2015-04-23
816
· обработку данных;
· обработку информации;
· принятие решений.
На первом (низшем) уровне находятся системы электронной обработки данных (СЭОД). В иерархии управленческих решений этот уровень соответствует уровню управленческого контроля, автоматизирующего документооборот в организации. Основными характеристиками СОЭД являются:
· обработка данных на уровне оперативного контроля;
· эффективная обработка коммерческих операций, проводимых организацией;
· составление расписания и оптимизация работы компьютера;
· интеграция файлов, описывающих смежные задачи;
· составление отчетов для руководства.
На втором (среднем) уровне, соответствующем уровню управленческого контроля, акцент переносится на процедуры обработки информации, выполняемые информационными системами управления (ИСУ). Указанная обработка обычно относится к планированию деятельности в таких функциональных сферах деятельности организации, как маркетинг, производство, финансы, бухучет, кадры. Основными характеристиками ИСУ следует считать:
· подготовку информации, полезной на уровне среднего руководства;
· структурирование (упорядочивание) информационных потоков;
· интеграцию (объединение) данных, получаемых от СЭОД по функциональным сферам бизнеса (ИСУ маркетинга, ИСУ производства и т. п.);
· создание запросно-ответной системы и составление отчетов для руководства (обычно с использованием баз данных).
На третьем (самом высоком) уровне управления, соответствующем стратегическому планированию, формируются наиболее важные решения организации. Используемые на этом уровне СППР имеют следующие характеристики:
· подготовку вариантов решений для высшего руководства;
· обеспечение высокой адаптивности к изменениям и высокой скорости ответов на запросы пользователей;
· обеспечение помощи в принятии решений любым индивидуальным управленцам.
Рис. 3.1. Иерархия информационных систем в компании
Управление данными в условиях СЭОД осуществляется в основном для обработки текущих коммерческих операций, проводимых фирмой. Создание ИСУ было связано с появлением СУБД, давшей возможность организовать режимы запросов, обработки данных, а также создания разнообразных управленческих отчетов. Однако главным достоинством создания СУБД было снижение затрат на текущее программирование, связанное с эксплуатацией баз данных. Следует указать на сравнительно невысокие требования, предъявляемые пользователем к таким системам. Требования к СППР значительно серьезнее. Это касается возрастания потребности в достоверных данных, в том числе и носящих вероятностный характер, а также ужесточения временных ограничений к запросному режиму и использованию данных, поступающих из некомпьютеризированных источников. Соблюдение таких требований обеспечивает быстрый обмен данными между базами данных, входящих в СППР, и большой базой данных, хранящей сведения об операциях фирмы.
Итак, СЭОД и ИСУ дают возможность удовлетворить информационные потребности пользователя посредством быстрого доступа к необходимым данным и получения отчетов (построенных с различной степенью обработки данных), облегчающих принятие решений. В случае СППР правильнее говорить о способности системы совместно с пользователем создавать новую информацию (часто в виде готовых альтернатив) для принятия решений.
Следует заметить, что рассмотренный подход к установлению места СППР среди ИС может отчасти ввести в заблуждение. Так, может показаться, что СППР можно использовать только на высших уровнях управления. В действительности они могут использоваться для помощи в принятии решения на любом уровне управления. Кроме того, решения, принимаемые на различных уровнях управления, часто должны координироваться. Поэтому важной функцией СППР является координация лиц, принимающих решения на разных уровнях управления, а также в рамках одного уровня. И, наконец, читателю может показаться, что помощь в принятии решений – это единственное, что может потребоваться руководству высших уровней от информационных систем. Однако принятие решений – это только одна из функций управленцев, по которой они получают помощь от информационных систем.
Заметим также, что сам термин «информационные системы управления» используется в литературе в широком и узком смысле. В широком смысле он включает в себя любые виды рассмотренных компьютерных систем (СЭОД, ИСУ, СППР и др.), используемых в интересах управленцев. В узком смысле этот термин означает вид ИС, производящих управленческие отчеты, то есть ИСУ.
