Теоретические основы, модели, методы и средства автоматизации формирования систем целей рыбохозяйственных комплексов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Теоретические основы, модели, методы и средства автоматизации формирования систем целей рыбохозяйственных комплексов

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (технические системы)

Лукьянова Людмила Михайловна

Санкт-Петербург - 2009

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. В решении проблемы продовольственной безопасности России и обеспечения населения жизненно необходимой белковой продукцией важное место занимают рыбохозяйственные комплексы (РХК) регионального и федерального уровней. Организационные системы класса РХК характеризуются специфическими сферой деятельности и окружающей средой. В рыбохозяйственных комплексах осуществляется промышленное рыболовство, товарное рыбоводство, сохранение водных биоресурсов (ВБР), производство и реализация рыбопродукции, а главные составляющие окружающей среды РХК - ВБР внутренних морей Российской Федерации и Мирового океана, потребители продукции и смежные отрасли.

После перехода к рыночным условиям хозяйствования в РХК существенно выросло число проблем управления (до 55% от их общего числа), в том числе, организации (до 22,5%), планирования (до 9,5%) и анализа (до 9%). Возросшие трудности обоснования решений по РХК привели к повышению роли системного подхода к управлению данными системами. Однако использование системной методологии лицами, принимающими решение (ЛПР), не гарантирует системности решений. Выявляемая в процессе их исполнения логическая некорректность (несравнимость, несовместимость) и неполнота отражают недостаточный научный уровень аппарата выработки (подготовки и принятия) решений применительно к системам класса РХК.

В результате анализа системной методологии и теории принятия системных решений был выделен ряд положений, вклад в разработку которых внесли Р. Акофф, В.Г. Афанасьев, И.В. Блауберг, А.А. Богданов, В.Н. Волкова, Д.М. Гвишиани, Дж. Гиг, Е.П. Голубков, Г.Х. Гуд, А.А. Денисов, С.В. Емельянов, В. Кинг, Д. Кли-ланд, Дж. Клир, Р. Ковальски, В. Н. Костюк, Т. Котарбиньский, О.И. Ларичев, Р.Э. Маккол, М. Месарович, Б.З. Мильнер, Н.Н. Моисеев, С. Оптнер, Ф.И. Перегудов, Д.А. Поспелов, Г.С. Поспелов, И.В. Прангишвили, Л.А. Растригин, В.Н. Садовский, В.А. Смирнов, Г.А. Смирнов, А.Н. Уемов, Ю.А. Урманцев, Б.Ф. Фомин, Ю.И. Черняк, А.Д. Холл, С. Янг и другие ученые. Это, прежде всего, методологические положения о логическом характере понятий «система», «структура» и «организация», о целях, дающих логическое основание для синтеза систем, о соотношении структур целей как результатов анализа и синтеза целей. На их основе конкретизирован системно-целевой подход к выработке системных решений и намечено развитие теории выработки решений по РХК, отражающей особенности данного класса систем. Конкретизация заключалась в формулировании и формализации условия обоснованности решений по рыбохозяйственному комплексу, рассматриваемому как система целедостижения (ЦД) - их совместимости с системой целей, характеризующейся логической корректностью и полнотой.

Однако выработка системы целей, отвечающих указанным свойствам, вызывает трудности, обусловленные рядом факторов. Наиболее значимы из них следующие факторы. Во-первых, сложность и неформализованность целей РХК. Во-вторых, их зависимость от нестационарной окружающей среды, непредсказуемости спроса на рыбопродукцию и состояний сырьевой базы РХК. В-третьих, субъективный характер целей, недостаточная изученность целеполагания (ЦП), осуществляемого в процессах их анализа и синтеза, и процедур согласования структур целей (СЦ) как результатов данных процессов. Все это часто приводит к выдвижению ложных целей, некорректности, неполноте СЦ, их несовместимости в системе целей и, как следствие, противоречивости решений по РХК, обычно выявляемой при их исполнении.

Несвоевременная корректировка целей, влекущая значительные (до 10%) сверхплановые затраты на реализацию системных решений и снижающая эффективность функционирования РХК, и большая трудоемкость выработки целей рыбохозяйственных комплексов в условиях быстро и непредсказуемо меняющейся окружающей среды актуализируют разработку средств автоматизации формирования систем целей в процессах подготовки, принятия решений и управления РХК. Таким образом, существует противоречие между необходимостью оперативной выработки целей РХК, характеризующихся корректностью, полнотой, и недостаточным уровнем развития теории формирования систем целей для автоматизации данного процесса.

Научная проблема заключается в преодолении указанного противоречия путем разработки теоретических основ, моделей и формализованных методов формирования логически корректных и полных систем целей рыбохозяйственных комплексов и, тем самым, создания возможностей автоматизации процесса их выработки.

Цель исследования - разработать теоретические основы, модели, методы и средства автоматизации формирования логически корректных, полных систем целей для получения результатов, создающих возможность оперативного обоснования системных решений, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к эффективности управления и функционирования рыбохозяйственных комплексов.

Основные задачи исследования:

· определение характеристических свойств РХК как системы ЦД и разработка системного представления о целях для конкретизации на их основе закономерностей целеобразования (теория систем) и принципов системного анализа так, чтобы они способствовали формированию логически корректных и полных систем целей рыбохозяйственных комплексов;

· разработка лингвистической и логической форм представления целей РХК, позволяющих обеспечить информативность (семантическую мощность) описаний целей, требуемую для формализованного обоснования их корректности;

· разработка графосемантических моделей логически корректных и полных структур целей, совместимых в системе целей рыбохозяйственного комплекса;

· разработка семиотической системы рассуждений о целях и методов: логико-лингвистического моделирования и анализа целей; согласования структур целей;

· разработка методики и средств автоматизации формирования логически корректных и полных систем целей рыбохозяйственных комплексов.

