Онтологический подход к представлению знаний о методологии моделирования сложной системы управления

Принятие решений с ориентацией на мнения экспертов и аналитиков является одним из распространенных способов управления в различных сферах деятельности человека. Область экспертно-аналитических оценок и методы определения их качества сравнительно хорошо изучены во многих научных школах. В тоже время, вопрос повышения эффективности суждений высококвалифицированных специалистов, привлекаемых для оценки сложных объектов, всё чаще становится предметом научных дискуссий.

В современном государственном управлении привычным подходом являются экспериментальные проверки на субъективно-принятых суждениях. Однако для многих сложных объектов, таких, например, как сложная организационно-техническая система управления (далее – ОТС управления), натурные эксперименты невозможны. Поэтому проведение пол- ноценных экспертно-аналитических мероприятий в рамках проектирования сложных систем в сфере государственного управления не отличается широкой популярностью ввиду наличия жёстких требований к скорости получения и составу информации для принятия решений. Подобную проблему повышения качества экспертно-аналитической деятельности можно успешно решать, используя подходы системного анализа.

Известным средством формализации и систематизации знаний, включая научные предметные области (ПрО), являются онтологии . В данной работе предпринята попытка определить состав и структуру методологического обеспечения, выделить основные понятия и систематизировать информацию в такой научной области, как оценка эффективности ОТС управления .

1    Особенности моделирования и оценки эффективностисложных организационно-технических систем управления

Исследованию эффективности систем в различных областях деятельности человека посвящена обширная научная литература. В ряде работ рассматривается такое понятие, как теория эффективности [1-6], а в отдельных исследованиях [6-9] речь идёт о теории оценки эффективности , современное изложение которой позволяет трактовать эффективность как сложное и многогранное явление, отражающее не только соотношение результатов и затрат, но и эффективность процесса, степень удовлетворённости деятельностью, степень достижения результата и т.п.

Понятие ОТС управления охватывает практически все используемые и создаваемые для управленческой деятельности информационные системы (ИС) управления . В рамках отдельной ОТС управления реализуется профессиональная деятельность управленцев в обособленно-функциональной области. Характеристики функционирования ИС задаются другими специалистами в процессе управленческой деятельности другого типа, где эта ОТС управления становится результатом и предметом управления её развитием. Такая «другая» управленческая деятельность наиболее чётко просматривается на примерах организации различных ИТ-проектов, реализуемых в определённой временн о й последовательности по фазам, стадиям и этапам [10]. Одной из наиболее важных фаз в этой деятельности является проектирование , результатом которого становится архитектурная модель ИС.

Создание модели сложной системы определяется содержанием метода моделирования , в котором исходя из логической структуры методологии [10] выделяются три базовых элемента: субъект –исследователь (системный архитектор); объект исследования (ОТС управления); модель , опосредствующая отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Построение модели с приемлемыми показателями функционирования - системная задача, требующая анализа и синтеза исходных данных, гипотез, теорий, опыта и знаний специалистов. Подобную системную задачу можно разделить на две составляющие:

• ■    создание (синтез) различных моделей;

• ■    анализ свойств системы на основе исследования их моделей.

При этом синтез также подразделяется на две задачи:

• ■    синтез структуры проектируемых систем (структурный синтез);

• ■    выбор численных значений параметров функционирования элементов систем (параметрический синтез).

Обе задачи относятся к области принятия проектных решений , связанных с построением модели сложной системы с приемлемыми показателями функционирования, осуществляются в условиях неопределённости.

Общие алгоритмы оценки эффективности функционирования ИС ОТС управления подразделяются на два базовых алгоритма решения прямой и обратной задач.

