые характеристики, которые оценивает степень соответствия системы своему назначению, поэтому они должны учитывать как процессы функционирования системы, так и взаимодействие ее с внешней средой.

Следовательно, критерии эффективности зависят как от основных параметров, так и от внешних воздействий, которые определяют функционирование объекта, входящего в проектируемую сложную систему. Численные значения этих параметров выбираются в результате решения различных проектных задач, поэтому их принято называть проектными параметрами.

Сложные иерархические многоуровневые системы состоят из ряда подсистем, которые могут быть одно- и многокритериальные, многорежимные и многовариантные. Подсистемы имеют связи с другими подсистемами через свои входы и выходы. Выходы из подсистемы верхнего уровня имеют целевые назначения для нижних подсистем и являются входными переменными. Назовем эти параметры – целевыми (целевые критерии). А выходы подсистемы являются информационными о состоянии этой подсистемы, которые были названы проектными параметрами. Эти параметры обычно существенно влияют на результаты моделирования и их конкретные значения должны давать достаточную информацию для принятия решений, необходимых на рассматриваемом этапе разработки проекта.

Процесс проектирования сложных систем обычно представляется в виде некоторой последовательности этапов, основными стадиями которых являются проектное задание, проектное предложение, эскизный и рабочий проекты и т.д. На каждом из этих этапов в значительной степени используется как чисто математические, так и эвристические процедуры. Этап общего процесса проектирования, на котором исследование системы осуществляется математическими методами с использованием математической модели системы и математически заданных ограничений, назовем аналитическим проектированием. Основной целью аналитического проектирования является выбор ряда приемлемых вариантов и параметров системы, удовлетворяющих проектным условиям [18].

Введем два понятия уровней: а) уровень описания или абстрагирования и б) уровень сложности проектного решения. Для их различия введем термины страта и слой, как и в работе [15], хотя вложим в них несколько иной смысл. Необходимо отметить, при описании различных иерархических систем могут одновременно использоваться оба понятия, а случаи применения только одного из них скорее исключение, чем правило.

Обычно система или подсистема задается семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы (подсистемы) с точки зрения различных уровней абстрагирования. Для каждого уровня существует ряд характерных особенностей и переменных, законов и принципов, с помощью которых и описываются процессы, протекающие в системах (подсистемах). Чтобы отличить эту концепцию иерархии от других, будем использовать для нее термин стратифицированная система или стратифицированное описание. Уровни абстрагирования, включающие стратифицированное описание, будем называть стратами.

Рассмотрим модель процесса аналитического проектирования подсистемы сложной многоуровневой системы. Математическая модель ее аналитического проектирования обычно описывается не менее чем на двух стратах (рис. 3.2). На первой страте подсистема описывается на языке физических законов, управляющих работой и взаимодействием ее составляющих частей, в то время как на второй страте мы имеем дело с абстрактными нефизическими понятиями, такими как интеллектуальные процессы. На страте физических законов нас интересует правильное функционирование различных компонентов подсистемы.

На страте обработки интеллектуальной информации мы имеем дело с проблемами вычисления, программирования и т.д., а стоящие за этим основные физические законы в явном виде не рассматриваются.

Дадим определение страт подсистемы с точки зрения протекающих в них процессов обработки информации, связывающих входы и выходы.

Страта физических процессов – это такой уровень моделирования (описания) информационного процесса подсистемы, на котором преобразуются входные воздействия в выходную реакцию подсистемы. Оператор преобразования информации в физическом слое подсистемы обозначим . Если, например, оператор преобразования в физическом слое подсистемы является дифференцирующим, то такие подсистемы называются динамическими.

Вход Выход

Координация Обратная связь

Вход Выход

G

Страта 2. Интеллектуальные процессы

F

Страта 1. Физические

процессы

Рис.3.2

Рис. 3.3

Страта интеллектуальных процессов – это такой уровень моделирования (описания) информационного процесса подсистемы, на котором преобразуется входная информация – характеристики подсистемы, в выходную – проектные параметры или наоборот. Оператор преобразования информации в интеллектуальном слое подсистемы обозначим , а оператор обратного преобразования – .

Вообще говоря, подсистемы могут иметь как интеллектуальные входы и выходы, так и физические. Эти входы и выходы различны, так как они принадлежат различным уровням подсистемы (рис. 3.2 и 3.3). Введем обозначения для физического входа и физического выхода . В каждой подсистеме осуществляется преобразование одного процесса, называемого входным воздействием, в другой, называемый выходной реакцией, или просто преобразование «вход – выход» [17].

Введем обозначения для интеллектуального входа и интеллектуального выхода , хотя, как было уже отмечено, для иерархических систем, в зависимости от сформированной для подсистемы задачи, они могут меняться местами (рис. 3.2 и 3.3).

Для описания преобразования «вход – выход», осуществляемого любым уровнем подсистемы, необходимо построить математическую модель, то есть дать ее количественное описание с помощью системы уравнений, связывающих как входные воздействия и выходную реакцию, так и проектные параметры и характеристики – целевые критерии подсистемы. Математические модели подсистем описываются обычно алгебраическими или дифференциальными уравнениями.

Если проанализировать математическую модель любой подсистемы, то становится очевидным, что различные уровни обработки информации существенно зависят друг от друга. Действительно, фазовые координаты зависят от характера воздействия на входе физического уровня, но фазовые координаты также зависят и от проектных параметров , то есть от выхода информационного уровня. В свою очередь интеллектуальный вход определяется на этих фазовых траекториях , а, следовательно, зависит от физического входа и интеллектуального выхода .

Поэтому интеллектуальный уровень подсистемы связан с физическим уровнем двумя каналами. По координационному каналу из интеллектуального уровня в физический уровень подсистемы поступает информация об изменениях проектных параметров при аналитическом проектировании данной подсистемы, а по каналу обратной связи из физического уровня в интеллектуальный уровень поступает информация о состоянии фазовых координат.

Выделение интеллектуального уровня (страты) с оператором преобразования информации позволяет сформировать и решить ряд проектных задач, постановка и решение которых ранее вызывало определенные трудности.

Будем рассматривать аналитическое проектирование таких сложных иерархических многоуровневых систем, которые осуществляют как преобразование информации о целях и задачах аналитического проектирования в проектные параметры, так и преобразование информации об управляющих и возмущающих воздействиях в реакцию системы и назовем их – сложные информационные системы.

Другое понятие иерархии относится к процессам аналитического проектирования сложных систем – интеллектуальным процессам.

G₀

G₁

G_n

F

Рис. 3.4

Проблема аналитического проектирования сложных систем обычно становится разрешимой, если использовать иерархический подход. Для этого определяют семейство проблем, которые пытаются разрешить последовательным путем в том смысле, что решение любой проблемы из этой последовательности определяет и фиксирует какие-то параметры в следующей проблеме, так что последняя становится полностью определенной и можно приступить к ее решению.

Решение первоначальной проблемы достигнуто, как только решены все подпроблемы (рис 3.4). Каждый блок здесь представляет собой решающий элемент. Выход элемента, например G₁, есть решение или последовательность решений задачи, зависящей от параметра, фиксируемого входом _. Этот вход, в свою очередь, является выходом решающего элемента более высокого уровня.

Таким образом, сложная проблема аналитического проектирования разбивается на семейство последовательно расположенных более простых подпроблем, так что решение всех проблем позволяет решить и исходную проблему.

Такую иерархию мы будем называть иерархией слоев аналитического проектирования, а всю систему аналитического проектирования – многослойной интеллектуальной системой (аналитического проектирования).