Текст реферата: страница 2
простое не подходит”.
Следующим этапом после построения экспериментальной модели является накопление данных. В ходе лабораторных занятий можно приобрести необходимую для этого практику. Нужно научиться выполнять эту работу быстро и без больших затрат. Напомним, что при решении задач всегда имеют место ограничения, обусловливаемые такими факторами, как время, деньги, оборудование и т. д.
Вычисления. 1.2.
После применения теории и записи уравнений задача сводится к нахождению числовых результатов. Если это можно сделать аналитическими методами — прекрасно. Решайте задачу таким способом. Однако, когда это невозможно (а это при решении новых задач случается весьма часто), все равно нужно получить числовой результат за приемлемое время и при допустимых затратах. В таких случаях очень удобны графические методы. Распространенные в настоящее время вычислительные машины делают численный анализ вполне обычной операцией. Современные инженеры должны разрабатывать аппаратуру, позволяющую получать числовые результаты. Если мощные математические методы не позволяют получить результат (иногда это бывает), то все равно нужно продолжать поиск. Имейте в виду, что при инженерном анализе необходимо получить числовой результат любым способом.
Наконец, в случае экспериментальной модели на данном этапе необходимо проанализировать полученный результат. Для этого часто требуется выполнить статистический анализ или анализ размерности,
Проверки 1.3.
Проверки нужно проводить на каждом этапе, а не только в конце работы. Обычно выполняются проверки двух видов: математические проверки и проверки, которые мы производим, исходя из физического смысла. Некоторые математические проверки, например арифметическая проверка, проверка правильности записи формул и т. д., общеизвестны, и обычно каждый из вас выполняет их. Проверка размерности по своему характеру также является математической, однако, большинство студентов применяют ее далеко не в полной мере. Каждое уравнение должно быть правильным с точки зрения размерности. Кроме того, должны удовлетворяться граничные условия. Проверка их является хорошим способом обнаружения, как принципиальных ошибок, так и ошибок, допущенных по невнимательности.
Проверка модели или выражения, исходя из физического смысла, очень важна, но она также очень редко используется студентами. Верны ли полученные уравнения? Если одна величина возрастает то, ведут ли себя остальные величины так, как это ожидалось? Очень хорошей проверкой, основывающейся на физическом смысле, является проверка пределов. Если какая-либо величина приближается к некоторому пределу (нулю, бесконечности или некоторой другой величине), то ведет ли себя уравнение так, как это ожидалось? Существуют ли другие существенные величины, которые не входят в уравнение? Все ли существенные факторы рассмотрены? Наконец, имеют ли вообще смысл полученные числовые результаты? Был, например, случай, когда один студент заявил, что игрушечная ракета может подняться на высоту 2200 м!
Проверки играют важную роль. Они позволяют сэкономить много времени и денег, а также избежать затруднений в процессе работы. В одной фирме среди инженеров ходит поговорка: “Никогда не хватает времени сделать правильно сразу, но всегда есть время для переделок”. Оставляйте всегда немного времени для проверок. Всегда дешевле сразу же сделать правильно, чем потом переделывать заново.
По этому поводу следует высказать еде одно замечание. Бумага стоит дешево. Ошибки же обходятся дорого. Расходуйте побольше бумаги, пишите только на одной стороне листа. Будьте аккуратны.
Оценка и обобщение. При изучении технических дисциплин такие этапы, как формулировка задачи и построение модели, рассматриваются редко. Совершенно правильно, что при изучении этих предметов все внимание концентрируют на применении физических принципов и выполнении вычислений. За этапом вычислений следуют еще два этапа, которые также редко рассматривают при изучении технических дисциплин, это оценка и обобщение. Теперь, когда нами получен некоторый числовой результат, его нужно оценить. Кроме того, нужно установить, можно ли сделать обобщения, которые дадут нечто большее, чем просто решение конкретной задачи. Это важные этапы, и если их не выолнить, то может оказаться, что решение задачи было получено напрасно. В примерах, которые приводятся в этой и последующих главах, подробно рассматриваются оценка в обобщение результатов.
Оптимизация. 1.4.
Оценка результатов может предусматривать оптимизацию либо оптимизация может быть составной частью анализа вычислений. В следующей главе оптимизация рассматривается более подробно. Как и проверка, оптимизация пронизывает весь процесс разработки, инженерного анализа и принятия решений.
Инженерный анализ был представлен здесь в виде последовательности этапов. В действительности же такая картина встречается довольно редко. Имеет место непрерывный итеративный процесс. Планы могут изменяться. Может потребоваться многократное решение одной и той же задачи, прежде чем будет получен удовлетворительный результат. Отметим еще раз, что на процесс решения задачи налагаются ограничения, обусловленные такими факторами, как время, деньги, оборудование и квалификация специалистов. Вообще говоря, предметом этой книги и является оптимизация процесса решения задачи при этих ограничениях, которую осуществляют с целью получения результата с требуемой точностью. Нельзя получить “правильного” решения задачи, если не ясна цель и не известны ограничения. Чтобы хорошо решать задачи, нужна практика.
