Учебно-методический комплекс дисциплины «Теория систем и системный анализ» (стр. 4 )

Рассмотреть применение метода Монте-Карло для решения различных проблемных ситуаций.

Ситуация 1.

Городская администрация Баттербай Сити контролирует услуги микроавтобусов, которые развозят туристов и покупателей с автобусов и ж\д вокзалов в различные районы города. О потоке пассажиров, прибывающих на остановку автобусную, находящуюся возле ж\д вокзала, были собраны след. Данные:

Время м\у моментами прибытия пассажиров, минут	0	1	2	3	4	5	6
Вероятность	0,04	0,16	0,24	0,28	0,16	0,1	0,02

По расписанию микроавтобусы должны прибывать каждые 10 мин, однако изменчивость транспортных условий приводит к следующему распределению их прибытия:

Интервал м\у последовательными прибытиями автобусов, мин	8	10	12	14	16
Вероятность	0,1	0,38	0,28	0,15	0,09

Число мест в автобусе определяется след. Распределением

Число свободных мест	0	1	2	3	4	5	6
Вероятность	0,06	0,18	0,27	0,34	0,11	0,03	0,01

Требуется

1. Построить имитационную модель потока из 30 пассажиров, прибывающих а автобусную остановку, в предположении, что моделируемый счетчик времени установлен на нулевой отметке.

2. Определить среднее время ожидания автобуса пассажиром и среднюю длину очереди.

Ситуация 2. Корпорация «ELA» занимается производством легковых автомобилей. Аккумуляторы для моделей «LUNAR» компания закупает на стороне у внешнего поставщика. На основе прошлого опыта специалисты «ELA» оценили, что спрос на аккумуляторы за неделю можно аппроксимировать нормальным распределением со средним значением 500 и стандартным отклонением 10 для промежутка от 470 до 530.

Начальный запас аккумуляторов составляет 2000 шт., причем администрация компании приняла решение о подачах заказов на партию аккумуляторов размером в 2500 шт. каждый раз, когда запас опускается ниже уровня в 1500 шт. Кроме того, прошлый опыт показывает, что интервалы времени между подачей заказов и осуществлением поставок изменяется следующим образом:

Таблица. Распределение времени между поставками заказов

Время поставки, недель	1	2	3	4
Вероятность	0,2	0,5	0,25	0,05

Единичная стоимость хранения запасов 0,50 ф. ст. в неделю и рассчитывается для общего размера запаса, оставшегося на конец недели. Стоимость заказа – 50 ф. ст., а отсутствие аккумуляторов на складе оценивается в 20 ф. ст. в неделю.

Используя имитационную модель для периода в 20 недель, оценим среднюю стоимость проведения изложенной выше политики в неделю. Принимается предпосылка о том, что все расчеты производятся в конце недели, а подача заказов и поставки по ним – в начале недели.

ЗАНЯТИЕ 9. Дерево решений.

Использовать для решения проблемной ситуации метод - дерево решений.

Компанией “Cacus Chemical Company” был разработан новый товар. Вполне вероятно, что для него существует рынок сбыта на ближайший год. Наличие в производственном процессе высокотемпературных реакций повышает его стоимость до 2,5 млн. ф. ст. Для организации производственного процесса потребуется один год, однако, существует лишь 55%-ная вероятность, что будет обеспечена должная безопасность процесса. В связи с этим перед компанией встал вопрос о разработке компьютерной контролирующей системы(ККС), которая будет обеспечивать безопасность высокотемпературных реакций. Исследования по ККС продолжатся один год и будут стоить 1 млн. ф. ст. Вероятность получения требуемой ККС – 0,75.

Разработку ККС можно начать либо немедленно, либо подождать год до выяснения технологической безопасности процесса. Если разработку начать немедленно, а производственный процесс окажется безопасным, ККС окажется бесполезной (убыток –1 млн. ф. ст.). с другой стороны, если отложить разработку ККС, а процесс производства не будет соответствовать стандартам, то выпуск нового товара отодвигается на год до окончания исследований. И наконец, если невозможно создать безопасный процесс и работа над ККС окажется безуспешной, то альтернативного пути выпуска товара не существует, и работы по этому проекту следует прекратить. В случае, если продажа нового товара начинается в течении года, то прибыль составит 10 млн. ф. ст., если не принимать в расчет амортизацию по производственному процессу, или ККС. Если отложить выпуск товара на один год, прибыль упадет до 8,5 млн. ф. ст. из-за возможного появления конкурентов на рынке. Для облегчения расчетов можно не учитывать расходы на создание ККС.