Алгоритм решения прямой задачи , который используется для анализа эффективности функционирования ИС и её элементов:

• 1)    выявление и формализация функций;

• 2)    обоснование показателей эффективности функционирования;

• 3)    обоснование критериев оценивания эффективности функционирования;

• 4)    разработка математической модели оценки эффективности функционирования;

• 5)    вычисление показателей эффективности функционирования;

• 6)    оценивание эффективности функционирования;

• 7)    исследование влияния эксплуатационно-технических характеристик ИС на эффективность функционирования;

• 8)    анализ чувствительности показателей эффективности и отбор значимых факторов.

Алгоритм решения обратной задачи - задачи синтеза ИС и её элементов:

1)    выявление и формулирование целей повышения эффективности функционирования, отбор значимых управляемых факторов; 2)    обоснование критериев эффективности и показателей их оценивания; 3)    построение математической модели эффективности функционирования ИС; 4)    испытание новой модели ИС и определение её оптимальных характеристик; 5)    обоснование требований к структуре ИС (структурный синтез); 6)    обоснование требований к эксплуатационно-техническим характеристикам ИС (параметрический синтез); 7)    обоснование требований к организации процесса функционирования ИС (алгоритмический синтез). 2    Структуризация отношений в моделировании ОТС управления 2.1.    Структура системы методологического обеспечения

Особенности моделирования ОТС управления позволяют заключить, что для снижения уровня неопределённости при создании модели ИС решение задач синтеза следует осуществлять через решение задачи анализа.

Методологическое обеспечение управления развитием ОТС управления представляет собой процесс формирования и совершенствования системы взаимоувязанных концепций, принципов и методик, обеспечивающих поддержку моделирования и проектирования ИС управления.

Обоснование такой системы обеспечения , когда наряду с объективными данными о моделируемой системе приходится использовать и субъективную информацию, заключённую в знаниях экспертов, является сложным процессом. Подобная сложность обусловлена неоднородностью иерархии организационной структуры системы управления и необходимостью комплексного учёта основополагающих принципов её описания, разнообразия видов работ по моделированию и оценке, а также учёта большого количества разнообразных факторов. Кроме этого, при проектировании системы возникает необходимость решения и задач оптимизации по различным критериям с целью подбора приемлемых значений для параметров её функционирования.

Моделирование ОТС управления имеет свои отличительные особенности, формирующие особые отношения в данной ПрО, в том числе отношения людей в тех бизнес-процессах, ко- торые связаны с проектированием системы. Сложность подобных отношений указывает на необходимость выделения структуры обеспечения в деятельности, связанной с моделированием системы.

Структура системы методологического обеспечения развития сложной ОТС управления, представленная на рисунке 1, включает совокупность знаний особого рода, находящихся в комплексном соподчинении и выступающих как ориентиры деятельности, связанной с анализом и синтезом сложной системы.

Структура системы методологического обеспечения

включает

включает-

' Методическое . обеспечение

Математическое обеспечение

Высокоуровневые методики -предназначены для работы с объектами, имеющими сложную иерархическую структуру

Базовые методики на основе математического и алгоритмического инструментария

/Алгоритмическое^ \ обеспечение )

включает-Программное \ | обеспечение

"Системы поддержки^ принятия решений

(СППР)         J

(Источники данных

С Аппаратное \ обеспечение у _________________вкл ючает-

( Информационное \ обеспечение ) ’

С Организационное обеспечение

Кадровоее обеспечение

Рисунок 1 – Структура системы методологического обеспечения развития сложной организационно-технической системы управления

Система методологического обеспечения моделирования управления развитием ОТС управления включает:

• ■   методологию моделирования;

• ■   методическое обеспечение оценки эффективности;

• ■    концепцию сопровождения разработки и внедрения экспертно-ориентированной системы поддержки выбора оптимальных параметров функционирования ИС управления.

• 2.2.    Структура методологии моделирования

Такой состав системы методологического обеспечения содержит всю необходимую информацию об организации моделирования и о подходах к разработке технологии поддержки выбора и может обеспечить необходимыми условиями деятельность эксперта и деятельность системного инженера, связанные с проектированием ИС.