Объект исследования - рыбохозяйственный комплекс.

Предмет исследования - системные связи и свойства РХК как системы целедостижения и закономерности ЦП и ЦД, анализа и синтеза целей, которые должны быть отражены в логико-лингвистических моделях управления анализом и синтезом целей для формировании логически корректной и полной системы целей.

Методы исследования. При решении сформулированных задач исследования в качестве основных использованы методы системного анализа, теории искусственного интеллекта, ситуационного управления и семиотического моделирования, теории формальных грамматик и языков.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Закономерности формирования логически корректной и полной системы целей рыбохозяйственного комплекса.

2. Принципы формирования системы целей рыбохозяйственного комплекса в процессе выработки системных решений и управления РХК.

3. Модели целей рыбохозяйственного комплекса, обеспечивающие требуемую семантическую мощность лингвистической и логической форм описания целей.

4. Графосемантические модели логически корректных и полных структур целей, совместимых в системе целей рыбохозяйственного комплекса.

5. Семиотическая система рассуждений о целях и метод логико-лингвистического моделирования и анализа целей, обеспечивающий выявление и исправление некорректных результатов целеполагания, анализа и синтеза целей ЛПР.

Научная новизна положений и результатов исследования.

1. Введены характеристические свойства рыбохозяйственного комплекса как специфического целого, удовлетворяющего требуемой целостности систем класса РХК. Системные связи рыбохозяйственного комплекса и его целей, конкретизированные с помощью данных свойств, позволили определить условия совместимости с системой целей решений по РХК как системе целедостижения.

2. Закономерности формирования системы целей рыбохозяйственного комплекса, в которых отражены особенности целей РХК и конкретизированы, по сравнению с известными закономерностями целеобразования, структуры и свойства системы целей, а именно, совместимость логически корректных и полных структур целей как результатов анализа и синтеза целей. Это позволило обосновать модели представления целей и их структур и аксиомы рассуждений о целях.

3. Сформулированы новые принципы формирования системы целей РХК, отражающие такие установки, как взаимообусловленность и единство анализа, синтеза, согласования целей; логическая корректность, полнота системы целей; дополнение способностей ЛПР по ЦП, анализу и синтезу целей возможностями средств автоматизации по выявлению и исправлению некорректных целей; управляемость системы целей. Данные установки способствуют эффективной выработке систем целей.

4. Модели целей рыбохозяйственного комплекса, с помощью которых, в отличие от существующих моделей, обеспечивается семантическая мощность лингвистической и логической форм описания целей, требуемая для формализованного анализа корректности и полноты системы целей.

5. Графосемантические модели логически корректных и полных структур целей, позволившие формализовать условие совместимости СЦ в системе целей РХК.

6. Классификация ситуаций на целях в вырабатываемых ЛПР структурах целей РХК, осуществленная с применением теории понятий и систематизации семантических отношений на понятиях, из которых составлены формулировки целей рыбохозяйственного комплекса. С помощью данной классификации вместо применяемого в системном анализе свойства противоречивости СЦ введены частные свойства логической некорректности структуры целей и обоснованы типы логических ошибок в СЦ.

7. Система рассуждений о целях, разработанная с использованием принципов ситуационного управления и теории семиотических моделей (Д.А. Поспелов, Г.С. Осипов). Специфика рассуждений о целях обусловила расширение подмножества постоянных аксиом семиотической системы аксиомами логики утилитарных оценок (А.А. Ивин) и конкретизацию подмножества изменяемых аксиом с помощью закономерностей анализа и синтеза целей РХК. Это обеспечило вывод целей, условия реализации которого определяются семантикой целей и отношений между ними.

8. Методы логико-лингвистического моделирования и анализа целей и согласования структур целей РХК, с помощью которых, в отличие от существующих методов анализа и структурирования целей, обеспечивается выявление и исправление субъективных логических ошибок в результатах формирования систем целей ЛПР.

9. Методика, технология и прототип программного средства формирования системы целей РХК, позволившие, в отличие от существующего инструментария анализа и структурирования целей, автоматизировать формирование совместимых в системе целей логически корректных и полных СЦ, обеспечивая при этом оценивание структур целей, вырабатываемых ЛПР в процессах ЦП, анализа и синтеза целей, и исправление выявляемых в них субъективных ошибок некорректности и неполноты.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и основных результатов диссертационной работы обеспечена за счет системного анализа состояния исследований в соответствующей предметной области, подтверждена выбором и корректным применением методов исследований, корректностью формулировок и правильным построением доказательств утверждений, корректностью предложенных моделей и методов, согласованностью полученных при их использовании результатов с выводами экспертных комиссий РХК, экономическим эффектом от устранения логических ошибок и неполноты целей, формируемых управленческим персоналом рыбохозяйственных комплексов, многолетним опытом системного анализа вырабатываемых, реализуемых решений по РХК и результатов их исполнения.

Практическая значимость работы состоит в создание теоретической базы автоматизации выработки решений и управления РХК, заключающейся в разработке методики, технологии и программного средства формирования систем целей, обеспечивающих логическую корректность и полноту вырабатываемых целей, основывающихся на них системных решений и управляемость РХК, а в итоге - требуемую эффективность функционирования рыбохозяйственных комплексов.