Составить “дерево”, охватывающее все возможные варианты развития событий.

Как бы вы посоветовали поступить руководству компании?

Как должна измениться вероятность успешной разработки производственного процесса (на сегодняшний день определенная в 0,55), чтобы вы изменили свои рекомендации в вопросе 2? Имеет ли решение этого вопроса некоторый запас прочности(чувствительности) при изменениях вероятности?

3. ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

3.1. Краткие методические указания по организации самостоятельной работы

Общий объем времени самостоятельной работы установлен в 29 часов, из которых 9 часов отведено для изучения теоретического материала, 15 на выполнение курсовой работы и 5 часов на самостоятельное решение практических задач.

3.2. Содержание самостоятельных работ по изучению теоретического материала

1.Предмет системного анализа.

2.Понятие системы. Классификация систем.

3.Системные исследования и системный подход.

4.Методы системного анализа.

5.Метод дерева целей – как инструмент системного анализа. ­­

6.Проблемы принятия решений.

7.Системный анализ в отрасли.

8.Системный анализ на предприятии.

9. Теория графов – как инструмент системного анализа.

10. Этапы реализации системного анализа.

11. Принципы и этапы экономико-математического моделирования.

12. Модель линейного программирования применительно к задаче составления плана производства.

13. Принципы построения моделей управления запасами.

14. Основные модели управления запасами.

15. Моделирование деятельности фирмы с помощью производственных функций.

16. Моделирование деятельности фирмы в краткосрочном периоде.

17.Реакция фирмы, работающей в условиях совершенной конкуренции, на изменения цен на ресурсы и выпускаемую продукцию.

18. Постановка задачи оптимизации производственной программы предприятия.

19. Экстраполяционные модели прогнозирования экономических процессов.

20. Математический аппарат корреляционного и регрессионного анализа зависимостей экономических показателей.

21. Вероятностно-статистические (экономико-статистические) модели.

22. Применение системного анализа при планировании и управлении.

23. Экономико-математические модели межотраслевого баланса. Анализ хозяйственных связей с помощью моделей межотраслевого баланса.

24. Модели согласования ресурсов и потребностей.

25. Математическая модель экономики России после реформы.

26. Модели и методы экономического прогнозирования.

27. Сформулировать и решить методом динамического программирования несколько макроэкономических задач.

28. Моделирование поведения потребителя с помощью функции полезности.

29. Рыночное равновесие и анализ его устойчивости.

30. Динамические модели межотраслевых связей.

31. Функции спроса потребителя на товары и их свойства.

32. Опишите экономические ситуации (три вида), приводящие к транспортной задаче и решите их.

33. Модели со случайными факторами производства.

34. Модели анализа динамики экономических процессов.

35. Экономико-математическая модель межотраслевого баланса в анализе экономических показателей.

36. Эконометрические модели.

37. Моделирование спроса и потребления.

38. Моделирование систем массового обслуживания.

39.Элементы теории игр в задачах моделирования экономических процессов.

40. Производственная функция, её роль в оптимизации экономических процессов.

3.3. Примерный перечень вопросов к зачету

Тема 1. Общие фундаментальные понятия теории систем и прикладного системного анализа. Основы системного анализа: система и её свойства; дескриптивные и конструктивные определения в системном анализе.

1.  Что такое системный анализ?

2.  Что такое система?

3.  Начало создания системного анализа.

4.  В какой отрасли началось создание системного анализа?

Тема 2. Системы и закономерности их функционирования и развития.

5.  Какие системы называют простыми? Приведите пример.

6.  Какие системы называют сложными? Приведите пример.

7.  Какие системы называют большими? Приведите пример.