Структура СППР. До настоящего момента мы не затрагивали вопросы структуры СППР, считая ее некоторым «черным ящиком». Первое представление о структуре СППР можно составить из рассмотрения рис. 3.2.
Рис. 3.2. Структура СППР
В состав СППР, помимо пользователя, входят три главных компонента: подсистема обработки и хранения данных, подсистема хранения и использования моделей и программная подсистема. Последняя включает в себя систему управления базой данных (СУБД), систему управления базой моделей (СУБМ) и систему управления диалогом между пользователем и компьютером (СУД).
Подсистема данных. Подсистема обработки и хранения данных характеризуется всеми известными преимуществами построения и использования баз данных. Однако использование баз данных в составе СППР характеризуется определенными особенностями (см. рис. 3.3). Так, например, базы данных в составе СППР имеют значительно больший набор источников данных, включая внешние источники, особенно важные для принятия решений на высоких уровнях управления, а также источники некомпьютеризованных данных. Другой особенностью является возможность предварительного «сжатия» данных, поступающих из многочисленных источников, путем их предварительной совместной обработки процедурами агрегирования и фильтрации.
Данные играют в СППР важную роль. Они могут использоваться непосредственно пользователем или как исходные данные для расчета при помощи математических моделей.
Часть данных подсистема данных СППР получает от системы обработки операций, производимых фирмой. Однако лишь в редких случаях данные, полученные на уровне обработки коммерческих операций, оказываются полезными для СППР. Для того чтобы получить возможность использования, эти данные должны быть предварительно обработаны. Для этого имеются две возможности. Первая – использовать для обработки данных об операциях фирмы СУБД, входящую в СППР. Вторая – сделать обработку за пределами СППР, создав для этого специальную базу данных. Ясно, что вторая из указанных возможностей предпочтительнее для фирм, производящих большое количество коммерческих операций.
Обработанные данные об операциях фирмы образуют экстрактивные файлы, которые для повышения надежности и быстроты доступа хранятся за пределами СППР. Идея создания специальной базы данных для обработки операций фирмы базируется на целесообразности разделить сферу автоматической электронной обработки данных от сферы менее квалифицированного конечного пользователя. Кроме того, конечные пользователи СППР, ожидающие быстрой реакции системы на свои запросы, постоянно конкурировали бы за машинное время с процессом обработки операций. Поэтому многие организации, работающие с СППР, используют для обработки своих коммерческих операций отдельный компьютер, работающий в рамках центральной ИСУ.
Рис. 3.3. Структура подсистемы данных СППР
Помимо данных об операциях фирмы для функционирования СППР требуются и другие внутренние данные. Так, например, необходимы оценки управляющих, занятых в сферах маркетинга, финансов, производства, данные о движении персонала, инженерные данные и т. п. Эти данные должны быть своевременно собраны, введены и поддержаны.
Важное значение, особенно для поддержки решений на верхних уровнях управления, имеют данные из внешних источников. В числе необходимых внешних данных следует указать данные о конкурентах, национальной и мировой экономике. В отличие от внутренних данных внешние данные часто могут быть куплены у специализирующихся на их сборе организаций.
В настоящее время широко исследуется вопрос о включении в СППР еще одного источника данных – документов, включающих в себя записи, письма, контракты, приказы и т. п. Если содержание этих документов будет записано в памяти (например, на видеодиске) и затем обработано по некоторым ключевым характеристикам (поставщикам, потребителям, датам, видам услуг и др.), СППР получат новый мощный источник информации.
Подсистема данных, входящая в состав СППР, должна обладать следующими возможностями:
· возможностью составления комбинаций данных, получаемых из различных источников, посредством использования процедур агрегирования и фильтрации;
· быстрого прибавления или исключения того или иного источника данных;
· построения логической структуры данных в терминах пользователя;
· использования и манипулирования неофициальными данными для экспериментальной проверки рабочих альтернатив пользователя;
· управления данными при помощи широкого спектра функций управления, предоставляемых СУБД;
· обеспечения полной логической независимости базы данных, входящей в подсистему данных СППР, от других операционных баз данных, функционирующих в рамках фирмы.