Реализация и внедрение. Полученные научные и практические результаты внедрены в головных научно-исследовательских и проектно-конструкторских учреждениях рыбной отрасли, региональном РХК, образовательных учреждениях рыбной и смежных отраслей и используются (что подтверждено соответствующими актами):

· во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте экономики, информации и автоматизированных систем управления рыбного хозяйства (при проведении системного анализа и планировании развития отраслевых промышленных систем, что позволило повысить качество управления РХК за счет синтеза обоснованных систем целедостижения и в среднем в три раза снизить затраты на осуществление плановой деятельности; с 2002 г.);

· в Государственном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте рыбопромыслового флота («Гипрорыбфлот») (при проведении системного анализа регионального РХК, что позволило повысить качество планов развития РХК за счет формирования логически корректной и полной системы его целей и эффективность аналитической и плановой деятельности за счет сокращения временных и трудовых затрат; 2002-2007 гг.);

· в Комитете по рыбопромышленному комплексу Ассоциации «Северо-Запад» (при проведении системного анализа проблемной ситуации, формировании системы проблем и системы целей регионального РХК и разработке Программы развития рыбной промышленности г. Санкт-Петербурга до 2010 года, что способствовало ее обоснованию и созданию предпосылок для инвестирования РХК; 2002-2003 гг.);

· во ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» (при подготовке магистров по направлению 110900.68 - «Водные биоресурсы и аквакультура» и информатиков по специальности 080801.65 - «Прикладная информатика в экономике»; с 2002 г.); в Калининградском институте международного бизнеса (в дисциплине «Теория систем и системный анализ»; 2002-2006 гг.); в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций (в дисциплине «Представление знаний»; c 2008 года).

Исследования по теме диссертации выполнены в рамках НИР (№ГР 01.20. 0006420), поддержаны РФФИ (проекты № 02-07-90463, 2004 г., № 06-07-89242, 2006-2008 гг.) и Санкт-Петербургским научным центром РАН (грант 2005 г.).

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались, представлялись и получили одобрение на более чем 30 конференциях и семинарах. Наиболее значимые из них: Международные научно-практические конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (г. С.-Петербург, 2009 г., 2007 г., 2006 г., 2005 г., 2003 г.), X Национальная конференция по искусственному интеллекту (г. Обнинск, 2006 г.), IX Общероссийская конференция «Современная логика: проблемы теории, истории и применения в науке» (г. С.-Петербург, 2006 г.), XXXIV Международная филологическая конференция (г. С.-Петербург, 2005 г.), IV Международная научная конференция по проблемам логико-лингвистического управления динамическими объектами «DOLLCґ2003» (г. С.-Петербург, 2003 г.), Международная научная конференция «Economics and Management» (г. Каунас, 2001 г.), Международные научно-практические конференции «Knowledge-Dialogue-Solution» (г. Варна, 2003 г., г. С.-Петербург, 2001 г.; г. Ялта, 1997 г.), Международные конференции «Региональная информатика» (г. С.-Петербург, 2008 г., 2006 г., 2004 г., 2002 г., 2000 г.), Международные научные конференции «Балттехмаш-2004» (г. Ка-лининград, 2004 г.) и «Инновации в науке и образовании» (г. Калининград, 2003-2009 гг.), Всероссийская научно-практическая конференция «Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании» (г. Светлогорск, 2004 г.), VII научно-техническая конференция по развитию флота рыбной промышленности и промышленного рыболовства социалистических стран (г. Ленинград, 1989 г.).

Публикации. Научные результаты диссертации изложены в 63 печатных публикациях общим объемом более 80 п.л., в их числе две монографии, 20 статей в отечественных и зарубежных научных журналах (из них 13 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ), а также в пяти отчетах о НИР. По результатам исследований по теме диссертации разработаны три учебных пособия и два программных средства.

2. Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования. Приведены положения и результаты, выносимые на защиту, отражены их научная новизна и практическая значимость. Приведены сведения о внедрении результатов исследования, апробации работы и публикациях.

В первой главе представлены результаты анализа проблемы формирования непротиворечивых и полных систем целей при управлении РХК, выбраны пути ее решения, обеспечивающие обоснование вырабатываемых решений.

С учетом анализа специфики видов деятельности (рис. 1) и окружающей среды (водные биоресурсы и потребители рыбопродукции), непредсказуемость состояний и поведения которой вызывает неопределенность ситуаций, возникающих в рыбохозяйственных комплексах, выделен класс этих систем, осуществлен анализ источников противоречивости, неполноты, несогласованности вырабатываемых по РХК решений, корректировка которых при их исполнении влечет значительные (до 10% от плановых затрат) издержки и снижает эффективность функционирования РХК.

Рис. 1. Структурная схема рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации

На основе положений о логическом содержании понятий «система», «структура», «организация» (В.А. Смирнов), о целях как логических основаниях для синтеза систем (А.Д. Холл) и о соотношении СЦ как результатов анализа и синтеза целей (Г.С. Поспелов) сформулирован постулат об обосновании решений по РХК как системе целедостижения с помощью логически корректной и полной системы целей.

В контексте данного постулата выделена логическая страта описания системных решений, проанализированы компоненты методологии подготовки и принятия таких решений и конкретизирован системно-целевой подход к их выработке в РХК.

Конкретизация осуществлена на основе конструктивного определения системы класса РХК как специфического целого (), удовлетворяющего требуемой целостности (). Установленные с помощью данного определения характеристические свойства РХК выражают системные связи целей и совместимость системы целей и РХК как системы целедостижения. Таким образом, в процессе выработки решений по РХК (рис. 2) выделены фазы формирования системы целей (САСЦ - согласования, анализа и синтеза целей) и синтеза совместимой с ней системы целедостижения (ССЦД)

Целостность РХК определена следующими четырьмя частными свойствами.

Внешнецелевая целостность РХК () характеризует его целевую обособленность и единство (по конечной цели ) с надсистемой и окружающей средой в фазе САСЦ. С помощью функции , аргумент которой - , объект оценивается как удовлетворяющий данному частному свойству целостности РХК, если его цель совместима с целью , заданной его надсистемой.



