Каждая лабораторная работа включает 20 вариантов заданий (приложение А).

Для выполнения лабораторных работ рекомендуется использовать любой редактор, имеющий функции построения блок-схем: draw.io (https://app.diagrams.net), Microsoft Visio и др. Допускается оформление блок-схем в Microsoft Word. Оформлять расчетный материал рекомендуется в Microsoft Excel.

Выбор варианта лабораторных работ осуществляется по общим правилам с использованием следующей формулы:

V = (N × K) div 100,

где V – искомый номер варианта,

N – общее количество вариантов, div – целочисленное деление,

при V = 0 выбирается максимальный вариант,

K – код варианта.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 «АНАЛИЗ ПРОБЛЕМНОЙ СИТУАЦИИ»

Выбор объекта системного анализа

Объект системного анализа определяется согласно варианту задания к лабораторной работе. Как правило, объектом для анализа является какая-либо многофакторная проблема, например:

– низкая эффективность деятельности производственной системы (конкретной компании, предприятия);

– низкая эффективность бизнес-процесса (производства продукции, оказания услуги, обслуживания клиента, поставки комплектующих, реализации продукции, логистики и т. д.);

– недостаточный уровень развития информационно-коммуникационных технологий (в конкретной организации);

– недостаточный уровень развития определенной сферы деятельности в регионе (сферы занятости, транспортной системы, энергетики, туризма, демографии и т. д.);

– наличие угроз безопасности (экологической, энергетической, общественной).

Анализ требований акторов

Акторы, или стейкхолдеры, – основные заинтересованные стороны, причастные к решаемой проблеме. К ним могут относиться субъекты, входящие как в проблемосодержащую систему, так и во внешнюю среду.

Например, для производственной системы это могут быть потребители продукции, поставщики, вышестоящие органы, руководство компании, исполнители, собственники; для определенной сферы региона – население региона, органы государственного и муниципального управления и т. д.

Акторы и критерии, по которым они оценивают уровень системы в сравнении с «идеалом», представлены в задании в соответствии с вариантом.

Студенту необходимо продумать, каковы могут быть результаты опроса акторов (по 5-балльной шкале) по заданным критериям. Результаты представляются в виде таблицы Microsoft Excel (рис. 1.1).

Рис. 1.1 – Экранная форма «Анализ требований акторов»

Далее необходимо обработать результаты опроса для выявления обобщенного мнения. Для этого нужно применить метод аддитивной свертки, используя в качестве весовых коэффициентов долю опрошенных, давших соответствующую оценку. Например, на рисунке 1.1 видно, что доля опрошенных клиентов, давших по критерию 1 оценку «5» – 0.15, оценку «4» – 0.25, «3» – 0.4, «2» – 0.15, «1» – 0.05. Обобщенная оценка по критерию 1: 5 × 0.15 + 4 × 0.25 + 3 × 0.4 + 2 × 0.15 + 1 × 0.05 = 3.3. Обобщенные оценки можно поместить в таблицу в отдельной колонке.

По результатам анализа требований акторов необходимо сделать выводы о наличии проблем. Рекомендуется проранжировать проблемы по важности. Выводы отразите в таблице (рис. 1.2).

Рис. 1.2 – Экранная форма «Обобщенные оценки акторов»

Анализ причин возникновения проблемы

Для многофакторной проблемы, обозначенной в варианте, обучающемуся необходимо выделить факторы, влияющие на нее (категории возможных причин ее возникновения). Примеры категорий для производственных процессов:

– исполнители (персонал);

– машины и оборудование;

– материалы, сырье;

– используемые методы и технологии;

– окружающая среда;

– управление и т. д.

Рекомендуется использовать, как правило, от трех до пяти факторов. По каждому из факторов необходимо сформулировать причины, обусловившие появление выбранной проблемы.

Затем представьте причины в виде диаграммы «рыбий скелет». Примеры в методических указаниях созданы с использованием MS Visio. Для вывода нужной диаграммы в MS Visio имеется специальный трафарет Cause and Effect Diagram Shapes. Он содержит все фигуры, необходимые для построения диаграммы: Effect (проблема), Category (категории для рисования как сверху от оси проблемы, так и снизу), Primary cause, Secondary cause (первичные и вторичные причины, изображаемые различными способами).