8.  Какие системы называют естественными? Приведите пример.

9.  Какие системы называют физическими? Приведите пример.

10.  Какие системы называют абстрактными? Приведите пример.

11.  Какие системы называют искусственными? Приведите пример.

12.  Какие системы называют открытыми? Приведите пример.

13.  Какие системы называют закрытыми? Приведите пример.

14.  Что такое окружающая среда системы? Приведите пример.

Тема 3. Принципы системного подхода: принципы системности и комплексности; принцип моделирования; типы шкал.

15.  Какие системы называют адаптивными? Приведите пример.

16.  Что такое система с обратной связью? Приведите примеры.

17.  Типы шкал.

Тема 4. Понятие цели и закономерности целеобразования: определение цели; закономерности целеобразования; виды и формы представления структур целей (сетевая структура или сеть, иерархические структуры, страты и эшелоны); методики анализа целей и функций систем управления.

18.  Что такое метод дерева целей?

19.  Что такое метод сценариев?

20.  Виды и формы представления структур.

Тема 5. Функционирование систем в условиях неопределенности, управление в условиях риска. Соотношения категорий типа событие, явление, поведение.

21.  Что такое метод имитационного моделирования?

Тема 6 и 7. Понятие имитационного моделирования экономических процессов.

Принципы разработки аналитических экономико-математических моделей. Конструктивное определение экономического анализа; системное описание экономического анализа; модель как средство экономического анализа. Принципы разработки аналитических экономико-математических моделей; понятие имитационного моделирования экономических процессов. Факторный анализ финансовой устойчивости при использовании ординальной шкалы.

22.  Методы экономического анализа.

Тема 8. Методы организации сложных экспертиз.

23.  Что такое метод Дельфи, метод мозгового штурма, метод номинальной группы?

Тема 9. Методы и модели, этапы системного анализа.

24.  Матричные методы.

25.  Сетевые методы.

26.  Методы экономического анализа.

27.  Морфологические методы.

28.  Статистические методы.

29.  Кибернетические модели.

30.  Описательные модели.

31.  Нормативные операционные модели.

32.  Рабочий этап системного анализа – анализ проблемы.

33.  Рабочий этап системного анализа – определение системы.

34.  Рабочий этап системного анализа – анализ структуры проблемы.

35.  Рабочий этап системного анализа – формулирование общей цели и критерия системы.

36.  Рабочий этап системного анализа – декомпозиция цели, выявление потребностей в ресурсах и процессах.

37.  Рабочий этап системного анализа – выявление ресурсов и процессов, композиция целей.

38.  Рабочий этап системного анализа – прогноз и анализ будущих условий.

39.  Рабочий этап системного анализа – оценка целей и средств.

40.  Рабочий этап системного анализа – отбор вариантов.

41.  Рабочий этап системного анализа – диагноз существующей системы.

42.  Рабочий этап системного анализа – проектирование организации для достижения цели.

4. ТЕМАТИКА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Тема курсовой работы для всех студентов «Решение задачи выбора и оценивания методами «дерева целей» и экспертных оценок». Различие в рассматриваемых проблемных ситуациях. Список проблемных ситуаций (ПС) смотрите в конце раздела.

Цель работы

Закрепить теоретические знания и получить практические навыки по исследованию сложных проблемных ситуаций, решению задачи выбора и оценивания мероприятий по их устранению, применению: модели системной деятельности, метода «дерева целей» и метода экспертных оценок.

Средства выполнения и форма отчетности

Работа выполняется с помощью программной среды Exocen. Для выполнения работы требуются знания по содержательным моделям исследования систем управления, по теории управления и принятия решений, методу экспертных оценок

Постановка задачи

В обобщенном формализованном виде задача принятия решения записывается обычно следующим образом [14]:

= (S, Т, R / A, B, Y, F (A, S, R), K, Y'), (7)

где S — проблемная ситуация;

Т — заданное время для принятия решения;

R — требуемые интеллектуальные ресурсы;

А — множество целей, которые планируется достичь;

В — множество ограничений;

Y — множество альтернативных вариантов решений;

F (A. S.R) — заданная функция предпочтения при выборе решений;

К — критерий оценки и выбора решений;

Y'— оптимальное решение.