Рис. 2. Этапы выработки системных решений при управлении РХК

Внешнецелесообразная целостность РХК () характеризует совместимость его системных свойств , (где l - число свойств, - функциональное, свойство) с конечной целью , задаваемой надсистемой в фазе ССЦД. С помощью функции , аргумент которой - , объект оценивается как удовлетворяющий данному частному свойству целостности РХК, если его свойства , j=1(1)l, совместимы с целью .

Внутрицелевая целостность РХК () характеризует единство структуры его целей как результата анализа целей и целеполагания в фазе САСЦ. С помощью функции , аргумент которой - структура , объект оценивается как удовлетворяющий данному частному свойству целостности РХК, если структура его целей логически корректна и полна.

Внутрицелесообразная целостность РХК () характеризует совместимость его структур , (структура - это структурная схема целедостижения, а i-е структуры (i=2(1)m) - это соответственно структура функций, организационная и другие структуры РХК) в фазе ССЦД. С помощью функции , аргумент которой - , объект оценивается как удовлетворяющий данному частному свойству целостности РХК, если отвечает требованию полноты его структур и каждая из структур (i=2(1)m) совместима с .

РХК как специфическое целое задается следующим образом:

(1)

где - множество частей, E ={e_i}, i=1(1)n (рыбопромысловые суда, средства лова, порты, судоремонтные верфи, ..., объекты по производству рыбопродукции); - множество определенных на отношений , , k=1(1)m (при этом множество свойств части e_i, определеных в пространстве свойств частей , где - функциональное свойство, и множество свойств отношения , определенных в пространстве свойств отношений , обусловлены внешнецелевой и внешнецелесообразной целостностью и обусловливают внутрицелевую и внутрицелесообразную целостность РХК).

С помощью функции , аргумент которой определяется по формуле (1), объект оценивается как удовлетворяющий свойству «быть специфическим целым класса РХК», если его части совместимы с соответствующими элементами структуры , а их свойства - с элементами структуры .

С помощью функции , аргумент которой - объект, удовлетворяющий введенным частным свойствам целостности РХК и свойству «быть специфическим целым класса РХК», указанный объект оценивается как удовлетворяющий свойству «быть системой класса РХК», если его целостность и он как целое совместимы.

Истинные значения сформированных ЛПР системы целей и системы ЦД, оцениваемые с помощью функций служат обоснованием логической корректности и полноты этих целей и совместимых с ними решений по РХК.

Результаты анализа существующего аппарата структурирования целей организационных систем показали, что для обеспечения логической корректности и полноты систем целей необходимо конкретизировать ряд его компонентов и осуществить разработку новых компонентов (рис. 3, соответственно блоки 7, 9, 10 и блоки 6, 8).

При определении концепта «логически корректная и полная система целей» (рис. 3, блок 6) использовано соотношение графов целей и задач (Г.С. Поспелов).

Структура целей как результат анализа целей. Иерархическая структура , формируемая в результате анализа целей, обычно представляется в виде -уровневого орграфа :, где - множество вершин, обозначающих цели i-х уровней структуры , i = 0(1)(m-1); - множество дуг, обозначающих отношение подчинения между целями.



Рис. 3. Структурная схема разработки теории формирования систем целей РХК

Представим цели как , где - цель конечная цель РХК (цель верхнего уровня), а - множество -х целей -го уровня (), , - число целей -го уровня), подчиненных -м целям -го уровня (, - число целей -го уровня). Множество дуг графа описывается как . Упорядочив уровни графа во времени и положив, что цели каждого уровня выдвигаются в соответствующие моменты времени (i = 0(1)(m-1)), получим граф : отображающий процесс целевого планирования, идущий от вершины в направлении вершин . На рис. 4 приведен пример модели СЦ в виде графа .

С анализом целей сопоставлены процедуры формирования кустов графа . Куст целей задается в виде двухуровневого графа , где , рассматривается как цель, - как подцели, ; - число подцелей; - множество дуг, выражающих отношение подчинения целью подцелей.

Рис. 4. Соотношение структуры целей и начальной структурной схемы целедостижения РХК

При формировании решаются логические и математические задачи. Логические задачи заключаются в обосновании правильности анализа цели и целеполагания - образования и формулирования подцелей , а в результате - формировании логически корректного и полного куста целей . Математические задачи состоят в выборе рациональных альтернатив подцелей по критериям эффективности (ресурсоемкости и оперативности) целедостижения.

Структура целей как результат синтеза целей. Сетевая структура целей (структурная схема целедостижения (ССЦ)), сформированная в результате синтеза целей с помощью средств, намеченных в СЦ соответствующими подцелями, представляется в виде графа , с обратным по отношению к направлением дуг. Вершины в имеют индексы, соответствующие индексам вершин графа , за исключением добавленной начальной вершины (цель «начать целедостижение»). В граф добавлены также дуги, связывающие с вершинами, являющимися в графе висячими. При этом граф является (m+1)-уровневым.

С процессом синтеза целей сопоставлены процедуры формирования кустов графа , состоящие в уточнении целей, которые в соответствующих кустах графа являются «корневыми». При этом решаются логическая и математическая задачи. Первая заключается в обосновании правильности синтеза из и истинности . Вторая - в уточнении требуемых для достижения ресурсов, рассчитанных для цели .

В процессе синтеза графа выделены процедуры, формирующие графы и , которые представляют соответственно начальную () и конечную () ССЦ. В работе введен (m+1)-уровневый орграф , где - множество вершин , обозначающих цели i-х уровней, i=m(-1)0, начиная с начальной цели ; - множество дуг, обозначающих отношения между целями, , - инверсия отношения подчинения , - отношение, сопоставленное с дугами, связывающими с вершинами, являющимися конечными в графе . Логическая корректность графа обосновывается логической корректностью графа . Пример графа , соответствующего графу , приведен на рис. 4.