Представление и выдача результатов и рекомендаций. Когда результаты получены, работа еще не закончена. Полученные результаты нужно сообщить другим лицам. Часто бывает необходимо составить рекомендации. Их также нужно сообщить другим лицам. Выдача этой информации - еще один процесс, который необходимо оптимизировать. Чтобы повысить его эффективность, нужно исходить из конкретных условий (ограничений), а также принимать во внимание характер информации, которая должна быть выдана. При изложении результатов важную роль играют грамматика и правописание. Грамматические ошибки и неграмотное построение речи приводят к тому, что читатель или слушатель теряет доверие к автору письменного или устного сообщения. Кроме того, грамотная и ясная речь значительно повышает вес высказываемых идей. И это сказано не ради красного словца! Точно так же, как идею нельзя считать творческой, пока она не претворена в жизнь, так и от рекомендаций мало проку, пока они не приняты. Для успешной работы инженеру крайне необходимо умело подавать информацию о полученных результатах.
Часто бывает необходимо составить подробный отчет на сотню страниц, который хранится на тот случай, если когда-либо кто-либо пожелает заново пересмотреть разработанную конструкцию или найти иное применение уже выполненной работе. Однако информация, передаваемая в качестве основы для принятия решений, обычно должна быть более краткой. (Однажды автор выполнял работу для руководителя, который настаивал на том, чтобы отчет не превышал одной страницы. Этот руководитель отказывался читать отчет даже на двух страницах. Он требовал, чтобы инженеры сообщали ему только существо полученных ими результатов и выработанных рекомендаций. Если его интересовали детали, он задавал вопросы. Другой предприниматель вообще не принимал отчетов в письменном виде. Он требовал краткого устного изложения сделанных рекомендаций. После этого он выслушивал объяснения инженера по поводу каждого высказываемого им возражения.)
Итак, вопрос сводится к следующему. Инженер должен уметь излагать существо полученных им результатов и выработанных рекомендаций в такой форме, чтобы читающий или слушающий мог быстро и легко понять его. Составлять и писать такие короткие отчеты очень трудно — значительно труднее, чем излагать все подряд.
Первым этапом инженерного анализа является уяснение задачи, а последним - выдача информации о полученном решении. Оба эти этапа, так же как и один из промежуточных, связанный с применением физических принципов, являются инженерными по своему характеру.
2. Принятие решений.
Инженерное проектирование рассматривается состоящим из трех совершенно различных процессов интеллектуальной деятельности: изобретательства, инженерного анализа и принятия решений. В настоящей главе мы кратко познакомимся с третьим из них - процессом принятия решений.
Само по себе принятие решения есть компромисс. Принимая решения, необходимо взвешивать суждения о ценности, что включает рассмотрение экономических факторов, технической целесообразности и научной необходимости, а также учитывать социальные и чисто человеческие факторы. Принять “правильное” решение — значит выбрать такую альтернативу из числа возможных, в которой с учетом всех этих разнообразных факторов будет оптимизирована общая ценность.
Часто бывает необходимо несколько поступиться одной из характеристик (например, надежностью), с тем чтобы получить выигрыш в другой (например, в затратах). Задачей лица, принимающего решения, является отыскание альтернатив, представляющих собой оптимальный компромисс при учете всех рассматриваемых факторов.
В некоторых случаях оптимальный компромисс можно найти, обращаясь к научным методам принятия решений, т. е. используя математические методы оптимизации, теорию вероятностей, математическую статистику или теорию полезности. В других случаях принятие решений является исключительно сложным вопросом, который носит субъективный характер и предполагает учет неколичественных человеческих факторов и суждений о ценности. Однако наиболее часто при принятии решений производится учет как количественных, так и качественных факторов, которые должны рассматриваться одновременно. В последующих главах особое внимание будет уделено количественным методам принятия решений: теории оптимизации, теории вероятностей, математической статистике, теории полезности, однако в данной главе будет рассматриваться более общий процесс принятия решений. В частности, цель этой главы состоит в том, чтобы показать, что в настоящее время принятие решений является одновременно и искусством и наукой, и дать общее представление о процессе принятия решений.
Некоторые утверждают, что принятие решений по существу является искусством. Это убеждение прочно укоренилось в сознании многих людей, занятых в сфере административного и государственного управления, в торговле и даже в области инженерного проектирования. Однако появление вычислительной техники и успехи, достигнутые в разработке научных методов принятия решений, привели к изменению этих взглядов. Ранее считалось, что принятие решений носит полностью качественный характер и является субъективным делом. В настоящее время в этой области интенсивно внедряются количественные методы (сказанное особенно справедливо в отношении принятия решений в военном деле. Разумеется, существует опасность переоценки этой тенденции. Однако в любом случае очевидно, что принятие решений основывается и на искусстве, т. е. носит качественный характер, и на количественных научных методах.)
