Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Ноября 2011 в 00:45, курс лекций
Конспект лекций составлен на основе государственных образовательных стандартов по дисциплинам «Системный анализ» и «Теория систем и системный анализ», а также рабочих программ соответствующих специальностей, утвер-жденных в 2004 г.
ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................5
ГЛАВА 1 ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА.......................................................6
1.1. Основные понятия системного анализа..............................................................6
1.1.1. Задачи системного анализа.............................................................................6
1.1.2. Система.............................................................................................................7
1.1.3 Классификация систем.....................................................................................8
1.1.4. Основные определения системного анализа..............................................13
1.2. Модели сложных систем....................................................................................18
1.2.1. Понятие модели.............................................................................................18
1.2.2. Классификация видов моделирования систем...........................................19
1.2.3. Принципы и подходы к построению математических моделей...............26
1.2.4. Этапы построения математической модели...............................................28
1.3. Принципы и структура системного анализа.....................................................30
1.3.1. Принципы системного анализа....................................................................30
1.3.2. Структура системного анализа.....................................................................32
1.4. Управление...........................................................................................................39
1.4.1. Сущность автоматизации управления в сложных системах.....................39
1.4.2. Структура системы с управлением..............................................................40
1.4.3. Обратная связь...............................................................................................41
1.4.4. Система без обратной связи.........................................................................41
1.4.5. Резюме............................................................................................................42
ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ОЦЕНКИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ...........................................43
2.1. Основные типы шкал измерения.......................................................................43
2.1.1. Понятие шкалы..............................................................................................43
2.1.2. Шкалы номинального типа...........................................................................44
2.1.3. Шкалы порядка..............................................................................................45
2.1.4. Шкалы интервалов........................................................................................46
2.1.5. Шкалы отношений.........................................................................................47
2.1.6. Шкалы разностей...........................................................................................47
2.1.7. Абсолютные шкалы.......................................................................................48
2.2. Обработка характеристик, измеренных в разных шкалах..............................49
2.3 Показатели и критерии оценки систем..............................................................52
2.3.1. Шкала уровней качества систем с управлением........................................53
2.3.2. Показатели и критерии эффективности функционирования систем.......54
2.4. Методы качественного оценивания систем......................................................58
2.4.1. Методы типа «мозговая атака» или «коллективная генерация идей».....59
2.4.2. Методы типа сценариев................................................................................60
2.4.3. Методы экспертных оценок.........................................................................61
2.4.4. Методы типа Дельфи.....................................................................................68
2.4.5. Методы типа дерева целей...........................................................................69
2.4.6. Морфологические методы............................................................................70
ГЛАВА 3. МЕТОД АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ (Т.Саати, К.Кернс)............................71
3.1. Введение...............................................................................................................71
4
3.2. Принцип идентичности и декомпозиции..........................................................71
3.3. Принцип дискриминации и сравнительных суждений...................................73
3.4. Синтез приоритетов............................................................................................80
3.5. Дополнительные приложения МАИ..................................................................87
3.6. Краткое изложение этапов МАИ.......................................................................88
3.7. Иерархии как воспроизведение сложности......................................................90
3.8. Групповые и изменяющиеся суждения.............................................................93
3.9. Измерение качества.............................................................................................94
ГЛАВА 4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ........95
4.1. Наиболее существенные характеристики.........................................................95
4.2. Структуризация экономических задач..............................................................96
4.3. Построение оптимизационных моделей линейного программирования (простейшие экономические модели)......................................................................96
4.3.1. Общая характеристика..................................................................................96
4.3.2. Потенциальные возможности линейного программирования..................97
4.3.3. Некоторые экономические задачи линейного программирования..........98
ГЛАВА 5 МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ........................................................................................99
5.1. Теория многокритериальной оптимизации по Парето....................................99
5.2. Анализ модели после нахождения оптимального решения..........................102
5.3 Упражнения на построение моделей................................................................104
ГЛАВА 6 ПРИНЦИПЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОГО МЕХАНИЗМА.....................................................................106
6.1. Определение и составляющие экономического механизма.........................106
6.2. Классический подход к анализу экономических механизмов......................108
6.2.1. Простая модель............................................................................................108
6.2.2. Условия сохранения единых цен...............................................................111
6.3. Исследования реальных систем стимулирования производства..................113
6.3.1. Анализ стандартной системы производственных единиц......................113
6.3.2. Воздействие хозяйственного механизма на показатели работы предприятия............................................................................................................114
6.4. Системный анализ и машинная имитация экономического механизма......116
ГЛАВА 7 ПОНЯТИЕ ЦЕЛИ. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЦЕЛЕОБР
Вид множества G можно представить себе, исходя из следующих соображе-ний. Во-первых, множество G выпукло. Во-вторых, в силу ()nixi,10=≥ выполня-ется условие . В-третьих, при любых продукция, согласно (6.1), 0≥X0≥Xдолжна быть неотрицательной, т.е. нижняя граница множества G имеет вид луча
112
{0,0≥≥YX }. Наконец, верхнюю границу множества G можно описать на основе решения задачи (6.2)-(6.4), которое имеет вид (6.8). Т.е. минимальные затраты ре-сурсов X* зависят от суммарного выпуска Y* следующим образом: Y**1να=tgΣ==nitg*α
()Σ==niiAYX122**.