Формирование проводится путем уточнения графа за счет информации, полученной ЛПР между этапами анализа и синтеза целей (см. рис. 2). В результате изменения множества на , а множества на , получаем граф (в частном случае имеет место тождество графов и ).

С процессом целевого планирования сопоставлен процесс реализации целевого плана Представления в виде графов и рассматриваются как предварительный и исполнительный целевой план соответственно. План служит логической основой исполнительного плана, формируемого с помощью методов сетевого моделирования.

Однако представления СЦ и ССЦ в виде графов недостаточны для формирования логически корректных и полных систем целей РХК и оценивания результатов целеполагания, анализа, синтеза целей ЛПР и согласования СЦ и ССЦ в системе целей. Для уточнения характеристик методов (рис. 3, блок 11), обеспечивающих правильность реализации указанных функций и логическую корректность, полноту, совместимость результатов их выполнения ЛПР, а также выявление в них и исправление возможных паралогизмов, осуществлена трехуровневая классификация методов анализа и структурирования целей (классификационные признаки: степени формальности описания целей (I-й уровень), правил анализа целей (II-й уровень), представления СЦ (III-й уровень); значения признаков: неформальное (1), частично формальное (2), формальное (3)). В соответствии с задачами исследования выбран класс K²³² потенциальных методов, характеризующихся частично формализованной семантикой целей (требования к лингвистическим средствам описания целей) и средств представления СЦ (требования к семантическим представлениям графов и ) и формальными правилами анализа/синтеза целей (требования к методам анализа логической некорректности и неполноты СЦ, вырабатываемых ЛПР).

Таким образом, в работе установлена необходимость интеграции лингвистических и логических средств для формирования систем целей РХК, объясняемая, с одной стороны, невозможностью алгоритмизации целеполагания (вследствие его зависимости от систем ценностей, биопрограмм, интуиции, эмоций ЛПР и других трудно формализуемых факторов) и синтеза целей (вследствие его зависимости от внеязыковых средств), а с другой - небольшим числом базовых стратегий анализа/синтеза целей (порядка десяти) при значительном числе их комбинаций в применяемых ЛПР производных стратегиях, потенциально большими комбинационными возможностями естественного языка (ЕЯ), проявляющимися в формулировках целей, необходимостью итеративной обработки целей в процессах их анализа и синтеза, ЦП и ЦД. Все это делает необходимым семиотическое моделирование целей РХК. Дополнительными аргументами к его использованию явились динамичность и непредсказуемость спроса на рыбопродукцию и состояний сырьевой базы РХК (рис. 3, блоки 2, 3), обусловливающими ситуационное управление РХК.

Показано, что семиотическое моделирование целей заключается в применении графосемантических и логико-лингвистических моделей соответственно структур целей и рассуждений о целях для обеспечения логической корректности и полноты систем целей, вырабатываемых ЛПР.

На основе приведенных соображений разработана концептуальная модель формирования систем целей РХК (рис. 3, блок 8). Ее компоненты: ЛПР, исполнители решений, логико-лингвистические, графосемантические и математические модели, методы и средства, внешние и внутренние интерфейсы (рис. 5). Внешние интерфейсы: И₁₁ - ЛПР со средствами логико-лингвистического моделирования целей (на основе языка описания целей L); И₂₁ - ЛПР с формирователем систем целей (на основе представлений в виде семантических графов , , и языка L); И₂₃ - исполнителей решений с формирователем систем целей (на основе представлений , и ЕЯ-формулировок целей); И₃₁ - ЛПР со средствами выбора целей (входной язык соответствующего программного средства (ПС), например, Expert Choice); И₄₁ - ЛПР со средствами планирования ЦД (язык соответствующего ПС, например, Spider Project); И₄₃ - исполнителей решений со средствами планирования ЦД (выходной язык соответствующего программного средства).

Рис. 5. Концептуальная модель формирования системы целей РХК

Свойства, истинностные значения которых позволяют оценивать систему целей и процесс ее формирования на логической страте (рис. 3, блок 9) сведены в табл. 1.

Таблица 1 Свойства процессов и результатов решения логических задач формирования систем целей

Обозначение свойства	Наименование свойства
	Правильность выполнения i-го этапа формирования систем целей
	Логическая корректность результатов i-го этапа формирования систем целей
	Правильность выполнения N (N ?2) этапов формирования систем целей
	Логическая корректность результатов N (N ?2) этапов формирования систем целей РХК

Между данными свойствами имеют место следующие каузальные связи (неполной, или частичной, причины), обозначенные через «I>», причем считается, что указанные связи обладают свойства импликации:

 I> (2)

I> (3)

{( I>)}I>( I>). (4)

В качестве основного типа критериев оценивания соответствующих показателей (истинностных значений указанных свойств) использованы критерии пригодности. Так, критерий оценивания правильности процесса выполнения i-го этапа формирования системы целей формулируется следующим образом:

(5)

Критерий оценивания правильности выполнения N этапов процесса формирования систем целей РХК формулируется следующим образом:

(6)

При решении логических задач формирования системы целей РХК использован также критерий полноты соответствующих результатов (значения свойства полноты оцениваются с точностью до базовых знаний о целях систем класса РХК).

При решении математических задач формирования систем целей РХК используются показатели и критерии, принятые в системной методологии и теории принятия решений, конкретный набор которых устанавливается экспертным путем. В качестве основного показателя при оценивании структур целей может быть использована связность представляющих их графов, в качестве дополнительных - показатели регулярности графа, сложности дерева, а в качестве показателей эффективности формирования систем целей РХК - ресурсоемкость и оперативность.

