Software & Systems

Задача принятия эффективных управленческих решений в организационно-технических системах становится все более значимой. Это обусловлено стремительным ростом сложности процессов, происходящих в этих системах. Управление такими системами сопровождается постоянным выбором решения из множества возможных вариантов (альтернатив). Такое множество в большинстве случаев формируется в условиях неопределенности, нечеткости данных об объекте управления, размытости и быстрого изменения целей. При этом, как правило, отсутствуют строго формализованные математические модели таких систем, которые позволили бы однозначно определить механизм управления.

Как показывает практика, недостаточно иметь хорошее программное обеспечение (ПО) для соответствующей области, чтобы с успехом принимать эффективные решения. В таких случаях особенно важна высокая профессиональная подготовка ЛПР, которым может быть системный аналитик или группа лиц – отдел системного анализа.

Проблема выбора наилучшего решения из множества вариантов, как правило, оказывается многокритериальной, так как наряду с повышением одних количественных показателей (критериев или атрибутов) работы системы необходимо минимизировать ряд других, например, денежные затраты на разработку, внедрение и модификацию, время реализации процесса управления и пр.

Таким образом, можно говорить о том, что задача компьютерной поддержки управления сложными организационно-техническими системами может быть частично реализована созданием программной системы, которая позволяла бы сделать выбор на основе полученного многовариантного решения с использованием разных методов.

Этапы поддержки принятия решений

Методология поддержки принятия решений включает разнообразные схемы и технологии и может реализовываться частично или полностью с использованием программных систем [1].

Простейшая модель принятия решения включает четыре основных циклически повторяющихся этапа: сбор, анализ и преобразование данных; получение вариантов решений (альтернатив); разработка критериев оценки решений; выбор одно- го из вариантов на основе разработанных критериев.

Сбор данных основан на использовании разнообразных технологий. Анализ включает типизацию, унификацию, классификацию данных. Преобразование заключается в получении различных форм и форматов данных. Современный подход требует применения информационных или интегрированных систем как для сбора информации, так и для хранения БД.

Система поддержки принятия решений

Управление сложными организационно-тех­ническими системами может быть эффективно выполнено с использованием компьютерной системы поддержки многоатрибутивного принятия решений «S-MADM ver.1.0», которая прошла экспертизу и зарегистрирована в ОФАП [2].

Эта система – законченный программный продукт, в который входят ряд программно реализованных методов принятия решений и механизм работы с БД.

Разработанная система позволяет автоматизировать процесс выбора оптимального решения (альтернативы) при большом количестве заданных атрибутов и обладает удобным и интуитивно понятным интерфейсом, ориентированным на применение пользователями с различным уровнем подготовки.

Данная программа реализована с помощью математического пакета MATLAB 7.0.1 с использованием среды визуального программирования GUIDE Builder, что позволило создать стандартный пользовательский интерфейс. Программа предназначена для работы на базе ОС Windows.

В разработанной системе пользователь может работать с альтернативами и их атрибутами, записанными в файл текстового формата или формата MS Excel или заданными вручную. Для открытия файла с данными необходимо зайти в меню File и в открывшемся окне Open выбрать файл с расширением txt или xls. Чтобы ввести данные вручную, нужно создать новый файл в меню File → New; откроется окно ввода данных. Также для ввода данных можно нажать на кнопку Input data или зайти в меню Edit → Input data. Последние два способа ввода данных используются в основном для корректировки уже имеющихся данных.

Данные файла представляют собой матрицу, в которой строки – это альтернативы, а столбцы – значения атрибутов альтернатив. Предпоследняя строка этой матрицы является матрицей коэффициентов важности (весовых коэффициентов), задаваемых экспертом. Для правильной работы алгоритмов принятия решений необходимо, чтобы сумма всех весовых коэффициентов была равна единице. Последняя строка в файле должна содержать элементы, равные 1, для атрибутов, которые необходимо максимизировать, и –1 для атрибутов, которые нужно минимизировать.

После открытия файла или ввода данных вручную пользователь имеет возможность корректировать значения весовых коэффициентов. Для упрощения работы пользователя после нажатия кнопки Weights distribution (эта функция продублирована в меню Edit) появляется окно, в котором необходимо проранжировать атрибуты по важности и выбрать распределение весовых коэффициентов. Затем ранги автоматически переводятся в весовые коэффициенты и выводятся в окно Weights matrix. Чтобы сохранить файл с новыми данными, следует зайти в меню File → Save As и в появившемся окне ввести название файла. Файл можно сохранить с расширением txt или xls.