Это позволяет построить кривую минимальных затрат, т.е. зависимость X* от Y*.
Обратная функция Σ==niiAX12* (**)
задает кривую зависимости максимального выпуска продукции от затрат.
Таким образом, множество G имеет вид (рис.6.3) Σ=≤≤niiAXY120,
а соотношение (**) задает эффективную границу G. При изменении X* от нуля до бесконечности Y* также меняется от нуля до бесконечности.
Множитель Лагранжа в задаче (6.2)-(6.4) равен отношению прироста затрат к приросту выпуска на эффективной кривой, т.е. угол наклона касательной к эф-фективной кривой в точке (X*, Y*) (угол α* на рис.6.3), связан с множителем Ла-гранжа ν* соотношением *.
На основе формулы (*) для множителя Лагранжа в задаче (6.2)-(6.4) получа-ем iYA1*22.
Таким образом, при изменении X* от нуля до бесконечности множитель Ла-гранжа растет от нуля до бесконечности, а угол α* изменяется от 900 до нуля.
113
Рассмотрим некоторую произвольную точку (X, Y), принадлежащую эффек-тивной границе множества G. Решим задачу оптимизации (6.2)-(6.4) с Y=Y и най-дем ее решение yi и xi ()ni,1=, а также множитель Лагранжа ν.
Очевидно, что iiiniixAyXx==Σ=,1,
Т.к. в противном случае точка (X, Y) не лежала бы на эффективной границе G. Как было показано выше, назначив цены p и q такими, что ν=qp, мы сделаем план затрат и выпуска выгодным для каждого из предприятий. Таким образом, проблема выбора стимулирующего механизма с ценами на ресурсы и продукцию, одинаковыми для всех предприятий, может быть решена, если выбранные каким-то образом значения (X, Y) лежат на эффективной границе множества их дости-жимых значений. Можно показать, что это свойство сохраняется и для более сложных экономических систем.
По принципиально подобной схеме могут рассматриваться модели экономи-ческого механизма с несколькими ресурсами. Известны также методы построения систем стимулирования на основе двойственных оценок задач линейного про-граммирования.
6.3. Исследования реальных систем стимулирования производства
В этом разделе рассмотрены системы стимулирования, в которых главное внимание уделено возможно более точному описанию экономического механиз-ма, а реакция производственной единицы на воздействие этой системы описыва-ется упрощенно с помощью функциональных моделей либо не описывается во-обще. Основные идеи иллюстрируются на основе стандартной модели системы производственных единиц.
6.3.1. Анализ стандартной системы производственных единиц
Пусть возможности производственных единиц описываются соотношением (6.1), а получаемая прибыль – соотношением (6.9)
Пусть предприятию выделяется определенная доля прибыли φ(ℑ). Эта часть прибыли используется на поощрение увеличения эффективности использования ресурсов в процессе производства, что приводит к зависимости коэффициента Ai от Wi= φ(ℑ). Например, в виде
()niWkAiii,1;==. (6.13)
Функция (5.13) описывает в модели реакцию производственной единицы на различные величины поощрения. Оценка этой функции производится с помощью эконометрических методов. Они имеют свои достоинства и недостатки, но тем не менее успешно используются, например, при построении производственных функций.
114
После построения функции (6.13) исследование модели производится сле-дующим образом: задаются различные варианты выделения ресурсов xi и спосо-бы формирования фонда поощрения, т.е. функции φ(ℑ), а затем изучаются по-следствия принятых решений, т.е. выпуск продукции yi. Таким образом удается проанализировать влияние изменений в системе стимулирования производства на деятельность производственных единиц. При этом вместо включения в модель недостаточно обоснованных предположений об интересах производственных единиц оценивается наблюдаемая в реальности связь между стимулированием и повышением эффективности. В случае сохранения без изменения других факто-ров, влияющих на эффективность производства, такое описание может оказаться достаточно адекватным. В связи с относительной простотой такой методики ис-следования с ее помощью удается проанализировать сложные системы экономи-ческого стимулирования.
