Вопросы:
1. Понятие о поддержке принятия решений
2. Соотношение между экспертными системами и СППР
3. Принципы организации СППР
4. Классификация СППР
5. СППР для решения задач с высоким уровнем определенности
18.1. Понятие о поддержке принятия решений
Проблемы принятия решений пронизывают всю человеческую практику (и общественную, и личную), и поэтому отличаются большим разнообразием. В зависимости от выбираемого основания классификации выделяют следующие типы задач принятия решений:
а) хорошо структурированные, плохо структурированные и неструктурированные;
б) уникальные и повторяющиеся;
в) статические и динамические;
г) в условиях определенности и в условиях неопределенности (в частности, при риске, при противодействии);
д) с фиксированным (заданным) набором (множеством) вариантов решений (стратегий, альтернатив) и с формируемым в процессе принятия решений;
е) с одним критерием (показателем качества или эффективности, целевой функцией) и с многими (несколькими) критериями,
Поддержка принятия решений заключается в помощи лицу, принимающему решение (ЛПР) в процессе принятия решений. Она включает:
- первичную переработку и анализ исходной ситуации;
- помощь ЛПР при анализе объективной составляющей, т.е. в понимании и оценке сложившейся ситуации и ограничений, накладываемых внешней средой;
- выявление предпочтений ЛПР, т.е. выявление и ранжирование приоритетов, учёт неопределённости в оценках ЛПР и формирование его предпочтений;
- генерацию возможных решений, т.е. формирование списка альтернатив;
- оценку возможных альтернатив, исходя из предпочтений ЛТР и ограничений, накладываемых внешней средой;
|
|
- анализ последствий принимаемых решений, - выбор лучшего, с точки зрения ЛПР варианта.
По сути, СППР существуют очень давно (хотя они так не назывались): это военные советы, коллегии министерств, всевозможные совещания и т.п. Первой реализованной на компьютерах СППР является ситуационная комната, предложенная и реализованная С. Биром в Чили для управления в масштабах национальной экономики. Сейчас ситуационная комната – обычное явление в военных кругах и в крупных компаниях.
Существуют различные определения СППР. Одно из наиболее общих определений следующее: "Системы поддержки принятия решений являются человеко-машинными объектами, которые позволяют лицам, принимающим решения, использовать данные, знания, объективные и субъективные модели для анализа и решения слабоструктурированных и неструктурированных проблем". В этом определении подчеркивается предназначение СППР для решения слабоструктурированных и неструктурированных задач. Согласно классификации Г. Саймона к слабоструктурированным относятся задачи, которые содержат как количественные так и качественные оценки проблемы, причем качественные имеют тенденцию доминировать. Неструктурированные проблемы имеют лишь качественное описание.
Другие авторы включают в сферу действия СППР и решение хорошо структурированных задач, т.е., сферу действия экспертных систем. Разработчики программных продуктов склонны считать средства OLAP – (Online Analysis Processing) - оперативного анализа - полноценными СППР, хотя теоретики и пользователи в настоящее время считают средства OLAP только частью СППР.
|
|
При дальнейшем рассмотрении мы будем придерживаться наиболее широкого понимания СППР как инструмента для решения любых классов задач, возникающих в производственно-экономических системах.
18.2. Соотношение между экспертными системами и СППР
Есть значительное сходство между экспертными системами и системами поддержки принятия решений. Наиболее общее, что их объединяет, это то, что оба этих подхода призваны находить решение в проблемных ситуациях. Вторым объединяющим моментом является то, что в современных системах управления при обоих подходах стараются интегрировать и использовать все имеющиеся в производственно-экономических системах данные (с помощью интеллектуального извлечения данных и т.п. технологий).
Но между СППР и экспертными системами существуют и не менее важные различия. Первое принципиальное различие между ними в том, что в экспертных системах основной упор делается на оценке состояния управляемой системы и на выводе некоторого решения исходя из полученной оценки. В СППР основной упор делается на моделировании самих процессов получения решения. В некотором зачаточном состоянии эти элементы присутствуют и в экспертных системах, но в СППР они занимают гораздо более важное место. К тому же использование новейших интеллектуальных достижений, таких как нечеткая логика, нейросетевые технологии и методы ранжирования нечисловых данных привели к качественному скачку в уровне СППР и значительному расширению круга задач, которые они способны решать.
Второе важное различие заключается в том, что экспертные системы, хотя и призваны решать проблемы с высоким уровнем неопределенности, но все же решаемые задачи являются в значительной мере типизированными. СППР же направлены на решение задач любой сложности, в том числе и таких, которые являются новыми и обладают высокой степенью неопределенности как в постановке самой задачи, так и в ее решении. Закономерно, что при решении такого класса задач во главу угла ставится уже сам человеческий интеллект, а не задача, поскольку такой подход является значительно более гибким и позволяет решать более качественно и более широкий круг задач.
|
|
Но СППР не заменяют экспертных систем, они, если можно так выразиться, продолжают линию на интеллектуализацию процессов управления, но на качественно ином уровне. На практике экспертные системы являются важной составной частью СППР, причем в случае анализа типизированных ситуаций экспертная система может рассматриваться как СППР.