Организовать целенаправленную деятельность моделирования означает упорядочить её в целостную систему с чётко определёнными характеристиками, логической структурой и процессом её осуществления. Подобная система чаще всего отражается в форме отдельной методологии моделирования как общей совокупности целей, гипотез, подходов, принципов, методов, средств и процедур логической организации, используемых при изучении сложной системы управления.

Разработка методологии моделирования ОТС управления требует использования множества понятийных и категориальных конструкций и различений от мира явлений, как результата синтетического преобразования структуры и статуса эмпирических данных, до универ- сальной схемы взаимодействия, от самостоятельности научной реальности до различения онтики1 и онтологии [11].

Целью разработки методологии моделирования ИС ОТС управления является расширение теоретической базы и создание руководящих материалов для организации проведения комплексного анализа её функционирования. Задачи подобной методологии включают определение принципов, этапов, способов, методов, информационной базы, показателей, критериев и форм предоставления информации для принятия решений.

Структура методологии моделирования , представленная на рисунке 2, сформирована с учётом обобщения рассмотренных теоретических исследований оценки эффективности функционирования сложной ОТС управления.

Параметрические )

______________включают ________________

Методы оценки ^ )—।—►^ Непараметрические^ ) ^Результат моделирования"^)

включает /-------------х

---►(Формы оценки )

Рисунок 2 – Структура методологии моделирования сложной организационно-технической системы управления

3    Методология моделирования как набор объектов отношенийв проектировании системы

В данной работе методология моделирования и оценки эффективности представлена через объективацию реальных отношений в практике проектирования ОТС управления. На современном этапе развития объективация становится относительно самостоятельной сферой деятельности человека, т.к. она непосредственно связана не только с предметом теоретического анализа, но и с представлением деятельности в виде модели для компьютерного моделирования.

Согласно [11], в состав объективации включаются как типичные используемые в науке «вещи» (научные теории, гипотезы, данные и т.п.), так и типичные структуры субъекта науки и его деятельности (структуры типичных деятельностей порождения и воспроизводства текстов, фиксации данных, классификации, анализа и и т.п.) и типичные виды организации такой деятельности (объективированные в научных профессиях, специальностях и в научных организациях). Поэтому подобное понимание методологии моделирования может включать все формальные, логические и эмпирические определённости её, как отдельного объекта, так и составной части общей теории оценки эффективности ОТС управления.

Основные объекты методологии моделирования ОТС управления формируются вокруг системной концепции оценки эффективности функционирования сложной системы управления. К наиболее важным объектам системной концепции можно отнести основные принципы, на основе которых формируется концепция описания многоуровневой структуры , включающая набор методов, используемых для описания свойств, структуры и поведения системы, а также для разработки моделей оценки эффективности её функционирования.

• 3.1.    Системная концепция оценки эффективности функционирования

сложной системы управления

Концептуальные основы оценки эффективности функционирования ИС ОТС управления предполагают определение концепции оценки . Подобная концепция содержит основные идеи по описанию облика исследуемого объекта как системы, теоретических и методических основ его исследования. Системное представление об оценке ОТС управления, включает следующие положения:

• ■    ОТС управления рассматривается как сложная иерархическая система, состоящая из определённых элементов, обеспечивающих её целенаправленность;

• ■    ОТС управления имеет множество состояний, определяемых уровнем её организованности, зависящим от формы её организационной структуры, выбранной технологии и качества взаимодействия её внутренних структурных элементов между собой и внешней средой.

• 3.2.    Концепция описания многоуровневой структуры сложной системы

Преимущества системного подхода позволяют не только построить модель реальной системы, но и использовать эту модель для оценки функционирования системы. Системная концепция оценки эффективности обусловлена теми свойствами системы , которые определяются на основе базовых принципов системного подхода [12, 13], таких как целенаправленность, целостность, иерархичность, многоаспектность и др.

