Прикладні дисципліни системних наук
- Системотехніка (англ. Systems Engineering) – изучает вопросы создания сложных систем.
- Исследование операций (англ. Operations research) – нахождение оптимальных решений.
- Инженерная психология (англ. Human Engineering).
Поняття системотехніки розглянемо у наступному параграфі. Тут ми зробимо короткий огляд двох інших споріднених прикладних дисциплін.
Исследование операций (ИО) (англ. Operations Research ( OR)) — дисциплина, занимающаяся разработкой и применением методов нахождения оптимальных решений на основе математического моделирования, статистического моделирования и различных эвристических подходов в различных областях человеческой деятельности. Иногда используется обозначение математические методы исследования операций. Можно выделить некоторые примеры задач:
- Задача о ранце,
- Задача коммивояжёра,
- Транспортная задача,
- Задача об упаковке в контейнеры,
- Задачи диспетчеризации такие как Open Shop Scheduling Problem, Flow Shop Scheduling Problem, Job Shop Scheduling Problem и т.д.
- Задача деления на партиции (разделы)
Характерной особенностью исследования операций есть системный подход к поставленной проблеме и анализ. Системный подход является главным методологическим принципом исследования операций. Он заключается в следующем. Любая задача, которая решается, должна рассматриваться с точки зрения влияния на критерии функционирования системы в целом. Для исследования операций характерно то, что при решении каждой проблемы могут возникать новые задачи. Важной особенностью исследования операций есть стремление найти оптимальное решение поставленной задачи (принцип "оптимальности"). Однако на практике такое решение найти невозможно по таким причинам: 1) отсутствие методов, дающих возможность найти глобально оптимальное решение задачи; 2) ограниченность существующих ресурсов (к примеру, ограниченность машинного времени ЭВМ), что делает невозможным реализацию точных методов оптимизации. В таких случаях ограничиваются поиском не оптимальных, а достаточно хороших, с точки зрения практики, решений. Приходится искать компромисс между эффективностью решений и затрат на их поиск. Одна из важнейших особенностей исследования операций - это то, что оно дает инструмент для поиска таких компромиссов.
ИО тесно связано с наукой управления (англ. Management Science), системным анализом, математическим программированием, теорией игр, теорией оптимальных решений, эвристическими подходами, метаэвристическими подходами и методами искусственного интеллекта, такими как теория удовлетворения ограничений и нейронные сети.
ИО используют в основном крупные западные компании в решении задач планирования производства (контроллинга, логистики, маркетинга) и прочих сложных задач. Применение ИО в экономике позволяет понизить затраты или, по другому сформулировав, повысить продуктивность предприятия (иногда в несколько раз!). ИО активно используют армии и правительства многих развитых стран для решения комплексных задач снабжения армий, продвижения армий, развития новых видов вооружений, развития стратегий войн, развития межгосударственных торговых механизмов, прогнозирования развития (например, климата) и т.д. Решение комплексных задач повышенной важности производится методами ИО на суперкомпьютерах, но разработки ведутся на простых ПК. Применять методы ИО можно и на малых предприятиях, используя ПК.
В годы второй мировой войны исследование операций широко применялось для планирования боевых действий. Так, специалисты по исследованию операций работали в командовании бомбардировочной авиации США, дислоцированном в Великобритании. Ими исследовались многочисленные факторы, влияющие на эффективность бомбометания. Были выработаны рекомендации, приведшие к четырёхкратному повышению эффективности бомбометания.
В начале войны боевое патрулирование самолетов союзников для обнаружения кораблей и подводных лодок противника носило неорганизованный характер. Привлечение к командованию специалистов по исследованию операций позволило установить такие маршруты патрулирования и такое расписание полетов, при которых вероятность оставить объект незамеченным была сведена до минимума. Полученные рекомендации были применены для организации патрулирования над Южной частью Атлантического океана с целью перехвата немецких кораблей с военными материалами. Из пяти вражеских кораблей, прорвавших блокаду, три были перехвачены на пути из Японии в Германию, один был обнаружен и уничтожен в Бискайском заливе, и лишь одному удалось скрыться благодаря тщательной маскировке.
По окончании второй мировой войны группы специалистов по исследованию операций продолжили свою работу в вооруженных силах США и Великобритании. Публикация ряда результатов в открытой печати вызвала всплеск общественного интереса к этому направлению. Возникает тенденция к применению методов исследования операций в коммерческой деятельности, в целях реорганизации производства, перевода промышленности на мирные рельсы. На развитие математических методов исследования операций в экономике ассигнуются миллионы долларов.