18.3. Принципы организации СППР
Заметим, что компьютер сам по себе не является разумным. Видимость интеллектуальности ему придают программы, разработанные человеком. Компьютер настолько умен, насколько интеллектуальна вложенная в него программа. Вначале компьютеризации, когда мощность компьютеров была на порядки ниже, чем сейчас, ограничивающим фактором при взаимодействии человек-компьютер была мощность компьютера. В это время требовалось проведение большого числа однотипных операций, программы были сравнительно несложными и понятными с точки зрения идеологии, и не требовали высокой квалификации программистов и пользователей. Побеждал более быстрый компьютер.
В настоящее время ситуация изменилась коренным образом. Как правило, скорости компьютера хватает для проведения любых разумно организованных расчетов. В этом случае резко повышаются требования к самой программе, к принципам ее организации. Если в программу не вложены эффективные алгоритмы переработки информации, то, какова бы ни была скорость работы компьютера, ничего стоящего на выходе он не выдаст. Поэтому развитие компьютерных СППР определяется прежде всего теми интеллектуальными методами, которые развивает человек.
Можно выделить следующие интеллектуальные направления, определяющие уровень СППР:
- математические методы оптимизации;
- основанные на экспертных оценках методы ранжирования приоритетов;
- методы имитационного моделирования;
- принципиально новые с точки зрения традиционной идеологии методы нечеткой логики и нейросетевые технологии.
18.4. Классификация СППР
Создание СППР на все случаи жизни, по-видимому, невозможно, во всяком случае на современном этапе компьютерных и информационных технологий. По характеру решаемых проблем все СППР можно разбить как минимум на три группы:
- универсальные;
- специализированные для решения проблем с ясно выраженными целями и результатами;
- специализированные для решения проблем с высоким уровнем неопределенности.
Универсальные СППР в настоящее время широко используются в мире бизнеса. Как правило, они имеют стандартный интерфейс для общения с пользователем, разработанный в рамках какой-либо идеологии (основные идеологии рассмотрены нами выше). Задача пользователя таких систем заключается в настройке универсальной программной оболочки на нужную предметную область путем ввода информации об анализируемых объектах, иерархии правил и предпочтений, а также основных правилах игры (в рамках идеологии данного программного продукта) в рассматриваемой предметной области. Если быть последовательным, то универсальные СППР необходимо разбить еще на три класса:
- универсальные, для решения широкого круга задач, возникающих в обществе и организациях различного типа;
- универсальные, для решения широкого круга проблем, возникающих в производственно-экономических системах;
- универсальные для решения проблем в одной или ряде близко связанных экономических областей. Эти СППР можно рассматривать и как специализированные, но используемые большим числом субъектов.
Как уже выше было сказано, абсолютно универсальных СППР не существует. Универсальные СППР второго класса широко используются в развитых странах. Это и уже рассмотренные выше разработки фирмы Gensym, комплекс программ фирм KBSI и Metasoftware, программный продукт Metacube фирмы Informix и ряд других. Эти СППР не предназначены для решения задач с высоким уровнем неопределенности, помимо этого, требуется длительная и дорогостоящая адаптация этих программных продуктов для использования в наших экономических условиях. Немаловажным является и то обстоятельство, что большинство этих программных пакетов не поддерживает работу на русском языке, вследствие чего осложняется их работа с русскоязычными документами.
Универсальные СППР третьего класса наиболее широко распространены, в том числе и на постсоветском пространстве. Это прежде всего пакеты для финансового анализа и анализа тенденций на финансовых рынках ряда западных и российских фирм, бухгалтерские аналитические программы и т.д.
18.5. СППР для решения задач с высоким уровнем определенности
Рассмотрим принципы создания СППР для систем с относительно высоким уровнем определенности относительно целей, результатов и методов их достижения. К ним в первую очередь относятся различные технические системы и технологические процессы.
При создании СППР такого типа необходимо интегрировать в единое целое традиционные алгоритмические методы управления сложными объектами и методы интеллектуальных технологий. При этом алгоритмические методы используются для анализа тех ситуаций или элементов ситуаций, которые могут быть представлены в четкой формализованной форме. Методы искусственного интеллекта используются для решения тех задач или элементов задач, когда достаточно высокий уровень формализации (определяется практическими требованиями к системе) невозможен.
Возникающие в процессе управления сложными техническими и технологическими системами задачи можно разбить на следующие классы:
- мониторинг или оценка обстановки;
- прогноз поведения системы в обычном (штатном) режиме;
- прогноз развития аварийных ситуаций;
- выработка возможных решений;
- выбор наиболее удовлетворительного решения.
Как правило, интеллектуальные составляющие СППР наделяются развитой иерархической структурой, что позволяет реализовать планирование поведения в сложных ситуациях, а также адаптацию и обучение СППР в целом. Создается как минимум три уровня иерархии: уровень стратегий, уровень задач и уровень отдельных компонент или модулей системы.