После загрузки данных в основное окно программной системы можно приступить непосредственно к  поиску оптимальной альтернативы одним из трех возможных способов (все методы продублированы в меню Methods): SAW – метод простого суммарного взвешивания; ELECTRE – метод ELECTRE; TOPSIS – метод упорядоченного предпочтения через сходство с идеальным решением.

При нажатии на кнопку расчета любого из методов в окно Solution выводится результат в виде пошагового решения алгоритма и номера оптимальной альтернативы. В окно Alternatives ranking выводятся номера альтернатив в порядке их предпочтения (первый номер – наиболее предпочтительная альтернатива, последний – наименее предпочтительная). Полученный результат работы метода многоатрибутивного принятия решений может быть сохранен нажатием на кнопку Save solution (эта функция продублирована в меню File), в появившемся окне следует ввести имя файла. Файл можно сохранить в форматах Microsoft Word, Microsoft Excel и в обычном текстовом.

Высоконадежное ПО

Для успешного принятия эффективного решения при управлении в сложных системах особенно важным показателем становится надежность используемого ПО. Поскольку абсолютная надежность программных средств практически недостижима, применяются методы повышения их отказоустойчивости. Отказоустойчивость сложных программных систем достигается благодаря использованию методологии избыточности: в систему включаются несколько программных компонент, дублирующих друг друга по своему целевому назначению. Мультиверсионное программирование позволяет добиться оптимальной программной избыточности, призванной предупредить случайные сбои. Причем работа ПО застрахована также и от сбоев, вызванных ошибками, сгенерированными еще при проектировании и разработке. Ключевое преимущество мультиверсионного ПО состоит в том, что сбой системы может произойти только в случае сбоя существенного числа модулей. Следовательно, чем больше глубина мультиверсионности, тем выше вероятность корректного функционирования мультиверсионного ПО. Мультиверсии подтверждают работу друг друга, так что можно быть уверенным в точности результатов, которые они выбирают вместе. Не подтвержденные другими мультиверсиями результаты можно игнорировать. Эти свойства делают мультиверсионную систему более устойчивой и заслуживающей доверия в отличие от соответствующей архитектуры с одной версией.

Однако улучшение характеристик надежности ПО с использованием избыточности требует дополнительных ресурсов [3]. Поэтому основной задачей для ЛПР в условиях ограниченности ресурсов является выбор оптимального проекта мультиверсионной программной системы из набора предлагаемых вариантов с учетом всех существующих требований и ограничений.

Программно реализованная система поддержки многоатрибутивного принятия решений «S-MADM ver.1.0» дает возможность автоматизировать процесс выбора оптимального проекта мультиверсионной программной системы. Многовариантность решений, полученная с помощью интегрированных в разработанную систему поддержки принятия решений многоатрибутивных методов, позволяет объективно оценить альтернативы при выборе лучшей из всего множества предлагаемых вариантов формирования мультиверсионных программных систем.

Задача принятия эффективных управленческих решений в сложных организационно-техни­ческих системах зачастую трудноразрешима из-за отсутствия математических моделей, позволяющих однозначно определить процесс управления. Предлагаемая система поддержки многоатрибутивного принятия решений использует различные многоатрибутивные методы, что дает возможность найти оптимальное управленческое решение.

Разработанная программная система может применяться как отдельно, так и в составе более крупных диалоговых систем, предназначенных для решения задачи принятия решений при заданных критериях оптимальности и ограничениях.

Литература

1. Катулев А.Н., Северцев Н.А. Математические методы в системах поддержки принятия решений: учеб. пособ. М.: Высш. шк., 2005. 311 с.

2. Завьялова О.И., Царев Р.Ю. Система поддержки многоатрибутивного принятия решений (Программная система

«S-MADM ver.1.0»). М.: ВНТИЦ, 2008. № 50200800576. Рег. номер ОФАП 10167.

3. Ковалев И.В., Смолин В.В., Царев Р.Ю. Система поддержки принятия решений по выбору состава отказоустойчивых систем управления  // Программные продукты и системы. 2008. № 3 (79). С. 71–72.