Рассматривая свойства сложной ОТС, можно прийти к заключению, что основная проблема её исследования проявляется в поиске компромисса между простотой описания, позволяющей составить и сохранять целостное представление об объекте, и детализацией описания, позволяющей отразить многочисленные особенности исследуемого объекта. Один из путей решения этой проблемы - задание принципов для описания семейства формальных моделей, каждая из которых может описать систему с целевой позиции и позиции соответствующего уровня абстрагирования.

Признаки деления для ОТС управления могут быть представлены, например, принципами территориального или отраслевого деления, наиболее характерными для сферы государственного управления в России. Признаком деления по пространственной (территориальной) иерархии является занимаемая публично-правовым образованием площадь; чем больше площадь территории, тем выше его ранг (уровень в иерархии). Данный признак не всегда является объективным, так как площадь, занимаемая объектом, не всегда соответствует его значимости, поэтому другим критерием пространственной иерархии является количество населения, проживающего на этом пространстве (территории).

Концепция многоуровневой структуры, сочетающей территориальный и отраслевой принципы и принцип вертикальных и горизонтальных связей между ОТС управления, впервые была предложена В.М. Глушковым при разработке общегосударственной автоматизированной системы управления [14]. Подобная смешанная структура характерна для современного управления государственным бюджетом и может квалифицироваться как стратифицированная структура управления с вертикальными и горизонтальными связями. Стратифицированные структуры такого типа могут быть реализованы на принципах эшелонированного управления, предложенных М. Месаровичем [12, 13].

Организационная структура современного российского управления на каждом уровне формируется с помощью соответствующих нормативно-правовых и нормативнометодических документов, регламентирующих конкретные информационные и координационные связи между органами управления. Организационные структуры территориального и отраслевого управления не всегда рассматриваются как подчинённые друг другу, что затрудняет графическое представление структуры управления даже одной отраслью, не говоря уже о представлении структуры управления страной [15].

Кроме принципов описания структуры и функций системы, должны быть определены основные принципы оценки эффективности, которые целесообразно представить в виде структуры, состоящей из трёх основных групп (см. рисунок 3):

• ■    теоретические принципы , определяющие теоретическую основу моделирования и оценки эффективности функционирования ОТС управления;

• ■    методологические принципы , определяющие основные направления, состав и структуру деятельности по моделированию ОТС управления;

• ■    технические принципы , определяющие порядок осуществления деятельности по оценке эффективности функционирования ОТС управления.

4    Рефлексия в формировании методологического знания 4.1.    От методологии моделирования к онтологии методологии

Онтологический подход в задачах моделирования сложных систем связан с работой по выделению и объединению релевантных инфологических и функциональных аспектов моделируемой системы в соответствующей онтологии. Фундаментальным вопросом онтологического анализа является «объективизация», используемая в данной работе для выделения ПрО моделирования из зоны интуиции эксперта с целью конструирования онтологии [16].

Конструирование онтологии методологии моделирования относится к одной из наиболее острых проблем [17]. Связано это с тем, что современные методологии структурного анализа и проектирования CASE-инструментов [18], а также различные технологии инженерии знаний [19] в общем случае не адаптированы для проведения систематической процедуры или формализма, позволяющего «вывести» общую структуру ПрО моделирования ОТС управления. Между тем, онтологический подход в создании баз знаний для моделирования ПрО был успешно использован, например, в работах [20-22] и ряда др.

Предложенная на рисунке 4 онтология методологического обеспечения (ОМО) управления развитием отраслевой ОТС сферы государственного управления, как онтология ПрО, содержит отношения в системе понятий и методов, представленных в разделе 2. ОМО состоит из подсистем взаимосвязанных онтологий, отвечающих за представление различных компо- нентов знаний [17], где компоненты сосредоточены вокруг методологии создания модели ОТС управления, описания модели её оценки функционирования и вокруг модели проведения этой оценки. ОМО как онтология области знаний задаёт систему понятий и отношений, предназначенных для детального описания ПрО моделирования сложной системы управления, а как онтология задач и методов, описывает методологические задачи, решаемые при проектировании ОТС управления, и методы, используемые для их решения.

