Понятие проблемы и проблемной ситуации. Основные виды проблем. Общая схема решения проблем с помощью систем

Вопросы, возникающие в процессе становления рыночной экономики, такие как создание корпораций, производство выгодной продукции, развитие городов, транспорта, определение национальной политики в области энергонезависимости, экологии, водных ресурсов и др. – все это так называемые «вечные» проблемы, которые в последнее время начали приобретать существенно новый характер. Это связано прежде всего с их глобализацией, усложнением, комплексностью, усилением взаимозависимости и др. факторами.

Проблема – совокупность вопросов и суждений о проблемной ситуации, решение которых необходимо для её устранения.

Описание проблемной ситуации обычно содержит ответы на следующие вопросы: в чем состоит главная цель решения проблемы; что мешает достижению цели; что даст решение проблемы для человека и общества; какова её актуальность и др. Исходная формулировка проблемы представляет собой краткое и точное описание проблемной ситуации и вопросов, решение которых её устраняет. Наиболее важными факторами, определяющими процесс формулирования проблемы, являются целевые установки.

Основным вопросом при решении любых проблем, независимо от их области, содержания и характера, является вопрос выбора наиболее подходящей альтернативы (варианта решения).

Такой подход возможен только при условии наиболее полного выделения (выявления, определения) всех элементов (свойств, характеристик, параметров и др.) альтернатив и получения их правильных оценок. На обыденном языке такая процедура выражается как «всесторонний учет всех обстоятельств».

Выделяемая таким образом целостность элементов и называется системой.

С учетом сказанного, под проблемой будем теперь понимать ситуацию, в которой есть два состояния: одно называется существующим, а другое – предлагаемым. Первое состояние представляется существующей системой; второе – гипотетической (желательной) или предлагаемой системой. Другими словами, проблемой называется ситуация, характеризующая различие между необходимым (желаемым) выходом и существующим выходом. Отсюда решение проблемы есть то, что заполняет промежуток между существующей и желаемой системами. Система, заполняющая такой промежуток, является объектом конструирования (создания) и называется решением проблемы.

В этой связи потребовались методы, которые позволили бы анализировать сложные проблемы как целое, обеспечивали бы рассмотрение многих альтернатив каждая из которых описывалась бы большим числом переменных, обеспечивали полноту каждой альтернативы и давали возможность отражать неопределенности. Получившаяся в результате развития и обобщения широкая и универсальная методология решения проблем была названа «системный анализ». Таким образом, системный анализ трактуется как методология решения крупных проблем, основанная на концепции систем. В центре данной методологии находится операция сравнения альтернатив, которая выполняется с целью выбора альтернативы, подлежащей реализации. Достичь этого можно, если учтены все элементы (свойства) альтернатив и даны правильные оценки каждому элементу.

Выделяются три типа проблем: хорошо структурированные (количественные) проблемы, слабоструктурированные (смешанные) проблемы и неструктурированные (качественные) проблемы.

Хорошо структурированные или количественно сформулированные проблемы – те, в которых существенные зависимости выяснены настолько хорошо, что могут быть выражены в числах, получающих в конце концов численные оценки.

Слабоструктурированные или смешанные проблемы – те, которые содержат, как качественные, так и количественные элементы, причем качественные, малоизвестные и неопределенные стороны проблем имеют тенденцию доминировать.

Неструктурированные или качественно сформулированные проблемы – те, в которых известен только перечень основных элементов, но количественные связи между ними установить нельзя (нет необходимой информации).

Рассмотрим теперь общее содержание основных этапов решения проблемы, которые схематично представлены на рис. 1.1.

Цель формулирования проблемы состоит в том, чтобы установить её сущность в известных терминах. Термин «цель» используется для того, чтобы описать результат, подлежащий достижению. Цель может принимать форму, которая обуславливает достижение максимума (или минимума), величина которого еще должна быть определена, или же форму задания диапазона значений, внутри которого должно лежать решение. Однако, во всех случаях цель является желаемым результатом деятельности.

Например, перед руководителем вычислительного центра может стоять проблема снижения стоимости обработки данных на ЭВМ. Специалист по анализу систем должен вначале рассмотреть каждый аспект исходной формулировки проблемы, чтобы определить те части проблемы, которые известны, и другие части, которые неизвестны. Снижение стоимости может означать совершенно разные вещи для руководителей разных отделов центра: одни из них могут снижать стоимость путем уменьшения перерасхода машинного времени; другие могут стремиться к уменьшению состава ЭВМ; третьи могут заняться упрощением сложных алгоритмов обработки данных; четвертые могут стремиться заменить стоимость ЭВМ расходами на содержание обслуживающего персонала. Здесь перечислено только четыре мнения, в то время, как на практике могут существовать десятки и сотни возможных выборов.

Рис. 1.1. Структура и содержание основных этапов решения проблем

Первоначальные операции по формулированию проблемы заключаются в следующем: составляется исходная формулировка проблемы; осмысливается эта формулировка по отношению к различным частям проблемы; изучаются факты, которые касаются проблемы; производится общее уточнение исходной формулировки проблемы. При первоначальных исследованиях, разделяя то, что известно и что неизвестно, стремятся сделать осмысленной исходную формулировку проблемы.

