Когда нужно принимать ответственное решение, т.е. при проектировании сложных технических систем, при управлении промышленным или сельскохозяйственным производством, руководстве военными действиями, большое значение имеет практический опыт, дающий возможность выделить наиболее существенные факторы, охватить ситуацию в целом и выбрать оптимальный путь для достижения поставленной цели. Опыт помогает также найти аналогичные случаи в прошлом и по возможности избежать ошибочных действий.
Под опытом подразумевается не только собственная практика лица, принимающего решение, но и чужой опыт, который описан в книгах, монографиях, обобщен в инструкциях, рекомендациях и других руководящих материалах. Поэтому, прежде чем принимать решение, всегда полезно изучить предшествующий опыт, расспросить знающих людей, посмотреть, как поступали в подобных случаях раньше. Естественно, что когда решение уже апробировано, т.е. из своего или чужого опыта известно, какое именно решение наилучшим образом удовлетворяет поставленным целям, проблемы принятия решения и оптимального управления попросту не существует - решение наперед известно.
Однако на самом деле практически никогда не бывает совершенно одинаковых ситуаций, поэтому принимать решения и осуществлять управление всегда приходится в условиях неполной и недостаточной информации. В таких случаях недостающую информацию пытаются получить, используя догадки, предположения, результаты научных исследований и особенно изучение на моделях. Научно обоснованная теория управления фактически представляет собой набор методов пополнения недостающей информации об управляемом процессе, а точнее говоря, о том, как поведет себя объект управления при выбранном воздействии.
Получается, что для успешного управления надо предсказывать поведение системы в будущем. Человечеству всегда хотелось знать будущее, поэтому с древнейших времен создавались различные методы предсказаний. Некоторые из них с позиций сегодняшнего дня кажутся наивными, например гадание на кофейной гуще или по потрохам черного петуха. Другие - не поняты до сих пор, несмотря на огромные усилия ученых, например возможность предсказания стихийных бедствий (извержение вулканов, волн цунами), наблюдая за поведением некоторых животных (рыб, муравьев и др.). Наконец, третьи - получили четкое обоснование и широко используются в научной и инженерной практике. Это методы математического прогнозирования.
Если раньше основная задача науки была в том, чтобы понять поведение изучаемой системы, то теперь очень актуальной является возможность оценить различные стратегии, обеспечивающие достижение цели.
Стремление получить как можно больше информации об управляемых объектах и процессах, включая и особенности их будущего поведения, может быть удовлетворено только одним способом: путем исследования интересующих нас свойств на моделях. Модель дает способ представления реального объекта, который позволяет легко и с малыми затратами ресурсов исследовать некоторые его свойства. Только модель позволяет исследовать не все свойства сразу, а лишь те из них, которые наиболее существенны при данном рассмотрении. Поэтому модели позволяют сформулировать упрощенное представление о системе и получить нужные результаты намного проще и быстрее, чем при изучении самой системы.
Модель производственной системы в первую очередь создается в сознании работника, осуществляющего управление. На этой модели он мысленно пытается представить все особенности самой системы и детали ее поведения, предвидеть все трудности и предусмотреть все критические ситуации, которые могут возникнуть в различных режимах эксплуатации. Чтобы как-то восполнить ее, он делает логические заключения, выполняет чертежи, планы и расчеты.
Сложность современных технических систем и производственных процессов приводит к тому, что для их изучения приходится использовать различные виды моделей. Простейшими являются масштабные модели, в которых соблюдается геометрическое подобие оригинала и модели, но натурные значения всех размеров умножаются на постоянную величину - масштаб моделирования. Громоздкие объекты (корабли, самолеты, здания) представляются в уменьшенном виде, а мелкие (атомы, молекулы), наоборот, в сильно увеличенном.
Самым общим методом научных исследований является использование математического моделирования. Математической моделью называют формальную зависимость между значениями параметров на входе моделируемого объекта или процесса и выходными параметрами. При математическом моделировании отвлекаются (абстрагируются) от конкретной физической природы объекта и происходящих в нем процессов и рассматривают только преобразование входных величин в выходные. Анализировать математические модели проще и быстрее, чем экспериментально определять поведение реального объекта в различных режимах работы. Кроме того, анализ математической модели позволяет выделить наиболее существенные свойства данной системы, на которые надо обратить особое внимание при принятии решения.
Дополнительное преимущество состоит в том, что при математическом моделировании не представляет труда испытать исследуемую систему в идеальных условиях или, наоборот, в экстремальных режимах, которые для реальных объектов или процессов требуют больших затрат или связаны с риском.