Подсистема моделей. Наряду с обеспечением доступа к данным СППР обеспечивает доступ пользователя к моделям принятия решений. Это достигается введением в ИС соответствующих моделей и использованием в ней базы данных как механизма интеграции моделей и коммуникации между ними (см. рис. 3.4).
Полученная в результате СППР будет сочетать в себе преимущества СЭОД и ИСУ в части обработки данных и генерации управленческих отчетов с достоинствами методов исследования операций и эконометрики в части математического моделирования ситуаций и нахождения решения.
Процесс создания моделей должен быть гибким. Он должен включать в себя специальный язык моделирования, совокупность отдельных программных блоков и модулей, реализующих отдельные компоненты различных моделей, а также набор функций управления.
Рис. 3.4. Структура подсистемы моделей СППР
Использование моделей обеспечивает способность СППР к проведению анализа. Модели, используя математическую интерпретацию проблемы, при помощи определенных алгоритмов способствуют нахождению информации, полезной для принятия правильных решений. Например, модель линейного программирования дает возможность определить наиболее выгодную производственную программу выпуска нескольких видов продукции при заданных ограничениях на ресурсы.
Использование моделей в составе информационных систем началось с применения статистических методов и методов финансового анализа, которые реализовались командами обычных алгоритмических языков. Позже были созданы специальные языки, позволяющие моделировать ситуации типа «что будет, если?» или «как сделать, чтобы?». Такие языки, созданные специально для построения моделей, дают возможность построения моделей определенного типа, обеспечивающих нахождение решения при гибком изменении переменных.
В настоящее время существует множество типов моделей и способов их классификации, например, по цели использования, области возможных приложений, способу оценки переменных и т. п.
Целью создания моделей являются либо оптимизация, либо описание некоторого объекта или процесса. Оптимизационные модели связаны с нахождением точек минимума или максимума некоторых показателей. Например, управляющие часто хотят знать, какие их действия ведут к максимизации прибыли (минимизации затрат). Модели оптимизации позволяют получать подобную информацию. Описательные модели описывают поведение некоторой системы и не предназначены для целей управления (оптимизации).
Хотя большинство систем носит стохастический характер (т. е. их состояние не может быть предсказано с абсолютной достоверностью), большинство математических моделей построены как детерминистские. Детерминистские модели используют оценку переменных одним числом (в отличие от стохастических моделей, оценивающих переменные несколькими параметрами). Детерминистские модели более популярны, чем стохастические, потому что они менее дорогие и трудные, их легче строить и использовать. К тому же часто с их помощью оказывается возможным получить достаточную информацию для помощи принимающему решение.
С точки зрения области возможных приложений модели подразделяются на специализированные модели, предназначенные для использования только с одной системой, и универсальные, предназначенные для использования с несколькими системами. Первые из них – более дорогие, они обычно используются для описания уникальных систем и обладают большей точностью, чем вторые.
База моделей. Модели в СППР образуют базу моделей, включающую в себя стратегические, тактические и оперативные модели, а также совокупность модельных блоков, модулей и процедур, используемых как элементы для построения моделей (см. рис. 3.4). Каждый тип моделей имеет свои уникальные характеристики.
Стратегические модели используются на высших уровнях управления для установления целей организации, объемов ресурсов, необходимых для их достижения, а также политики приобретения и использования этих ресурсов. Они могут быть также полезны для выбора вариантов размещения предприятий, прогнозирования политики конкурентов и т. п. Для стратегических моделей характерна значительная широта охвата, множество переменных, представление данных в сжатой агрегированной форме. Часто эти данные базируются на внешних источниках и могут иметь субъективный характер. Горизонт планирования в стратегических моделях обычно измеряется в годах. Эти модели обычно детерминистские, описательные, специализированные для использования на одной определенной фирме.