Пример диаграммы «рыбий скелет» приведен на рисунке 1.3.

Рис. 1.3 – Диаграмма «рыбий скелет»

По завершении лабораторной работы № 1 должен быть сформирован отчет, содержащий:

– титульный лист (см. приложение Б);

– оглавление;

– цель работы и задание в соответствии с вариантом;

– ход выполнения лабораторной работы с указанием используемых формул и методик, со вставками скриншотов результатов вычислений в редакторе, имеющем функции построения блок-схем, и MS Excel;

– выводы;

– список литературы.

Кроме отчета по лабораторной работе на проверку необходимо направить два файла:

– файл MS Excel с таблицами «Анализ требований акторов» и «Обобщенные оценки акторов»;

– файл с диаграммой «рыбий скелет», построенной с использованием редактора блок-схем или созданной в Microsoft Word.

Отчет оформляется в соответствии с образовательным стандартом университета ОС ТУСУР 01–2013 «Работы студенческие по направлениям подготовки и специальностям технического профиля. Общие требования и правила оформления» (https://regulations.tusur.ru/documents/70).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 «СИНТЕЗ РЕШЕНИЙ»

Сбор информации о путях решения проблемы

Необходимо собрать информацию о путях и способах решения многофакторной проблемы, представленной в варианте. Проанализировать, как решаются подобные проблемы, возникающие в других системах, аналогичных исследуемой системе.

Построение дерева целей

Необходимо сформулировать глобальную цель, отталкиваясь от формулировки проблемы, заданной в варианте лабораторной работы. Например, если проблема состоит в неэффективности некоторого процесса, то целью является повышение эффективности данного процесса. Далее необходимо построить дерево целей, последовательно декомпозируя сначала глобальную цель, затем цели второго уровня и т. д. При декомпозиции некоторой цели формулируются подцели, достижение которых обеспечивает достижение исходной цели. Нижний уровень составляют элементарные цели – достаточно конкретные задачи.

При формировании дерева целей можно использовать стандартные основания декомпозиции. В частности, для производственных систем может быть использована цепочка оснований: «конечные продукты» – «целеполагающие системы (акторы)» – «жизненный цикл производства» – «состав структурных элементов (ресурсов)» – «управленческий цикл». Можно использовать последовательность, рекомендуемую в методе анализа иерархий: «акторы» – «цели акторов» – «политики акторов» – «сценарии».

Рекомендуется отнеситесь творчески к этому процессу. Например, прежде чем решать, как повысить время выполнения некоторой функции или снизить ее себестоимость, нужно задуматься, так ли необходимо выполнение этой функции, возможно, ее стоит удалить или выполнять в составе другой функции, причем не всегда, а при определенных условиях. Используйте метод мозговой атаки для поиска путей достижения целей.

Представьте дерево целей в виде схемы с помощью редактора, имеющего функции построения блок-схем, или Microsoft Word. Пример дерева, построенного с использованием MS Visio, приведен на рисунке 2.1.

Рис. 2.1 – Дерево целей

ВАЖНО! Для дальнейшей оценки целей по методу анализа иерархий необходимо, чтобы количество уровней для любой ветви дерева было одинаковым.

Построение матриц парных сравнений, определение локальных приоритетов

Постройте матрицы парных сравнений для дерева целей, сформированного на предыдущем шаге. Каждой совокупности подцелей, полученных в результате декомпозиции одной цели, соответствует одна матрица. Например, для иерархии, представленной на рисунке 2.1, будут построены матрицы: для второго уровня – 1 матрица (2×2), для третьего уровня – 2 матрицы (3×3); для четвертого уровня – 5 матриц (2×2). При построении матриц используйте относительную шкалу от 1 до 9 (чем выше степень превосходства, тем больше балл). Матрицы должны быть обратносимметричными, по диагонали должны стоять единицы.

Матрицу можно создать с помощью MS Excel. Пример матрицы приведен на рисунке 2.2.

Рис. 2.2 – Матрица парных сравнений

На основе каждой из построенных матриц парных сравнений формируются наборы локальных приоритетов, которые отражают относительную важность сравниваемых подцелей по отношению к вышестоящей цели.

Вектор локальных приоритетов можно получить, перемножая элементы в каждой строке и извлекая корни n-й степени, где n – число элементов. Полученный таким образом столбец чисел нормализуется делением каждого числа на сумму всех чисел.