6.3.2. Воздействие хозяйственного механизма на показатели работы предприятия
Проанализируем возможности исследования влияния хозяйственного меха-низма на эффективность деятельности предприятия на основе такого подхода, ко-гда поведения производственной единицы не описывается вообще. Вместо этого исследователи анализируют вопрос о том, каково было бы рациональное поведе-ние предприятия при различных целях, в том числе и совпадающих с целями вы-шестоящих организаций. При этом удается оценить рассогласование возможных интересов предприятий и Центра. Можно также попытаться выяснить те критерии оптимизации, которые приводят к результатам, наиболее близким к реальности. Проиллюстрируем возможности подобного подхода на примере стандартной мо-дели производственной единицы (6.1).
Т.к. будет рассматриваться единственная единица, то индекс i будем опус-кать. Цены на ресурс и продукцию будем считать фиксированными (р=1). Выяс-ним, какой объем ресурсов потребовала бы производственная единица и какой объем продукции был бы выпущен при разных критериях выбора решения, если бы ресурсы выдавались без ограничений.
В том случае, когда производственная единица максимизирует прибыль, ре-шение имеет вид (6.8). Если же критерием является увеличение масштабов произ-водства на предприятии (часто наблюдается в реальной жизни), то решение будет иным. Формально критерий, который, в отличие от максимизации прибыли, бу-дем обозначать ℑ2, имеет вид
ℑ2=x. (6.14)
При использовании этого критерия необходимо ввести ограничения на при-быль снизу: В модели (6.1) максимально возможная при данном x прибыль qxxA−=ℑ1 сначала растет с ростом x, а затем начинает падать. Поэтому требование неотри-цательности прибыли (6.15) является единственным ограничением на рост мас-
ℑ1=y-qx≥0. (6.15)
115
штабов производства в модели. Оно и определяет максимальные масштабы про-изводства. Поэтому решение задачи максимизации с критерием (6.14) при выпол-нении (6.1)-(6.15) удовлетворяет условию qAyqAxqxxA222===−,т.е.,0 (6.16)
Это решение отличается от решения, оптимального в случае максимизации прибыли. Две различные цели – увеличение масштабов производства и увеличе-ние прибыли – являются несовпадающими. Если одна из этих целей является це-лью Центра, а другая – предприятия, то интересы будут рассогласованы, и пона-добятся изменения в экономическом механизме для их согласования.
Если в исследовании анализируется деятельность конкретного предприятия, то можно сравнить решения, принимавшиеся на данном предприятии, с решения-ми, полученными теоретически, и сделать вывод о принципах принятия решения администрацией предприятия. Если, например, реальный выпуск у и реальные за-траты ресурса х совпадают со значениями (6.8), то логично предположить, что решения на предприятии принимаются исходя из увеличения прибыли. В случае совпадения реальных показателей с (6.16) можно предположить, что интересы администрации предприятия состоят в увеличении масштабов производства.
В том случае, когда реальное решение, характеризуемое величинами х и у, не совпадает ни с (6.8), ни с (6.16), например, qAyqAx2,2222==, (6.17)
то возникает вопрос о таком описании интересов предприятия, при котором теоретический анализ модели приводил бы к решению (6.17). Для ответа на этот вопрос разумно построить множество достижимых значений показателей (6.14)-(6.15) для модели (6.1)-(6.15). Это множество – обобщенное множество достижи-мости (ОМД). В данном случае ОМД может быть построено аналитически.
Как видно из системы (6.18) (она же (6.14)-(6.15)), показатели ℑ1 и ℑ2 связа-ны с переменными модели х и у взаимно однозначно. Сразу находим
х=ℑ2, у=ℑ1+qℑ2.
Подставляя эти соотношения в описание модели (6.1)-(6.15), получаем 0,01221≥ℑℑ≤ℑ+ℑ≤Aq. (6.19)
Множество достижимых значений показателей, описываемое этими соотно-шениями, изображено на рис.6.4.
Точка А этого множества соответствует поведению предприятия, максими-зирующего прибыль, точка В – максимизирующего масштабы производства. Под-считаем значение показателей в том случае, когда было использовано решение (6.17):
116
()222222212,21222qAxqAqAqqAxqy
Рассмотрим точку С, соответствующую этим значениям показателей. Она лежит на границе ОМД и принадлежит эффективным (или недоминируемым, или неулучшаемым) точкам множества достижимых значений показателей. На рис.6.4 эффективное множество состоит из точек кривой АВ, которой принадлежит и точка С.
Точка С в этом случае может рассматриваться как некоторый компромисс между улучшением показателя ℑ1 и показателя ℑ2. Поэтому в том случае, когда решение, принятое в жизни, соответствует эффективной точке, можно утвер-ждать, что экономическое поведение предприятия не противоречит описанию его интересов на основе показателей прибыли ℑ1 и масштабов производства ℑ2.