В условиях существования проблемной ситуации S, заданного времени ее разрешения Т и наличия ресурсов R необходимо сформулировать множество целей А и ограничений В, сгенерировать (определить) множество альтернативных вариантов решений Y, задать функцию предпочтения F, произвести оценку альтернативных вариантов решений и с учетом заданного критерия оптимальности К выбрать наилучшее решение Y'.

Характерными особенностями задачи принятия решения в такой постановке являются следующие положения:

·  неизвестные элементы задачи принятия решения имеют, как правило, содержательный характер и описываются на качественном уровне;

·  процессы описания неизвестных элементов и нахождения оптимального решения не могут быть полностью формализованы;

·  параметры, описывающие отдельные элементы задачи, могут иметь как объективные, так и субъективные (с помощью экспертов) измерения;

·  в ряде случаев задачу принятия решения приходится решать в условиях частичной либо полной неопределенности характеристик ее отдельных элементов;

·  результаты решения во многих случаях могут затрагивать интересы лиц, их принимающих, поэтому мотивы их поведения влияют на качество решения.

Перечисленные особенности подчеркивают многообразие типов (классов) задач принятия решения и соответственно технологий их решения. Вместе с тем с точки зрения технологии принятия решений в литературе выделяются следующие типовые этапы жизненного цикла управленческого решения: <целевыявление, выработка и принятие решения, организация исполнения решений>.

Каждый элемент в модели жизненного цикла управления может быть рассмотрен как объект исследования с использованием модели системной деятельности: (проблемная ситуация, цель, функция, структура, внешние условия). Метод, определяющий технологию (процедуру) получения строго иерархических структур путем последовательного деления целого на части (система распадается на подсистемы, цель - на подцели, функция - на подфункции и т. п), получил в литературе [10, 11] название «дерево целей».

Проблемы выбора и обоснования коллегиальных (групповых) решений по вопросам стратегии и тактики развития исследуемых задач, решения вопросов по распределению ограниченного количества ресурсов, поиску эффективных решений в экстремальных ситуациях требуют привлечения экспертов-специалистов. При этом предполагается, что информация об объемах анализа слабо структурирована и носит в основном качественный характер. Методы получения, обработки и анализа информации в слабоструктурированных системах с использованием знания и опыта специалистов получили название метода экспертных оценок [12, 13]. Основная идея экспертных методов состоит в том, чтобы использовать интеллект людей, их способность находить решения в слабоформализованных задачах при большом количестве качественной информации, наличии противоречивых целей, критериев и ограничений.

Порядок выполнения работы

1. Исследование проблемной ситуации и построение фрагментов «дерева целей».

Варианты заданий приведены в конце раздела. Каждый студент может выбрать вариант задания в соответствии со своим списковым номером в группе или сформулировать одну из проблемных ситуаций своей организации.

Решить задачу размерности (4x4x8). То есть работают четыре эксперта, которые формулируют четыре критерия оптимальности и предлагают восемь мероприятий (функций, проектов) по достижению целей. В качестве одного из экспертов работает сам студент, а троих привлекает со стороны (к примеру, сотрудники организации, в которой работает).

Под проблему сформулировать глобальную цель решаемой задачи.

Применить метод «дерева целей» при исследовании проблемной ситуации и получения нормативного множества подцелей и функций достижения цели. Для этого использовать формальные модели основания-декомпозиции глобальной цели в следующей последовательности:

модель «состава объектов целеполагания» - <вышестоящие органы, исследуемая система, подведомственные органы, актуальная среда>;

модель «состава конечных продуктов» - (материальные, финансовые, информационные)

модель «жизненный цикл производства конечных продуктов» <выявление потребности, производство, потребление>;

модель «структура социальной деятельности» - <предметы деятельности, средства деятельности, кадры, отношения (технологии)>;

модель «состава ресурсов» <материальные, финансовые, трудовые, информационные >

Выделить и сформулировать цели основных целеполагающих систем в виде требований к качеству производимых конечных продуктов, применив две первые предложенные модели для первого (верхнего) и второго уровней «дерева целей».