Основываясь на концептуальной модели формирования систем целей и введенных показателях, изложено содержание этапов выработки решений по РХК (рис. 2), включая этапы формирование системы целей (рис. 3, блок 10).

Во второй главе изложены теоретические основы формирования логически корректных и полных систем целей РХК.

В результате анализа представлений о целях деятельности организационных систем производственной сферы, выработанных в философии, психологии, лингвистике и логике, и эмпирического материала целей РХК сформировано системное представление о целях и процессах их анализа и синтеза, позволившее конкретизировать применительно к РХК и дополнить новыми известные закономерности целеобразования, выбрать и обосновать категорийный, понятийный, реляционный базисы и синтаксическую структуру описания целей, а также тип моделей (аксиологические) для анализа систем целей, формируемых ЛПР. Таким образом установлены две группы закономерностей формирования систем целей РХК. Первую составили закономерности целеполагания и целедостижения, вторую - закономерности анализа, синтеза целей и согласования логически корректных и полных СЦ и ССЦ в системе целей.

Первая группа включает следующие закономерности целеполагания и целедостижения: 1) образования и формулирования целей; 2) контекста в формулировке цели; 3) единства целей в процессах ЦП и ЦД.

Закономерность образования и формулирования целей отражает процесс ЦП в РХК с учетом объективных и субъективных факторов (рис. 6).

Рис. 6. Структура процесса целеполагания в РХК

В отличие от объективных потребностей цели субъективны, зависят от многих взаимосвязанных, недостаточно изученных и потому сложных для анализа факторов: от систем ценностей, интуиции, эмоций, особенностей психики ЛПР, его опыта, знаний о предметной области и языке целей, от степени владения данным языком. Поэтому результаты целеполагания могут оказаться ложными по отношению к обусловившим их потребностям. С другой стороны, из-за сложности и неопределенности цели по-разному истолковываются специалистами, осуществляющими ЦП и ЦД. Поэтому (психологически) правильное целеобразование и (лингвистически) правильное формулирование целей, а также правильное их восприятие и корректность результатов данных процессов могут быть достигнуты путем разработки формализованных средств описания целей, обеспечивающих однозначную их интерпретацию при требуемой семантической мощности соответствующего языка.

Такие средства, в частности, должны обеспечивать различение типов целей РХК (к которым отнесены (рис. 7): тип 1 - цель функционирования («тиражируемый предмет»); тип 2 - цель развития, имеющий два подтипа: 2.1. «новый предмет»; 2.2. «модифицированный предмет») и классов целей РХК (производственные, экономические, управленческие, экологические, научно-технические и социальные).

Рис. 7. Основные типы целей рыбохозяйственных комплексов

Закономерность контекста в формулировке цели выражает связь ЦП и ЦД и конкретизирует действующий в ЕЯ закон семантического согласования результатов данных процессов. Закономерность проявляется в наличии в формулировках целей частей, играющих роль «ближайшего контекста» целей, повышающих степень правильности их интерпретации, анализа, синтеза и являющихся ссылками: на результаты действий, в которых будут использоваться намеченные целями будущие средства («цели-средства»), или на средства осуществления намеченных целями будущих результатов действий («цели-результаты»).

Закономерность единства целей в процессах ЦП и ЦД основывается на системном представлении о данных процессах, устанавливает их взаимообусловленность и общность целей как результатов ЦП и ЦД, что проиллюстрировано на рис. 8.

Рис. 8. Взаимообусловленность процессов и результатов ЦП и ЦД в РХК

Вторая группа закономерностей включает следующие закономерности анализа и синтеза целей: 1) базовых стратегий анализа целей; 2) правильности анализа целей; 3) полноты структур целей; 4) взаимообусловленности процессов анализа и синтеза целей; 5) совместимости СЦ и ССЦ как результатов анализа и синтеза целей в системе целей.

Закономерность базовых стратегий анализа целей основывается на системном представлении о целях и процессах их анализа, результатах анализа методов формирования структур типа «дерева целей», эмпирическом материале, полученном в процессе систематизации стратегий анализа целей в производственной сфере, а также на приведенных выше закономерностях ЦП и ЦД (рис. 9).

Рис. 9. Базовые стратегии анализа целей рыбохозяйственных комплексов

Закономерность «результат-средство» выражает каузальную связь цели, намечающей будущий результат действия, и цели, намечающей средство его осуществления (средство является частичной причиной осуществления результата).

Если после целеполагания не возникает проблемы средств достижения цели («цели-результата»), процесс анализа целей завершается. В противном случае необходимо осуществление указанных средств («целей-средств»): представляющий ценность будущий предмет как результат действия РХК I представляющий ценность будущий предмет как средство осуществления результата действия РХК.

В многоуровневых и многоцелевых РХК стратегия «результат-средство» является основной, отражает системность анализируемой цели и зависимость результатов деятельности данных систем от средств их осуществления. Данная закономерность устанавливает в СЦ семантику отношения подчинения целями подцелей, выражаемую именем «результат-средство».

В соответствии с данной закономерностью, будущие конечные результаты деятельности РХК, намечаемые целями РХК и определяемые целями их надсистем (и потребностями окружающей среды), рассматриваются как абсолютно ценные, а будущие средства, намечаемые для осуществления этих результатов, - как утилитарно ценные. Целям промежуточных уровней СЦ свойственна двойственность: в процессе их анализа намечаемые ими результат или средства оцениваются как абсолютно ценные, а в процессе целеполагания - как утилитарно ценные.