Для получения адекватной модели знаний о ПрО моделирования необходимо сформиро- вать системное представление о модели оценки, которая должна отражать все аспекты методологии моделирования ОТС управления. При этом под адекватной моделью оценки эффективности понимается система, включающая различные модели и методы, описывающие как структуру оцениваемой системы управления, так и структуру деятельности по оценке эффективности её функционирования.

(краткость)

•( Адресность ^ ) (Адаптивность)) ( Доста точ н ость) ) •(Законченность )) (Рациональность ))

включают

- (полезность (релевантность) ) )

( Качественная существенность) ) ( Индивидуальность (креативность) ^ ) •(Преемственность сопоставимости данных)) ( Понятность наглядности и аналитичности ) ) -(гибкость единообразной структуры информации ^)

♦( Достоверность ) )

♦ (независимость )

включают

♦( Эффективность) )

♦( Документальность ) )

Технические

♦( Профессиональное суждение ) )

Оперативность, своевременность ^ )

Приоритет содержание над формой))

♦( Последовательность в применении методик оценки) )

Рисунок 3 – Структура принципов оценки эффективности сложной организационно-технической системы управления связана с

Неопределенность выбора

Проблема принятия решений по оптимизации управленческой деятельности

)бостряет—

Новая сервис-ориентированная модель госуправления

Стимулирую. : т развитие

Развитие

И КТ

связана с

________t________

Решение задачи синтеза

Реализуется через

' Для снижения неопределенности ..

мни рогули ' Система методологического

” обеспечения управления развитием ОТС

Для решения проблемы

Принципы финансового менеджмента

Для решения задачи

Решение задачи анализа

Методология моделирования

Функционирование системы

реализуется

Системная концепция оценки эффективности функционирования ИС

реализуется

Принципы системного подхода

базируется на

^Принципы иерархии

Принципы описания

►азируются на— структуры и функций системы

Пространственна я иерархия

Функциональная иерархия

Принципы оценки эффективности . системы

>еализуется реализуется

учитываются

учитываются

Принцип вертикальных и горизонтальных связей

Концепция описания многоуровневой структуры

реализуются

Свойства системы

ВкЛю^ю>пе-         используются

Ю а ^направленност^ДЛ” Разработки

'Много- ^аспектность

Модель реальной системы

реализуетсреализуется

Структурнофункциональный подход

Метод стратификации

Метод оценки

1оликрите-«иальность

Две петли обратной связи

Концептуальное сопровождение

Концепция комплексного сопровождения

Программная сопровождение

используется ' 1ля разработки

используется для разработки

используется для разработки

используется для разработки

Алгоритмическая модель

используется ‘для разработки

Математическая модель

Модель выбора через функцию

является средством

обеспечивает сопровождение разработки и " внедрения

Информационное сопровождение

Модель выбораЛ Л Модель выбора

через оргструктуру

через ч территорию

- используется ' для разработки

Концептуальная модель выбора

обеспечивает принятие решений по

Графическая визуализация результатов оценки

Методическое обеспечение оценки системы

реализуется

используется для разработки

обеспечивает ' организационну ю поддержку

, выбора

обеспечивает информационну ю поддержку выбора

Аналитическое заключение эксперта

--------------------------------является средством- формирует-------------------------------------------------------------------

Информационная база

Отчетность, открытые данные

Базы данных ИС

Рисунок 4 – Онтология методологического обеспечения управления развитием отраслевой организационно-технической системы сферы государственного управления

Модель ПрО знаний, отображённая на рисунке 4, характеризует отношения в моделировании ОТС управления как отношения к объекту исследования и как отношения к знаниям о нём как о части мира. Использование онтологического подхода позволяет выделить объективное содержание моделирования сложной системы, а познание этого моделирования рассматривается как деятельность по выявлению допустимой семантики информации о ПрО.