Исследование операций
В настоящее время, когда техника все быстрее развивается и усложняется, во все сферы внедряется автоматика, расширяются масштабы производства, последствия принимаемых решений оказывают большое влияние на все стороны социальной и общественной жизни людей, затрагивают интересы всего населения страны, необходимы рекомендации по правильному и научно обоснованному управлению. В самых разных областях практики - организация промышленного или сельскохозяйственного производства, эксплуатация транспорта, школьное образование, здравоохранение, бытовое обслуживание населения, телефонная и почтовая связь, торговля и общественное питание - возникают задачи, сходные между собой по постановке, обладающие рядом общих признаков и решаемые сходными методами.
Типичная ситуация такова: организуется какое-то мероприятие, которое можно осуществить тем или другим способом, т.е. выбрать какое-то решение из ряда возможных вариантов. Какой из них (из всех возможных) выбрать? Каждый вариант обладает какими-то преимуществами и какими-то недостатками, причем в силу сложности обстановки не ясно, какой из всех возможных лучше других. Для этого организуется серия математических расчетов. Их задача - помочь людям, ответственным за принятие решения, сделать обоснованный выбор. Впервые научные методы обоснования принимаемых решений были применены в военном деле: в годы второй мировой войны для облегчения принятия решения командующим штабы стали выполнять основанные на математических расчетах исследования, показывающие возможные результаты различных военных операций. Поэтому все эти методы получили название исследование операций.
В дальнейшем стало ясно, что операции, представляющие собой ряд целенаправленных действий, имеют место не только в военном деле. В равной мере они характерны и для таких областей, как организация промышленности, транспорта, сельского хозяйства, бытового обслуживания населения и т.д. Фактически последовательностью различных по своим масштабам операций является производственная деятельность в любой отрасли промышленности.
Операцией называют комплекс мероприятий, объединенных общим замыслом и направленных на достижение поставленной цели. Операция является управляемым мероприятием.
Проводит операцию целый коллектив, а руководит ею отдельный человек (командующий, генеральный директор, главный инженер и т.д.). Для осуществления операции необходимы материалы, оборудование и другие средства или, как мы говорили раньше, определенные ресурсы (природные, материальные, трудовые, денежные и т.д.). Тот, кто проводит операцию, очевидно такими ресурсами обладает, но в общем случае количество находящихся в его распоряжении ресурсов ограниченно. Поэтому первая задача заключается в том, чтобы найти такой способ действия, т.е. так распределить и так использовать имеющиеся ресурсы, чтобы добиться достижения цели наилучшим образом. Задачей руководителя при этом будет сравнение результатов, получаемых при различных стратегиях (решениях), и выбора той из них, которая, с его точки зрения, окажется наилучшей.
Само принятие решения выходит за рамки исследования операций и относится к компетенции ответственного лица (или группы лиц), которому предоставлено право окончательного выбора. При этом выборе он может учитывать наряду с рекомендациями, вытекающими из математического расчета, еще ряд соображений, которые этим расчетом не были учтены.
В зависимости от того, какой информацией обладают руководитель и его сотрудники, подготавливающие решения (его штаб), условия принятия решений меняются и изменяются математические методы, применяемые для выработки рекомендаций. Если известны все действующие в системе факторы, т.е. отсутствуют случайные воздействия, то это будет принятие решений в условиях определенности.
Когда решение может привести не к определенному исходу, а к одному из множества возможных с разными вероятностями их осуществления, то принимающий решение рискует получить не тот результат, на который он рассчитывает. Поскольку исход каждой конкретной реализации случаен и потому заранее точно не предсказуем, метод называют принятием решений я условиях риска.
Если же исход операции зависит не только от стратегии, избранной руководителем, но и от ряда факторов, не известных в момент принятия решения, например погодных условий, действий, которые предпримет конкурент, противник и т.п., то такая задача называется принятием решений в условиях неопределенности.
В общем случае цель операции выражается в стремлении к достижению максимального значения критерия эффективности, т.е. Kmax. При наличии неопределенности это уже не строго математическая задача, которая дает однозначное решение. Теперь она должна быть сформулирована следующим образом:
при заданных ограничениях А 1 А2..., Anнайти такие элементы управления U1, U2,..., Uk, которые с учетом случайных воздействий F1, F2,..., Fr по возможности обеспечивают максимальное значение критерия эффективности Кmах.
Теперь нет уверенности в том, что можно будет получить решение, а если оно будет получено, то нет гарантии в том, что оно будет единственно правильным. Именно поэтому в формулировке задачи приходится делать оговорку “по возможности”.
Таким образом, при решении проблем, возникающих в реальной жизни, математическая теория и научно обоснованные методы не дают точного решения. Причина этого в том, что когда нет точных данных, т.е. нет полной информации, то остается лишь предполагать и строить догадки, но было бы наивно считать, что все предположения обязательно сбудутся.
И все-таки решение, принятое хотя и в условиях неопределенности, но на основании математических расчетов, будет лучше, чем взятое наугад первое попавшееся. Задача исследования операций заключается в том, чтобы это решение в возможно большей степени содержало черты разумности, именно в этом смысле надо понимать определение “по возможности оптимальное”.