Если анализируемая цель сложна для установления средств ее достижения, то до применения стратегии «результат-средство» используются другие стратегии анализа целей (см. рис. 9). В СЦ базовые стратегии анализа целей сопоставлены с базовыми отношениями, при которых строгий порядок связанных целей i-го и (i+1)-го уровней графа целей формируется отношениями подчинения (R ^п), с которыми сопоставлены имена: «результат-средство» (I₁), «целое-часть» (I₂), «род-вид» (I₃), «система-аспект системы» (I₄), «ранг-субранг» (I₅), а частичный порядок вершин (i+1)-го уровня в данных кустах целей - отношениями R ^сп, им соответствуют имена «сопоставленность средств» (I₆), «сопоставленность частей» (I₇), «сопоставленность видов» (I₈), «сопоставленность аспектов» (I₉), «сопоставленность субрангов» (I₁₀). При этом на безальтернативных подцелях должны быть выполнены отношения R ^пл, которым соответствуют имена: «полнота средств» (I₁₁), «полнота частей» (I₁₂), «полнота видов» (I₁₃), «полнота аспектов» (I₁₄), «полнота субрангов» (I₁₅).

Закономерность правильности анализа целей отражает логические связи целей в СЦ, условиями существования которых являются отношения подчинения целей R ^п и сопоставленности соподчиненных подцелей R ^сп, и устанавливает признаки правильных рассуждений о целях как результатах такого анализа: определенность значений понятий, использованных в формулировках целей, смысла суждений о целях в соответствии с принципом исключенного третьего; последовательность рассуждений, определяемых импликативными связями исходных суждений о целях (анализируемые или уже выведенные и, значит, истинные цели) с заключительными суждениями о целях (точнее, подцелях), или следствиями, и требующих ненарушения этапности рассуждений (отсутствия в них прерывности и несвязуемости); доказательность рассуждений о целях, состоящую в обосновании подцелей, в частности, посредством выявления отношений подчинения R ^п (между целями и подцелями) и сопоставленности R ^сп (подцелей), определяемых знаниями о предметной области.

Закономерность полноты СЦ отражает полноту совокупности подцелей в каждом кусте соответствующего графа целей, определяемую отношениями полноты R ^пл, для которых в имеется соответствие в знаниях о предметной области.

Закономерность взаимообусловленности анализа и синтеза целей отражает необходимость использования стратегий синтеза для обеспечения правильности данного процесса, выражаемой импликативными связями «целей-средств» и «цели-результата» (частями/видами/аспектами/субрангами результата как целого/рода/ системы/ранга), обратных стратегиям анализа, условиями существования которых являются отношения обратного подчинения целей.

Закономерность совместимости СЦ и ССЦ как результатов анализа и синтеза целей в системе целей отражает семантическую согласованность целей конечных ССЦ и СЦ, что выражается в: покрытии множества вершин графа множеством вершин графа , соответствии порядка вершин указанных графов и совместимости целей фрагментов графа и соответствующих кустов графа .

В качестве основы принципов формирования и достижения систем целей использованы принципы системного анализа целей, логический аспект которых конкретизирован с помощью закономерностей формирования систем целей, к которым добавлены установки на автоматизацию данного процесса (принцип 3) и использование управляемости системы целей (принцип 4) и, как следствие, рыбохозяйственным комплексом как системы целедостижения (рис. 10).

В третьей главе приведены модели и средства описания целей, представления их структур, преобразования форм описания целей: лингвистическая логическая графосемантическая, - и методы логико-лингвистического моделирования и анализа целей и формирования систем целей РХК.

В качестве средства рассуждений о целях для формирования логически корректных и полных систем целей в соответствии с принципами ситуационного управления выбрана семиотическая система (логико-лингвистическая модель) класса SW1, построенная на основе идеи возможных миров и теории частично упорядоченных алгебраических систем (Г.С. Осипов). Реализация семиотической системы осуществлена с помощью аксиом логики утилитарных оценок (А.А. Ивин) и закономерностей формирования систем целей, что позволило оценивать утилитарную ценность «целей-средств» (намечающих средства реализации операции) по отношению к абсолютной ценности «цели-результата» (намечающей результат операции),

Для обоснованного выбора моделей целей рыбохозяйственных комплексов осуществлен анализ системного представления о целях организационных систем производственной сферы и существующих средств формализованного описания целей, а также эмпирического материала, сформированного в результате анализа целей РХК. Результаты анализа послужили обоснованию разработки средств описания целей с более развитыми синтаксисом, семантикой, прагматикой по сравнению с существующими формализованными языками описания целей. Кроме того, неоднородность частей формулировок целей и обусловливаемые ею логические связи вызвали необходимость лингвистического и логического описания цели.

Принципы системного анализа целей. Принципы формирования системы целей



Рис. 10. Соотношение принципов системного анализа целей и формирования системы целей

В качестве теоретических оснований лингвистической формы представления целей использованы концептуальные основания, такие как семантическое поле цели (Н.Д. Арутюнова) и категорийная триада «вещь (предмет)»-«свойство»-«отношение» (А.И. Уемов), а в качестве модельных - фреймовое представление цели (цель с ближайшим контекстом) и фенотипическая модель цели (собственно цель). Семантико-синтаксические основания предложения-цели (фреймовое представление цели) - синтаксические схемы описания цели в русском языке и универсальный семантический код, кодирующий функциональную семантику языковых знаков, выражающую универсальные роли компонентов действий (В. В. Мартынов). Семантико-синтаксические основания фразы предложения-цели (слот фрейма, описывающего собственно цель): базовые и производные (определенные свойствами установленных видов (фенотип)) предметы.

В качестве языка описания указанных моделей целей разработан двухуровневый язык L, реализуемый посредством КС-грамматик. На рис. 11 приведены основные составляющие словаря языка (базовые понятия, из которых по правилам КС-грамматики строятся термы-1 (<роль><базовый предмет>) и термы-2 (<вид свойства><базовое свойство>[[<базовое свойство>]…]), образующие производные понятия - фразы предложения-цели).