Предложенный подход к представлению методологического знания о моделировании может рассматриваться и как рефлексия, т.е. как форма контроля движения к получению истины. В этом отношении рефлексия формально-организационной стороны, главной особенностью которой является ориентация на знание и на процесс его получения, в целом направлена на создание нормативной методологии . Её результатом является построение предписаний и норм, соблюдение которых необходимо для обеспечения правильности постановки проблемы [11].

Развитие рефлексии приводит к тому, что анализ средств познания постепенно перерастает в их систематическое производство, где результат может приобрести стандартизованную «инженерную» форму [23, 24], становится объективно необходимой и реализуется тенденция к формализации (в том числе алгоритмизации) и математизации самой системы деятельности в науке [23].

• 4.2.    Интеллектуальная поддержка оценки эффективности функционирования сложной системы

Начальная и фундаментальная фазы онтологического анализа опираются на анализ и систематизацию доступных данных об актуальной части реального мира – ПрО моделирования сложной системы. Для обозначения этой фазы часто используют также термин « концептуальный анализ »; содержание этого определения интерпретируют, например, как абстрагирование существа физических объектов и их взаимосвязи в виде некоторой модели или теории, которая соответственно называется концептуальной моделью изучаемого объекта [25]. При этом, результатом концептуального анализа ПрО оценки эффективности ОТС управления становится не только концептуальная модель оценки, но и её информационная модель .

В случае с представленной на рисунке 4 онтологией, под информационной моделью понимается модель деятельности по оценке ОТС управления, в которой представлены информационные аспекты этой деятельности, в том числе связанные с объектом оценки и с выбором метода оценки. Таким образом, концептуальная модель оценки может быть реализована в обобщённой информационной модели интеллектуальной системы поддержки принятия решений (СППР), необходимой эксперту для помощи при определении параметров функционирования моделируемой ОТС управления.

Методологическое обеспечение моделирования управления развитием ОТС управления включает кроме методологии моделирования и адаптированных к ней методик оценки системы, также и специальную концепцию комплексного сопровождения разработки и внедрения интеллектуальной экспертно-ориентированной СППР . Основная задача концепции заключается в методологическом сопровождении процедур разработки и внедрения СППР от этапов предпроектирования до реализации. В этом отношении представляется конструктивным подход, когда СППР строится для решения определённого класса задач, содержит множество методов и позволяет выбирать методы для решения конкретных задач, например, представленных в [26].

В разработке интеллектуальной экспертно-ориентированной СППР можно выделить те же этапы, что и в разработке любых ИС [27].

Таким образом, предложенная концепция направлена на обеспечение поддержки совместной работы экспертов, системных инженеров и программистов. Подобная концепция позволит обеспечить единую систему понятий, общий концептуальный базис ПрО моделирования и оценки ОТС управления.

Заключение

Рассмотрена ПрО моделирования ОТС управления как целенаправленная деятельность в решении задачи оценки эффективности её функционирования.

Методология моделирования ОТС управления связана со многими разделами науки и интеллектуальными традициями, что является основанием для выделения проблемы междисциплинарной интеграции знаний. Решение этой проблемы в проектировании сложных ОТС сдерживается отсутствием удобных инструментов, позволяющих приобретать, накапливать и использовать разнородные знания для принятия решений при построении адекватных моделей системы.

Факторы новизны предлагаемых подходов к решению обозначенной проблемы заключаются в использовании онтологического подхода к представлению знаний об оценке эффективности сложной иерархичной системы управления.

Разработанная онтология ПрО моделирования и оценки эффективности может быть использована в качестве основы для разработки интеллектуальной экспертно-ориентированной СППР в процедурах макропроектирования крупномасштабных ИС управления.

Предложенные модели знаний о ПрО, созданные на их основе инструментарии могут повысить производительность труда экспертов, качество принятия решений в условиях неопределённости, сократить сроки создания, упростить модификацию и сопровождение экспертно-ориентированных систем.