Связи есть условия, которые ограничивают и описывают, как цель должна быть достигнута, и являются измерениями цели. Их действие ограничивает проблему или вводит проблему в границы. Ограничения есть сумма правил, установок, руководящих принципов, определяющих границу проблемы. Когда специалист по анализу систем устанавливает условие проблемы, он ставит пределы исследованию проблемы и, следовательно, границы ограничения.

В математическом смысле условия могут быть определены как достаточные, избыточные или противоречивые.

Достаточное условие выполняется, если связи совместимы с предполагаемой целью, причем цель определена адекватно требования к системе. Достаточность предполагает точность и имеет всё необходимое, чтобы выполнить требования.

Условие является избыточным, если оно содержите ненужные элементы, которыми могут быть те, которые имеют тенденцию вызывать потери или перерасходы. Например, планируется создание новой автоматизированной системы управления предприятием со связями, состоящими в требовании, чтобы существующая система управления продолжала работать параллельно с новой. Условие может также содержать противоречие. Противоречивый элемент – это такой, который тесно связан с другими, причем, если один истинный, другой должен быть ложным. Следствием противоречивого условия является несогласованность частей проблемы друг с другом и, таким образом их взаимная противоположность.

При решении проблемы первая задача состоит в том, чтобы определить набор объектов, подлежащих анализу. Набор объектов, взятый как целое, представляет собой альтернативу. Оценка альтернатив является средством отбора решений или целей. Отдельное решение проблемы может быть получено многими альтернативными процедурами. Наличие альтернатив предполагает способность делать выбор между двумя или более приемлемыми решениями.

Критерий является средством, с помощью которого измеряются или выбираются альтернативы. Критерий указывает на достижение альтернативы в терминах различных мер, таких как «время», «стоимость», «эффективность» и др.

Критерий является своего рода стандартом, с помощью которого может быть вынесено суждение об относительной выгоде выбора.

Основные понятия и определения методологии систем. Общая классификация систем

Во второй половине ХХ века в науке возникло новое научное направление – наука о системах. Это направление образовалось путем органического слияния общей теории систем, системного подхода, системного анализа, системного синтезаи получило название системология. Системологию называют ещё системной методологией, т.е. учением о системах [18].

Дадим определения и краткую характеристику всем перечисленным составляющим системологии.

Общая теория систем рассматривается как междисциплинарная научная концепция, которая может использоваться для анализа явлений в различных областях научной деятельности.

Главными задачами данной теории являются:

– разработка средств и способов представления объектов, которые исследуются, как системы;

– построение обобщенных моделей системы и моделей её различных особенностей;

– разработка математических методов анализа систем.

Основным понятием, которое используется в общей теории систем, является понятие «система». В современной литературе встречается несколько десятков определений этого понятия, однако типовым примером определения системы может быть следующее: система – это объект или процесс, которые характеризуются составом элементов, структурой связей между ними, параметрами и имеет хотя бы один вход и один выход, которые обеспечивают связь с внешней средой, и которая характеризуется законами поведения и изменяет поведение при поступлении управляющих воздействий.

В общем случае система может быть представлена в виде так называемого «черного ящика» (рис. 1.2), который имеет входы для управляющих сигналов x_n, n=1,…,N и выходы y_m, m=1,…, M для проявления реакций системы. Кроме управляющих входов в систему поступают сигналы из внешней среды.

Рис. 1.2. Система в виде «черного ящика»

Основой для исследования систем является системный подход, которому придается общенаучный статус интегративно-междисциплинарного «языка» между специалистами, работающими в различных областях знаний. Одна из главных задач системного подхода к пониманию функционирования сложных систем – это формирование у специалистов системного мышления, связанного с развитием методов практического воплощения принципов и законов объединения частей в целое; законов, определяющих характер структурного построения систем, их функционирования, движения и развития. Специфика системного подхода состоит в его направленности при изучении сложных и крупномасштабных проблем, с ориентацией не только на познание таких проблем, но и на создание методов и средств их разрешения.

Общая теория систем и системный подход служат теоретической базой системного анализа, который определяется, как прикладная научная дисциплина, которая на основе математических методов, эвристических процедур, алгоритмических средств и возможностей вычислительной техники обеспечивает получение информации об исследуемой системе с целью принятия решений по различным проблемам [18].

При разработке новых систем большое значение приобретает другой вариант системного подхода – системный синтез, который позволяет на основе входных данных (которые включают информацию о назначении системы, её параметры и функции) предложить общую модель системы, которая отвечает поставленным задачам.

Таким образом, системная методология предназначена для изучения процессов организации и самоорганизации элементов во взаимосвязанные функциональные структуры объектов. А главное – для изучения отношений между этими элементами и структурами, определяющими поведение и развитие объектов и явлений реального мира как систему, представляющую собой единое целое.