Язык описания фраз предложений-целей (в частности, целевых, т.е. собственно целей) задается следующим образом:

(7)

где - -я цепочка знаков, реализующая фразу предложения-цели с ролью ; - терминальный алфавит, где - множество базовых предметов ; - множество базовых свойств ; - множество ба-

зовых единиц измерения ; - множество базовых значений ; - множество ролей ; - множество видов свойств ; - множест-

во, включающее имена отношений согласования терма-1 и термов-2 во фразе ; - одноэлементное множество, включающее знак целевой модальности (ценностное отношение) G; - нетерминальный алфавит; ПФ - правильная фраза (аксиома грамматики), ПФ; - правила образования из терма-1 и термов-2; .

Рис. 11. Основные классы базовых понятий языка описания целей

Язык описания предложений-целей задается так:

(8)

где - алфавит, , - множество ролей ; - множество фраз , принадлежащих языку (7); - одноэлементное множество, включающее имя отношения строгого порядка между фразами предложения-цели; - множество, включающее имена отношений прагматико-семантической согласованности фраз предложения-цели; - нетерминальный алфавит, - правильное предложение (аксиома грамматики), ; - правила образования , .

Пример описания на языке L цели «создать автоматизированную линию АЛ-10 производительностью 50 бан./мин для консервирования рыбы».

Описание фраз предложения-цели на языке : - < S3 линия СХ1 автоматизированная; СФ консервирование; СИ АЛ-10; СЗ производительность бан./мин 50; СЗ стадия жизненного цикла . создание >, - < S2 рыба >, - < O0 рыба СХ2 консервированная > (составленных из термов-1: - S3 линия, - S2 рыба, - O0 рыба, - и термов-2: - СФ консервирование; - СХ автоматизированная; - СИ АЛ-10; - СЗ производительность бан./мин 50; - СЗ стадия жизненного цикла . создание). Описание данного предложения-цели на языке : << S3...><S2...>< O0...>>.

В итоге имеем следующее описание цели на языке L:

< < S3 линия СХ1 автоматизированная; СФ консервирование; СИ АЛ-10; СЗ производительность бан./мин 50; СЗ стадия жизненного цикла . создание > < S2 рыба > < O0 рыба СХ2 консервированная > >.

На рис. 12 приведена схема перехода от формулировки цели к ее L-описанию.

Рис. 12. Схема перехода от ЕЯ-формулировки цели РХК к описанию на языке L

Для представления систем целей РХК и оценивания результатов их выработки ЛПР с помощью показателей , и определены соответствующие графам и графосемантические модели СЦ и ССЦ: и .

Указанные модели заданы с помощью следующих семантических отношений: 1) семантического подчинения целью цели (обозначено через или ) как отношение , с элементами графика которого сопоставлены имена I_g I ^п (g=1(1)n_п, где n_п- число имен); 2) семантической сопоставленности целей и (обозначена через или ) как отношение , с элементами графика которого сопоставлены имена I_g I ^сп (g=1(1)n_сп, n_сп - число имен). Указанные отношения обладают свойствами соответственно строгого и нестрогого порядка.

В соответствии с отношением древесного порядка (Ю. И. Шрейдер) на множестве целей С графа , определен семантический древесный порядок, условиями выполнения которого являются: 1) семантическое подчинение целями целей , т.е. ; , С; 2) семантическая сопоставленность целей ,,…,, подчиненных цели (сравнимость по основанию анализа подчиняющей цели) т.е. из , ,…, следует ... …; 3) во множестве целей C, существует наименьший элемент , который семантически подчиняет элементы С (i0).

Семантический граф целей определен как конечный m-уровневый орграф , , на вершинах сС которого, сопоставленных с целями, описанными на языке L, задан семантический древесный порядок, с помощью которого обеспечивается сопоставленность дуг U_jU с семантическими отношениями подчинения .

В качестве условия вывода из целей, сопоставляемых с вершинами кустов графа , i-х подцелей (i=1(1)n, где n - число подцелей) определено отношение непосредственного семантического подчинения целей . С выводимостью целей связана логическая корректность графа по высоте

Условием вывода из первой подцели куста i-й подцели, i=2(1)l, определена семантическая сопоставленность первой и i-й подцели. С указанной выводимостью целей связана логическая корректность графа по ширине

В качестве условия вывода полных наборов подцелей в кустах графа из l сопоставленных подцелей определено n-арное семантическое отношение полноты , выражающее полноту n сопоставленных подцелей (n>l) в соответствии со стратегиями анализа цели куста . Обоснованием полноты служит соответствующий фрагмент знаний о предметной области. С выводимостью полных наборов i-х подцелей, i=1(1)n, связана полнота уровней графа , образуемых множествами из n подцелей соответствующих кустов .

Семантический граф целей , характеризующийся свойствами и , считается логически корректным. Логически корректный граф , характеризующийся свойством , считается полным (в указанном смысле).

В результате задания на вершинах C полного (в указанном смысле) графа целей отношения значимости и исключения из него наименее значимых в текущей ситуации вершин (целей), составляющих подмножество EX, EX={c_j}, EX C, инцидентных им дуг и тех ветвей графа , которые утратили с ним связи в результате данных действий, имеем уточненный семантический граф целей .

Семантический граф начальной ССЦ () является результатом преобразования графа , которое формирует обратный семантический древесный порядок на множестве целей где - одноэлементное множество, состоящее из вершины , связываемой с вершинами, которые в являются висячими. Уточнение графа целей в результате синтеза целей обеспечивает получение семантического графа целей .

...