В Великобритании национализация некоторых видов промышленности создала возможность для проведения экономических исследований на базе математических моделей в общегосударственном масштабе. Исследование операций стало применяться при планировании и проведении некоторых государственных, социальных и экономических мероприятий. Так, например, исследования, проведенные для министерства продовольствия, позволили предсказать влияние политики правительственных цен на семейный бюджет. В США внедрение методов исследования операций в практику управления экономикой происходило несколько медленнее - но и там многие концерны вскоре стали привлекать специалистов такого рода для решения проблем, связанных с регулированием цен, повышением производительности труда, ускорением доставки товаров потребителям и пр. Лидерство в области применения научных методов управления принадлежало авиационной промышленности, которая не могла не идти в ногу с растущими требованиями к ВВС. В 50-е-60-е годы на Западе создаются общества и центры исследования операций, выпускающие собственные научные журналы, большинство западных университетов включает эту дисциплину в свои учебные планы.
Наибольший вклад в формирование и развитие новой науки сделали Р.Акоф, Р.Беллман, Г.Данциг, Г.Кун, Т.Саати, Р.Чермен (США), А.Кофман, Р.Форд (франция) и др. Важная роль в создании современного математического аппарата и развития многих направлений исследования операций принадлежит Л.В. Канторовичу, Б.В.Гнеденко, М.П.Бусленко, В.С.Михалевичу, М.М.Моисееву, Ю.М.Ермолаеву, Н.З.Шору и др. За выдающийся вклад в разработку теории оптимального использования ресурсов в экономике академику Л.В.Канторовичу вместе с профессором Черльзом Купменсом (США) в 1975 г. присвоена Нобелевская премия в экономике.
Инженерная психология – отрасль психологии, исследующая процессы и средства информационного взаимодействия между человеком и машиной. Она возникла и развивалась в условиях научно-технической революции, преобразовавшей психологическую структуру производственного труда. Важнейшими составляющими его стали процессы восприятия и переработки оперативной информации, принятия решений в условиях ограниченного времени, роста цены ошибочных действий, компьютеризации всех звеньев производства и управления, мобильной связи и минимизации затрат всех видов ресурсов, при широком использовании гибких технологий управления на базе принципа «Джит-надежности».
Основные направления инженерной психологии:
- Анализ задач человека в системах управления, распределения функций между человеком и автоматическими системами, в том числе с искусственным интеллектом.
- Исследование совместной деятельности операторов, процессов общения и информационного взаимодействия между ними.
- Анализ психологической структуры деятельности операторов.
- Исследование факторов, влияющих на эффективность, качество, точность, скорость, надежность действий операторов.
- Исследование процессов приема человеком информации, изучение сенсорных «входов» человека.
- Исследование формирования команд выполнения управляющих действий человеком, характеристик речевого и моторного «выхода».
- Анализ процессов переработки информации человеком, ее хранения и принятия решений, психологических механизмов регуляции деятельности операторов.
- Разработка методов психодиагностики, профессиональной ориентации и отбора специалистов операторского профиля.
- Разработка методов защиты операторов от эмоционального выгорания.
- Анализ и оптимизация процессов обучения операторов.
- Использование результатов исследований для проектирования и эксплуатации человеко-машинных (человеко-информационных) систем.
- Использование результатов исследований для виртуальной психологии.
В процессе развития инженерной психологии произошел переход от изучения отдельных элементов деятельности к изучению трудовой деятельности в целом, от рассмотрения оператора как простого звена системы управления к рассмотрению его как сложной высокоорганизованной системы, от машиноцентрического подхода — к антропоцентрическому.
В связи с приближением эры нанотехнологии формируется и новое направление в психологии — нанопсихология, поэтому перед инженерной психологией возникнут новые задачи. Под влиянием развития информатики сформировалась виртуальная психология, которая рассматривает систему "человек-виртуальность". Пионером создания этого нового направления в российской психологии является Н. А. Носов.
Инициаторами создания инженерной психологии выступили американские и английские психологи А. Чапанис, Мак-Фердан, У. Гарнер, Д. Бронбет и др. В России первые исследования инженерно-психологического типа были проведены в двадцатые годы XX века в рамках психологии труда и психотехники.
В марте 1957 года, на Всесоюзном совещании (конференции) по вопросам психологии труда в Москве, инженерная психология была определена как самостоятельная область исследований. В том же году была создана в институте лаборатория индустриальной психологии под руководством Д. А. Ошанина.
Ведущую роль в организации и консолидации работ по инженерной психологии сыграл Б. Ф. Ломов, который возглавил, созданную в ЛГУ, лабораторию индустриальной (инженерной) психологии.
В течение 1960—1963 г.г. аналогичные лаборатории созданы были в МГУ (руководитель — В. П. Зинченко), НИИ технической эстетики (В. Ф. Венда). В Институте психологии АН СССР лаборатория инженерной психологии была открыта в 1973 г. по инициативе Б. Ф. Ломова и В. Ф. Рубахина.
Поняття системотехніки
Системотехника (англ. Systems Engineering) — направление науки и техники, охватывающее проектирование, создание, испытание и эксплуатацию сложных систем технического и социально-технического характера. Сформировалась к началу 1960х годов. Является прикладным воплощением теории систем.