Тактические модели применяются управляющими среднего уровня для распределения и контроля использования имеющихся ресурсов. Среди возможных сфер их использования следует указать финансовое планирование, планирование требований к работникам, планирование увеличения продаж, построение схем компоновки предприятий. Эти модели применимы обычно лишь к отдельным частям фирмы (например, к системе производства и сбыта) и могут также включать в себя агрегированные показатели. Временной горизонт, охватываемый тактическими моделями, лежит между одним месяцем и двумя годами. Здесь также могут потребоваться данные их внешних источников, но основное внимание при реализации данных моделей должно быть уделено внутренним данным фирмы. Обычно тактические модели реализуются как детерминистские, оптимизационные и универсальные.
Оперативные модели используются на низших уровнях управления для поддержки принятия оперативных решений с горизонтом, измеряемым днями и неделями. Возможные применения этих моделей включают в себя введение дебиторских счетов и кредитных расчетов, календарное производственное планирование, управление запасами и т. д. Оперативные модели обычно используют для своих расчетов внутрифирменные данные. Они, как правило, детерминистские, оптимизационные и универсальные (т. е. могущие быть использованными в различных организациях).
В дополнение к стратегическим, тактическим и оперативным моделям база моделей СППР включает в себя совокупность модельных блоков, модулей и процедур. Сюда могут входить процедуры линейного программирования, статистического анализа временных рядов, регрессионного анализа и т. п. – от простейших процедур до сложных пакетов прикладных программ. Модельные блоки, модули и процедуры могут использоваться как поодиночке, самостоятельно для помощи пользователям СППР, так и комплексно, в совокупности для построения и поддержания моделей.
Система управления интерфейсом. Эффективность и гибкость СППР в решении определенных задач во многом зависит от характеристик используемого интерфейса. Интерфейс включает в себя программную систему управления диалогом (СУД), компьютер и самого пользователя.
Язык пользователя – это те действия, которые пользователь производит в отношении системы путем использования возможностей клавиатуры, электронных карандашей, пишущих на экране, джойстика, «мыши», команд, подаваемых голосом, и т. п. Наиболее простой формой языка действий является создание форм входных и выходных документов. Получив входную форму (документ), пользователь заполняет его необходимыми данными и вводит в компьютер. СППР производит необходимый анализ и выдает результаты в виде выходного документа установленной формы.
Значительно возросла за последнее время популярность визуального интерфейса, в основу которого положено использование специального устройства – «мыши». С помощью этого устройства пользователь выбирает представленные ему на экране в форме картинок объекты и действия, реализуя, таким образом, язык действий.
Управление компьютером при помощи человеческого голоса – самая простая и поэтому самая желанная форма языка действий. Она еще недостаточно разработана и поэтому мало популярна в СППР. Существующие разработки требуют от пользователя серьезных ограничений (ограниченного набора слов и выражений; специального устройства, учитывающего особенности голоса пользователя; управление должно осуществляться в виде дискретных команд, а не в виде обычной гладкой речи). Технология этого подхода интенсивно совершенствуется, и в ближайшем будущем можно ожидать появления новых совершенных СППР, использующих речевой ввод информации.
Язык сообщений – это то, что пользователь видит на экране дисплея (символы, графика, цвет), данные, полученные на принтере, звуковые выходные сигналы и т. п. Долгое время единственной реализацией языка сообщений был отпечатанный или выведенный на экран дисплея отчет (или другое требуемое сообщение). Теперь к нему присоединилась новая возможность представления выходных данных – машинная графика. Она дает возможность создавать на экране и бумаге цветные графические изображения в трехмерном виде. Использование машинной графики, значительно повышающее наглядность и интерпретируемость выходных данных, становится все более популярным в СППР.