Определить множество мероприятий (функций) по каждому из этапов жизненного цикла производства конечных продуктов отдельно, применив третью и четвертую предложенные модели на третьем и четвертом уровнях «дерева целей».

Определить множество ресурсов, необходимых для реализации множества выделенных мероприятий, применив модель «состав ресурсов» на пятом уровне «дерева целей».

Разработать и представить фрагменты формальной и материальной структуры «дерева целей».

Сформулировать четыре критерия оптимальности для оценки степени достижения сформулированных подцелей.

Выделить восемь существенных мероприятий достижения целей из всего множества сформулированных.

2. Экспертное оценивание мероприятий.

Для выполнения этого этапа использовать программу Exocen. В меню «файл» создать файлы: экспертов, критериев, мероприятий (проектов).

Методом парных сравнений оценить важность критериев между собой но шкале измерений [-1, -0.5, 0, 0.5, 1].

Произвести ранжирование мероприятий и оценить их важность по каждому критерию оптимальности (относительно достижения цели) по шкале измерений [1-10], присвоив максимальный балл (10) более важному по критерию оптимальности мероприятию.

В меню «решение» ввести поочередно индивидуальные предпочтения (оценки) четырех экспертов и получить результат группового ранжирования -- согласованное мнение экспертов в виде дисперсионного коэффициента конкордации. Чем ближе этот коэффициент к единице, тем выше степень согласованности высказываний экспертов относительно важности мероприятий (альтернатив). Если коэффициент конкордации меньше 0,7, то работу следует переделать, сделав вывод относительно компетентности некоторых экспертов.

Сохранить результаты решения через меню «решение», если значение коэффициента конкордации больше или равно 0,7.

3. Написание и оформление отчета.

Отчет о выполненной работе должен содержать:

Краткое описание проблемной ситуации (ее новизна, причины возникновения, основные направления целеполагания для ее всестороннего исследования).

Краткое описание хода работ по декомпозиции объекта исследования на элементарные составляющие с помощью модели «системной деятельности», метода «дерева целей» и различных моделей «основания-декомпозиции».

Фрагмент формальной структуры «дерева целей» для конкретной исследуемой проблемной ситуации.

Фрагмент материальной структуры «дерева целей» (пять уровней) для сформулированной глобальной цели решаемой задачи.

Перечень мероприятий (все множество сгенерированных функций на 4 и 5 уровнях «дерева целей»), предлагаемых для решения поставленной задачи.

Файл результатов работы программы Ехосеn (перечни экспертов, критериев, мероприятий; проранжированный вектор мероприятий; дисперсионный коэффициент конкордации).

Выводы о результатах проведенного исследования проблемной ситуации, полученного решения и предложения по применению инструментов системной деятельности.

Исходные данные для задачи

Список вариантов индивидуального задания

Объекты исследования: проблемная ситуация (ПС).

I. ПС: Отсутствие механизма контроля над вывозом природных ресурсов за пределы области (города). Задача: Разработать нормативно-правовую основу и технологию сбора информации о движении природных ресурсов (лес, нефть, газ. цвет. металл) за пределы области.

2. ПС: Высокие потери водных и тепловых ресурсов, низкая эффективность работы коммунальных служб. Задача: Разработать план мероприятий по повышению эффективности работы коммунальных хозяйств города.

3. ПС: Низкая эффективность и высокая стоимость обслуживания населения службами городского транспортного хозяйства.

Задача: Предложить программу работы транспортного хозяйства механизмы ее реализации.

4. ПС: Плохое качество питьевой воды, низкая эффективность работы очистных сооружений. Задача: Разработать нормативно-правовую базу и комплекс мероприятий охраны экологии региона и стимулы их выполнения для промышленных предприятий.

5. ПС: Неудержимый рост стоимости новых квартир. Задача: Предложить программу защиты населения и заинтересованного участия в долевом строительстве

6. ПС: Низкий материальный, культурный, социальный уровень населения страны. Задача: Выявить причины и предложить программу экономического, идеологического и культурного преобразования в обществе по эффективному улучшению существующего положения и технологии ее реализации.