2.1. Характеристики процесса принятия решений
Принятие решений является своего рода решением задачи. Каковы же существенные черты процесса принятия решений? Ситуацию, в которой происходит принятие решений, характеризуют следующие основные черты:
1. Наличие цели. Необходимость принятия решений диктуется наличием некоторой цели, которую необходимо достичь: например, выполнить задание, выбрать материал, назначить свидание девушке, выполнить новую работу и т. д. Если же цель не поставлена, то и не возникает необходимости принимать какое-либо решение.
2. Наличие альтернативных линий поседения. Решения принимаются в условиях, когда существует более одного способа достижения цели. Очевидно, что если существует лишь одна линия поведения, то выбора нет, и решения принимать не требуется. С различными альтернативами могут быть связаны различные затраты и различные вероятности успеха. Эти затраты и вероятности не всегда могут быть известны. Именно по этим причинам принятие решений часто сопряжено с неясностью и неопределенностью.
3. Учет существенных факторов. Решения принимаются в условиях действия большого числа факторов, которые, однако, различны для различных альтернатив. Это факторы экономического, технического, социального, личного и иного характера.
Итак, задача принятия решений возникает в том и только в том случае, когда существует цель, которую нужно достичь, когда возможны различные способы ее достижения и когда имеется большое число факторов, определяющих ценость различных альтернатив или вероятность успеха каждой из них. Теперь рассмотрим более подробно каждую из этих трех характеристик в отдельности применительно к принятию решений при инженерном проектировании.
2.2. Цель решений, принимаемых при инженерном проектировании
Внимательное рассмотрение процесса принятия решений с целью его лучшего уяснения приводит к необходимости четкого определения целей и задач. Декан Дартмусского колледжа М. Трайбус удачно описал проектирование технических систем как задачу оптимизации некоторой “функции платежа”, функцией платежа может быть какой-либо один параметр (например, затраты или вес), либо это может быть взвешенная комбинация двух или большего числа параметров. По существу функция платежа является целью, и поэтому, прежде чем можно будет обоснованно принять окончательное решение, ее необходимо четко определить. Как мы увидим далее, если функции платежа или цели можно дать простое количественное определение, то оказывается, возможным применение научных методов принятия решений. Однако нередко цели или, во всяком случае, непосредственно связанные с ними факторы являются как количественными (объективными), так и качественными (субъективными). В этих случаях для применения научных методов принятия решений нужны зрелость суждений и дальновидность, а также аналитическое и математическое мастерство.
Некоторые из обычных целей принятия решений при инженерном проектировании перечислены ниже, однако, этот список нельзя считать исчерпывающим. Следует также помнить, что иногда для достижения поставленной цели требуется установить баланс между двумя или большим числом рассматриваемых факторов, причем в определенных ситуациях некоторые из них будут входить в задачу как ограничения, а не как компоненты поставленной цели. Это означает, что в таком утверждении, как “вес не должен превышать 20 кг”, низкий вес может рассматриваться как цель, а не как ограничение. Более подробно ограничения рассматриваются далее в этой главе. Некоторыми целями при инженерном проектировании являются следующие: начальные затраты, стоимость эксплуатации или обслуживания в течение определенного периода времени, надежность, вес, рабочие характеристики, к. п. д., внешний вид, безопасность, прибыль в течение определенного периода времени и т. д.
2.3. Альтернативы в инженерных решениях
Лица, принимающие решения, часто (к сожалению) не осознают важности составления списка альтернатив. Совершенно очевидно, что в конечном счете может быть выбрана не самая лучшая альтернатива из числа рассматриваемых. В этом смысле качество выбора ограничено качеством альтернатив. Исчерпывающий список имеющихся альтернатив оказывает большую помощь при принятии решений. Принятие решений есть выбор одной из альтернатив, и составление их списка является неотъемлемой частью это процесса. В некотором смысле составление списка альтернатив совершенно аналогично определению задачи при инженерном анализе. Когда альтернативы неопределенны, список их неполон или даже непродуман, принять решение невозможно. Однако когда альтернативы четко перечислены, задача больше не является неосязаемой. Теперь мы уже имеем совершенно конкретную задачу выбора одной из перечисленных альтернатив.
Составление списка альтернатив перед принятием решений в основном является творческим этапом. Здесь с успехом можно применять многие методы получения новых полезных идей, рассмотренные в гл. 1.
Имеется одна альтернатива, которая почти всегда, во всяком случае в самом начале, присутствует в любом списке. Это альтернатива - не принимать решения вообще. Иногда (и только иногда) оптимальным компромиссом будет отложить принятие решения, чтобы иметь больше времени для накопления новых фактов. Если же цель должна быть достигнута немедленно, то, разумеется, обычно нельзя откладывать принятия решений на неопределенно долгий срок.
2.4. Факторы, рассматриваемые при принятии