За последние несколько лет наметилось новое направление, развивающее машинную графику – мультипликация. Мультипликация оказывается особенно эффективной для интерпретации выходных данных СППР, связанных с моделированием физических систем и объектов. Так, например, СППР, предназначенная для обслуживания клиентов в банке, с помощью мультипликационных моделей может реально просмотреть различные варианты организации обслуживания в зависимости от потока посетителей, допустимой длины очереди, количества пунктов обслуживания и т. п.
В ближайшие годы следует ожидать использования человеческого голоса как языка сообщений СППР. В качестве возможного примера можно указать использование этой формы в работе СППР сферы финансов, где в процессе генерации чрезвычайных отчетов голосом поясняются причины исключительности той или иной позиции.
Знания пользователя – это то, что пользователь должен знать, работая с системой. Сюда относится не только план действий, находящийся в голове у пользователя, но и учебники, инструкции, справочные данные, выдаваемые компьютером при команде о помощи. Инструкции и справочные данные, выдаваемые системой по просьбе пользователя, обычно не стандартны, а зависят от места в контексте решения задачи, в котором находится пользователь СППР. Иными словами, помощь специализирована с точки зрения ситуации.
Большую помощь пользователю СППР могут оказать так называемые командные файлы, содержащие запрограммированные инструкции выполнения системой стандартных процедур. Такие файлы активизируются нажатием одной клавиши и не требуют от пользователя знания командного языка. Примером могут служить постоянно выполняемые в рамках АРМ процедуры сопоставления планируемого и фактического состояния производства (ценностей на складе, объемов производства, поступления наличности и др.).
В случае явной недостаточности знаний пользователя о данной предметной области и самой СППР последние могут использоваться в качестве тренажеров под руководством опытных пользователей или экспертов в исследуемой области.
Совершенствование интерфейса СППР определяется успехами в развитии каждой из трех указанных компонент.
Важным измерителем эффективности используемого интерфейса является выбранная форма диалога между пользователем и системой. В настоящее время наиболее распространенными являются следующие формы диалога: запросно-ответный режим, командный режим, режим меню и режим заполнения пропусков в выражениях, предлагаемых компьютером. Каждая форма, в зависимости от типа задачи, особенностей пользователя и принимаемого решения, может иметь свои достоинства и недостатки.
Интерфейс СППР должен обладать следующими возможностями:
· манипулировать различными формами диалога, изменяя их в процессе решения по выбору пользователя;
· передавать данные системе различными способами;
· получать данные от различных устройств системы в различном формате;
· гибко поддерживать (оказывать помощь по запросу, подсказывать) знания пользователя.
Тема 4. Основы технологии экспертных систем.
Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем, основанных на использовании искусственного интеллекта. Экспертные системы дают возможность менеджеру или специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам, о которых этими системами накоплены знания.
Под искусственным интеллектом обычно понимают способности компьютерных систем к таким действиям, которые назывались бы интеллектуальными, если бы исходили от человека. Чаще всего здесь имеются в виду способности, связанные с человеческим мышлением. Работы в области искусственного интеллекта не ограничиваются экспертными системами. Они также включают в себя создание роботов, систем, моделирующих нервную систему человека, его слух, зрение, обоняние, способность к обучению.
Решение специальных задач требует специальных знаний. Однако не каждая компания может себе позволить держать в своем штате экспертов по всем связанным с ее работой проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость. Являясь одним из основных приложений искусственного интеллекта, экспертные системы представляют собой компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил (эвристик). Эвристики не гарантируют получения оптимального результата с такой же уверенностью, как обычные алгоритмы, используемые для решения задач в рамках технологии поддержки принятия решений. Однако часто они дают в достаточной степени приемлемые решения для их практического использования. Все это делает возможным использовать технологию экспертных систем в качестве советующих систем.
Сходство информационных технологий, используемых в экспертных системах и системах поддержки принятия решений, состоит в том, что обе они обеспечивают высокий уровень поддержки принятия решений. Однако имеются три существенных различия. Первое связано с тем, что решение проблемы в рамках систем поддержки принятия решений отражает уровень ее понимания пользователем и его возможности получить и осмыслить решение. Технология экспертных систем, наоборот, предлагает пользователю принять решение, превосходящее его возможности. Второе отличие указанных технологий выражается в способности экспертных систем пояснять свои рассуждения в процессе получения решения. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение. Третье отличие связано с использованием нового компонента информационной технологии - знаний.