На уровне стратегий определяется очередность выполнения различных задач, а также вырабатываются решения в случае возникновения непредвиденных ситуаций, которые невозможно решить на нижних уровнях управления (иерархия уровней управления, предложенная С. Биром). На уровне задач определяется, какие компоненты должны решить ту или иную задачу. На самом нижнем уровне происходит управление работами модулей, которые решают ту или иную подзадачу. Число уровней управления может быть и больше, а связи между ними носить более сложный характер.
Роль механизма управления иерархической системой задач в СППР этого класса выполняет так называемый интеллектуальный монитор, который является средством интеграции различных элементов управления.
Важной частью интеллектуального монитора является ядро, которое выполняет низкоуровневое управление работой системы в целом. При создании ядра необходимо обеспечить его эффективное и предсказуемое функционирование. Основными функциями ядра являются реализация взаимодействия между компонентами системы при помощи механизма передачи сообщений и диспетчеризация работ в системе с целью обеспечения режима реального времени.
Основные принципы разработки СППР этого класса следующие:
- расширяемость;
- независимая разработка отдельных компонентов (модулей);
- распределенность.
Расширяемость программных продуктов подразумевает, что добавление модуля возможно без необходимости вносить какие-либо изменения в существующие модули. Новые модули не только добавляют новые процедуры, но, что более важно, добавляют также новые (расширенные) типы данных.
С понятием расширяемости тесно связано понятие независимой разработки отдельных компонентов. В это понятие вкладывается не только относительная независимость отдельных модулей, но и разработка отдельных модулей с использованием различной идеологии и различных программных продуктов. Практически это реализуется с помощью объектно-ориентированных языков программирования, позволяющих вводить новые объекты без переделки ранее разработанных компонент программы.
Требование распределенности обусловлено тем, что СППР является, как правило, интегрированной системой управления, включающей как отдельные модули технического объекта, так и различные службы управления. Для их интеграции в единое целое используется технология клиент-сервер.
В качестве примера СППР такого класса рассмотрим СППР мастера доменной печи разработанную АО «Носта» совместно с Институтом Машиноведения УрО РАН (Интернет-адрес описания www.prosoft.ural.ru/projects).
Эта СППР предназначена для:
- предотвращения аварийных ситуаций на доменной печи;
- обеспечения непрерывной выдачи мастеру совета по ведению доменной печи на ровном ходу;
- сбора и отображения полной информации о состоянии доменной печи и ходе технологического процесса, ведения архивов состояний;
- предоставления мастеру (технологу) возможностей расчета дополнительных технологических и экономических параметров;
- обеспечения улучшения экономических показателей доменного производства (за счет увеличения производительности, сокращения удельного расхода кокса, повышения качества продукции и др.).
Основные функции СППР заключаются в следующем:
- непрерывный сбор полной информации о состоянии доменной печи и ходе технологического процесса;
- выдача совета мастеру по поддержанию ровного хода доменной печи;
- предотвращение развития аварийных ситуаций на доменной печи;
- отображение полной информации о состоянии доменной печи и ходе технологического процесса;
- ведение полного архива состояний доменной печи и хода технологического процесса;
- автоматизированное (с пульта мастера) управление ходом технологического процесса;
- ведение расчетов технологических и экономических параметров;
- ведение протоколов технологического процесса и действий персонала;
- передача информации о состоянии доменной печи, ходе и параметрах технологического процесса пользователям системы (технологам, начальнику цеха, в технический отдел, ЦЗЛ, экономистам и т.д.).
СППР обеспечивает следующие возможности:
- ввод (автоматический, полуавтоматический, ручной), отображение, использование в алгоритмах экспертной системы и контроль - до 300 параметров состояния печи и хода доменного процесса;
- периодичность опроса всех параметров состояния печи и хода доменного процесса - не реже 1 раза в 2 секунды;
- контроль и автоматизированное управление - до 500 исполнительных механизмов;
- ведение полного архива состояний печи и хода доменного процесса;
- передачу информации о состоянии печи и ходе доменного процесса на технологические компьютеры - до 20 компьютеров.
Как видно из вышеприведенного описания СППР такого уровня интегрирована в систему управления технологическим процессом в целом, причем на нижних уровнях управление осуществляется в автоматическом режиме, а собственно интеллектуальное ядро начинает работать только в случае возникновения незапланированных ситуаций.
Использование СППР для решения задач с высоким уровнем неопределенности (слабоструктурированных) невозможно без рассмотрения таких интеллектуальных подходов, как методы имитационного моделирования, нечеткая логика и нейросетевые технологии. При этом специфика и возможности СППР определяются в первую очередь возможностями используемого метода. В связи с этим дальнейшее рассмотрение методов искусственного интеллекта мы проведем в тесной связи с рассмотрением тех СППР, которые можно построить на их основе.
Литература к теме:
1. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений – М.: СИНТЕГ – 1998. – 376 с.
2. Романов А.Н., Одинцов Б.Е. Советующие информационные системы в экономике – М.: ЮНИТИ-ДАНА – 2000. – 487 с.
3. Максимов В.И., Корноушенко Е.К., Качаев С.В. Когнитивные технологии для поддержки принятия управленческих решений // Распределенная конференция «Технологии информационного общества 98 – Россия»