Локальные приоритеты необходимо рассчитать с помощью MS Excel.

Проверка согласованности матриц

Индекс согласованности (ИС) обратно-симметричной матрицы парных сравнений вычисляется по формуле:

ИС = (λ_max – n) / (n – 1),

где n – размерность матрицы (число сравниваемых элементов), λ_max – наибольшее собственное значение матрицы.

Значение λ_max может быть вычислено следующим образом. Суммируется каждый столбец матрицы, затем сумма первого столбца умножается на величину первой компоненты нормализованного вектора приоритетов, сумма второго столбца – на вторую компоненту и т. д., затем полученные числа суммируются. Например, для матрицы, приведенной на рисунке 2.2: λ_max = ((1 + 3 + 0.2)·0.323 + (0.33 + 1 + 0.33)·0.567 + (5 + 3 + 1)·0.11) ≈ 3.29.

ИС = (3.29 – 3) / 2 = 0.145.

Чтобы судить о согласованности матрицы, нужно сравнить вычисленный ИС с индексом, вычисленным для абсолютно не согласованной матрицы, полученной при случайном выборе суждений. В таблице 2.1 приведены средние значения случайной согласованности для матриц различной размерности.

Таблица 2.1 – Индексы согласованности для случайных матриц разного порядка

Если разделить ИС на ИС_случ для матрицы того же порядка, будет получено отношение согласованности (ОС). Для матрицы, приведенной на рисунке 2.2, ОС = 0.145 / 0.58 = 0.25.

Величина ОС должна быть порядка 10% или менее, чтобы быть приемлемой. Несогласованные матрицы необходимо скорректировать. Так, поскольку для матрицы, приведенной на рисунке 2.2, ОС составляет 25%, ее необходимо скорректировать.

Посчитать λ_max, ИС и ОС необходимо в MS Excel.

Вычисление глобальных приоритетов

Локальные приоритеты пересчитываются с учетом приоритетов направляемых элементов (вышестоящих целей). Глобальные приоритеты рассчитываются начиная со второго уровня вниз.

Локальные приоритеты целей второго уровня умножаются на приоритет глобальной цели. Однако, учитывая, что вес единственной цели самого верхнего уровня всегда равен единице, глобальные приоритеты целей второго уровня равны их локальным приоритетам.

Для определения глобального приоритета цели третьего уровня ее локальный приоритет «взвешивается», т. е. умножается на глобальный приоритет направляемого элемента (вышестоящей цели). Если направляемых элементов несколько, то находится сумма взвешенных приоритетов по всем направляемым элементам. Аналогичным образом определяются глобальные приоритеты целей следующего уровня. Процедура продолжается до самого нижнего уровня.

Вычислить глобальные приоритеты необходимо в MS Excel.

Оформление отчета

Отобразите на схеме дерева целей вычисленные локальные и глобальные приоритеты. Локальные приоритеты помещайте возле линий, соединяющих блок с направляемым элементом (вышестоящей целью). Можете вписывать их как метки соединительных линий или вставлять в виде текстовых блоков.

Глобальные приоритеты поместите возле блоков. Для того чтобы локальные и глобальные приоритеты отличались, сделайте их разного цвета (можно изменить не только цвет текста, но и цвет фона).

Пример того, как должна выглядеть иерархия целей после того, как на ней отобразили локальные и глобальные приоритеты, приведен на рисунке 2.3.

По результатам сделайте выводы относительно того, по каким приоритетным направлениям должно идти устранение исходной проблемной ситуации.

Рис. 2.3 – Оформление результатов выявления приоритетов

По завершении лабораторной работы № 2 должен быть сформирован отчет, содержащий:

– титульный лист (см. приложение Б);

– оглавление;

– цель работы и задание в соответствии с вариантом;

– ход выполнения лабораторной работы с указанием используемых формул и методик, со вставками скриншотов результатов вычислений в MS Excel;

– выводы;

– список литературы.

Кроме отчета по лабораторной работе на проверку необходимо направить два файла:

– файл с деревом целей, созданный в выбранном редакторе, на котором расставлены локальные и глобальные приоритеты;

– файл MS Excel с матрицами парных сравнений, расчетом локальных и глобальных приоритетов и индекса согласованности.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Варианты заданий