Основные задачи системотехники:
- подготовка информации для принятия руководством научно обоснованных решений по управлению процессом создания сложной системы;
- формулировка общей программы разработок как основы для взаимной увязки проектов отдельных подсистем;
- стыковка проектных задач и координация специалистов, решающих эти задачи, интеграция частей системы в единое целое;
- обеспечение в процессе разработки сложной системы наилучшего использования ресурсов при одновременном достижении проектных целей возможно более эффективным способом;
- согласование планов частных проектов с общими направлениями работы, выявление существующих и прогнозирование будущих потребностей;
- внедрение в практику проектирования последних научных и инженерных достижений.
Необходимость в системотехнике впервые появилась тогда, когда выяснилось, что отдельные, даже хорошо работающие компоненты не обязательно составляют удовлетворительно функционирующую систему. В сложной системе часто оказывается, что если даже отдельные компоненты удовлетворяют всем необходимым требованиям, система как целое не будет работать.
Теоретичні основи системотехніки
- Теорія інформації
- Теорія ймовірності
- Теорія ігор
- Теорія рішень
- Лінійне, нелінійне та динамічне програмування
- Теорія обслуговування
- Теорія зворотного зв’язку
- Теорія адаптивних та самонавчаємих систем керування
Методи системотехніки
- Принципи обробки інформації людиною
- Моделювання
- Визначення та забезпечення надійності
- Тестування систем
- Економіка систем
- Керування системами
В узком смысле, системотехника - это инженерная дисциплина, посвящённая (применительно к компьютерной отрасли):
- Проектированию и внедрению аппаратных средств вычислительной техники и интеллектуальных компьютерных систем.
- Проектированию и внедрению системного и сетевого программного обеспечения.
- Установке прикладного программного обеспечения.
- Отладке, настройке, опытной эксплуатация и поэтапному введению в действие аппаратных средств вычислительной техники и интеллектуальных компьютерных систем.
- Настройке системного и сетевого программного обеспечения.
- Техническому обслуживанию информационной системы.
- Организации защиты информации и информационных систем.
(Из типовой инструкции инженера-системотехника.)
Инженер-системотехник
Квалификация "инженер-системотехник", присваиваемая специалистам в области проектирования автоматизированных систем, была введена в СССР в 1977 году.
Инженеры-системотехники должны осуществлять исследовательскую, методическую и методологическую деятельности.
Исследование существующей системы является исходным пунктом разработки всякой новой сложной системы. Комплексное исследование в области автоматизированной системы управления включает:
- планирование, координацию и проведение исследований объекта и системы управления в целом;
- организацию дополнительных исследований на уровне подсистем;
- классификацию объектов и систем управления для привязки типовых проектных решений;
- оценку эффективности функционирующей автоматизированной системы
Методическая деятельность заключается:
- в разработке технического задания на систему в целом и на отдельные подсистемы;
- в формировании состава методик проектирования и других документов, регламентирующих проектировочную деятельность;
- в описании типового состава проектов подсистем;
- в определении этапности проектирования, внедрения и функционирования системы;
- в выпуске документов, регламентирующих ее внедрение;
- в конкретизации применительно к данной системе общих стандартов и методик, разработке недостающих инструкций и предписаний.
Реализация методологических рекомендаций и методических предписаний, внедрение их в практику проектирования осуществляются с помощью научно-тематической координации всех работ по созданию системы. Она также выполняется обычно системотехнической группой и направлена на решение следующих задач:
- организация стыковки научно-технического руководства проектировщиками отдельных подсистем (как правило, их главными конструкторами);
- выдача исходных данных проектировщиками подсистем;
- увязка частных проектов и их интеграция в единый проект;
- обеспечение реализации принципов системного подхода в процессе проектирования;
- разработка координационного плана организации внедрения;
- текущий контроль за расходом разработки и его оценка.
Таким образом, системотехническая группа призвана реально управлять разработкой определенной сложной системы.
Для подготовки специалистов по системотехнике, во многих высших учебных заведениях всего мира существуют кафедры системотехники. Вот примерный перечень дисциплин, включенных в институтские программы по системотехнике в США: общая теория систем; линейная алгебра и матрицы; топология; интегральные преобразования; векторное исчисление; математическая логика; теория графов; теория надежности; теория вероятностей; линейное, нелинейное и динамическое программирование; теория информации; методы моделирования и оптимизации; методология проектирования систем; применение инженерных моделей; проектирование; информационные технологии; биологические и экономические системы; прогнозирование; экологические системы; исследование операций и т.д.
Даже из этого неполного списка видно, насколько широкой является подготовка инженера-системотехника. Для того чтобы овладеть всеми этими знаниями, ему необходимо глубокое знакомство с методологическими основами науки, с философией и историей научной и инженерной деятельности. Однако главное, чем он должен владеть, - умение применять все полученные знания для решения двух основных системотехнических задач: управления процессом создания сложной системы и обеспечение интеграции частей этой системы в единое целое.
Визначення системи
Система – от греч. σύστημα, "составленный".
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 242; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!