7. ПС: Низкая эффективность работы правоохранительных органов. Задача: Разработать комплекс мероприятий, повышающий престиж профессии и результативность работы.

8. ПС: Высокий процент безработицы, растущая социальная напряженность общества. Задача: Предложить региональную программу борьбы с безработицей.

9. ПС: Низкое качество медицинского обслуживания населения страны. Задача: Разработать программу мероприятий по улучшению качества медицинского обслуживания и снижению уровня заболеваемости населения.

10. ПС: Низкий уровень физического развития современного человека в России. Задача: Разработать нормативные положения, план мероприятий по улучшению физической подготовки населения (школьников, студенчества, служащих).

11. ПС: Низкая эффективность защиты программных продуктов и авторства. Задача: Разработать положения, мероприятия по защите прав собственности на программные продукты в России.

12. ПС: Низкий уровень собираемости налогов в областной (городской) бюджет. Задача: Разработать нормативные и правовые мероприятия повышения эффективности собираемости налогов.

13. ПС: Высокая загрязненность воздушного и водного бассейнов города. Задача: Разработать мероприятия по защите окружающей среды от вредных промышленных отходов.

14. ПС: Низкий уровень и качество подготовки специалистов, невостребованность обществом навыков и умений молодых специалистов. Задача: Разработать программу совершенствования учебного процесса, экономического, идеологического и культурного преобразования в обществе по эффективному использованию молодых специалистов.

15. ПС: Усиливающийся разрыв между уровнем жизни бедных и богатых. Задача: Разработать программы, поощряющие меценатство, спонсорство и другие виды финансовой поддержки общегосударственных проектов.

16. ПС: Высокий уровень коррупции в органах государственного управления. Задача: Разработать программу совершенствования существующею законодательства и идеологических преобразований в обществе с целью снижения коррумпированности чиновников.

17. ПС: Низкий уровень материального, технологического и кадрового обеспечения среднеобразовательных школ. Задача: Разработать основные направления общегосударственной программы «Усиленное внимание и помощь школам» и предложить механизмы её реализации.

18. ПС: Низкая эффективность защиты интеллектуальной собственности (информации). Задача: Разработать положения и мероприятия по защите прав на интеллектуальную собственность в России.

19. ПС: Низкий жизненный уровень студенчества в России. Задача: Разработать мероприятия по организации студенческих производственно-коммерческих структур производства товаров и услуг для населения.

В качестве примера со студентами обсуждается следующий вариант проблемной ситуации.

ПС: Высокие потери электроэнергии и дефицит энергоносителей.

Задача: Сформировать основные направления программы по улучшению энергоснабжения и предложить механизмы ее реализации.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Воропаев проектами в России. М.:Алане, 1995.-225с.

2. , Новиков управлять проектами: Научно-практическое издание. Серия «Информатизация России на пороге XXI века». - М.: СИНТЕГ-ГЕО, 199с.

3. Управление проектами / Под общей редакцией - С-Пб.: Два-Три, 19с.

4. Давыдов операций. •- М.: Высшая школа, 1990.-383с.

5. , , Миллер расписаний. - М.: Наука, 19с.

6. Мир управления проектами / Под редакцией X. Решке, X. Шелле. Пер. с английского: - М.: Алане, 19с.

7. , Тарасенко системного анализа: Учебное пособие для студентов втузов. - Томск: Изд-во НТЛ, 1997.

8. Остройковский систем. - М.: Высшая школа.1997.

9. , Гурвич оценки. - М.: Наука, 1973.

10. , Методология структурного системного анализа и проектирования информационных систем. М.:Мстатехнология, 1993.

11. Вендров A. M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. — М.: Финансы и статистика, 1998.

12. Математические методы в планировании отраслей и предприятий / Под редакцией - М.: «Экономика», 1981.

13. Кейн 3. Экономическая статистика и эконометрия. Вып.М.: Статистика, 1977.

14. Четыркин методы прогнозирования. - М.: Статистика, 1977.

15. Евлахов основы автоматизированного управления. Учебное пособие. Часть 1, 2. Томск. Издательство ТУСУР.