Основными компонентами информационной технологии, используемой в экспертной системе, являются (рис. 4.1): интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль создания системы.
Рис. 4.1. Основные компоненты информационной технологии экспертных систем
Интерфейс пользователя. Менеджер (специалист) использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным.
Менеджер может использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык и собственный интерфейс.
Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают два вида объяснений:
· объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от экспертной системы объяснения своих действий;
· объяснения полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждении, ведущих к решению задачи.
Хотя технология работы с экспертной системой не является простой, пользовательский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога.
База знаний. Она содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет, и действия, которое следует произвести, если условие выполняется.
Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил.
Все виды знаний в зависимости от специфики предметной области и квалификации проектировщика (инженера по знаниям) с той или иной степенью адекватности могут быть представлены с помощью одной либо нескольких семантических моделей. К наиболее распространенным моделям относятся логические, продукционные, фреймовые и семантические сети.
Логические модели представления знаний реализуются средствами логики предикатов. Предикатом называется функция, принимающая только два значения - истина и ложь - и предназначенная для выражения свойств объектов или связей между ними. Выражение, в котором утверждается или отрицается наличие каких-либо свойств у объекта, называется высказыванием. Наиболее простым языком логики является исчисление высказываний, в котором отсутствуют переменные. Любому высказыванию можно приписать значение истинно или ложно. Отдельные высказывания могут соединяться связками И, ИЛИ, НЕ, которые называются булевыми операторами. В общем случае модели, основанные на логике предикатов, описываются формальной системой, которая задается четверкой: М=(Т,Р,А,П), где Т - множество базовых элементов или алфавит формальной системы; Р - множество синтаксических правил, с помощью которых можно строить синтаксически корректные предложения; А - множество аксиом или некоторых синтаксически правильных предложений, заданных априорно; П - правила продукций (правила вывода или семантические правила), с помощью которых можно расширять множество А, добавляя в него синтаксически правильные предложения. Главное преимущество логических моделей представления знаний заключается в возможности непосредственно запрограммировать механизм вывода синтаксически правильных высказываний. Логические модели удобны для представления логических взаимосвязей между фактами, они формализованы, строги (теоретические), для их использования имеется удобный и адекватный инструментарий, например, язык логического программирования Пролог. В основе логического способа представления знаний лежит идея описания знаний о предметной области в виде некоторого множества утверждений, выраженных в виде логических формул, и получение решения построением вывода в некоторой формальной (дедуктивной) системе.
Знания, которые могут быть представлены с помощью логики предикатов, являются либо фактами, либо правилами. При использовании логических методов сначала анализируется структура предметной области, затем выбираются соответствующие обозначения и в заключении формируются логические формулы, представляющие собой закономерности рассматриваемой области. Множество таких формул является логической программой, содержащей информацию о предметной области.
Например, в качестве языка логического программирования можно использовать ПРОЛОГ, а совокупность логических формул, состоящую из запроса, множества предложений программы и интерпретатора языка, можно рассматривать как алгоритм решения задач приложений.
Продукционная модель состоит из трех основных компонентов:
· набора правил, представляющего собой в продукционной системе базу знаний;
· рабочей памяти, в которой хранятся исходные факты и результаты выводов, полученных из этих фактов;
· механизма логического вывода, использующего правила в соответствии с содержимым рабочей памяти и формирующего новые факты.
Каждое правило содержит условную и заключительную части. В условной части правила находится одиночный факт либо несколько фактов (условий), соединенных логической операцией "И". В заключительной части правила находятся факты, которые необходимо дополнительно сформировать в рабочей памяти, если условная часть правила является истинной.
