Слои. 
Теория информационных процессов и систем

Второй вид многоуровневой структуризации предложен М. Месаровичем для организации процессов принятия решений. Для уменьшения неопределенности ситуации выделяются уровни сложности принимаемого решения — слои, т. е. определяется совокупность последовательно решаемых проблем. При этом выделение проблем осуществляется таким образом, чтобы решение вышележащей определяло бы ограничения (допустимую степень упрощения) при моделировании на нижележащем уровне, т. е. снижало бы неопределенность нижележащей проблемы, но без утраты замысла решения общей проблемы.

Многослойную иерархию можно проиллюстрировать (рис. 3.7): каждый слой представляет собой блок Di, принимающий решения и вырабатывающий ограничения Xj для нижележащего (i — 1)-го блока.

Рис. 3.7. Разделение системы на слои.

В качестве примера рассмотрим многослойную иерархию принятия решения по управлению каким-либо процессом. В ней можно выделить три основных аспекта проблемы принятия решения в условиях неопределенности, приведенные на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Пример применения иерархии типа «слои» .

Нижний слой, самый «близкий» к управляемому процессу, — слой выбора. Задача этого слоя — выбор способа действий т. Принимающий решения элемент (блок) получает данные (информацию) об управляемом процессе и, применяя алгоритм, полученный на верхних слоях, находит нужный способ действия, т. е. последовательность управляющих воздействий на управляемый процесс. Алгоритм может быть определен непосредственно как функциональное отображение D, дающее решение для любого набора начальных данных.

Для примера предположим, что заданы выходная функция Р и функция оценки G, а выбор действий {т} основан на применении оценки G к Р. Используя теоретико-множественные представления выходную функцию можно определить как отображение Р/М • U > Y, где М — множество альтернативных действий; Y — множество возможных результатов на выходе (или «выходов»); U — множество неопределенностей, адекватно отражающее отсутствие знаний о зависимости между действием т и выходом Y.

Аналогично функция оценки G есть отображение G/М? Y > V, где V — множество величин, которые могут быть связаны с характеристиками качества работы системы. Если множество U состоит из единственного элемента или является пустым, т. е. относительно результата на выходе для данного действия т нет неопределенности, выбор может основываться на оптимизации: найти такое т' в М, чтобы величина v' = G (т' Р (т')), была меньше, чем v = G (т, Р (т)) для любого другого действия т e М. Если U — более богатое множество, приходится предлагать некоторые другие процедуры для выбора способа решения. Возможно при этом придется ввести и некоторые другие отображения, помимо Р и G. Но в общем случае для того, чтобы определить задачу выбора па нервом слое, необходимо уточнить множество неопределенностей U, требуемые отношения Р, G и т. д. Это осуществляется на верхних слоях.

Вышележащий по отношению к рассматриваемому слою — слой обучения, или адаптации. Задача этого слоя — конкретизировать множество неопределенностей U, с которым имеет дело слой выбора. Множество неопределенностей U рассматривается здесь как множество, включающее в себя все незнание о поведении системы и отражающее все гипотезы о возможных источниках и типах таких неопределенностей. U может быть получено с помощью наблюдений и внешних источников информации. Назначение рассматриваемого слоя — сузить множество неопределенностей U и таким образом упростить модель слоя выбора. В случае стационарности системы и среды множество U может быть предельно сужено вплоть до одного элемента, что соответствует идеальному обучению. Однако в общем случае U может включать не только существующие, но и предполагаемые системой принятия решения неопределенности, и в случае необходимости U может быть полностью изменено, расширено, в том числе за счет изменения ранее принятой базисной гипотезы.

Третий, в данном случае верхний, — слой самоорганизации. На этом слое выбираются структура, функции и стратегии, используемые на нижележащих слоях, таким образом, чтобы по возможности приблизиться к отображению цели, которая обычно задается в форме вербального описания. Если цель не достигается, могут быть изменены функции Р и G на первом слое или стратегия обучения на втором.

Многослойные системы принятия решений полезно формировать для решения задач планирования и управления промышленными предприятиями, отраслями, народным хозяйством в целом. При постановке и решении таких проблем нельзя раз и навсегда определить цели, выбрать конкретные действия, поскольку экономические и технологические условия производства непрерывно изменяются. Все это можно отразить в многослойной модели принятия решений.

Примером приложения идеи выделения слоев могут служить многоуровневые экономико-математические модели планирования и управления отраслями, народным хозяйством, разрабатываемые в нашей стране в 1970—1980;х гг., а позднее — и промышленными предприятиями.

Для реализации таких моделей нужны соответствующие информационные системы.

Эшелоны

Понятие многоэшелонной иерархической структуры вводится следующим образом: система представляется в виде относительно независимых, взаимодействующих между собой подсистем, при этом некоторые (или все) подсистемы имеют нрава принятия решений, а иерархическое расположение подсистем (многоэшелонная структура) определяется тем, что некоторые из них находятся под влиянием или управляются вышестоящими. Структурные представления такого типа условно иллюстрируются на рис. 3.3, д. Уровень такой иерархии называют эшелоном.

Основной отличительной особенностью многоэшелонной структуры является предоставление подсистемам всех уровней определенной свободы в выборе их собственных решений; причем эти решения могут быть (но не обязательно) не теми решениями, которые бы выбрал вышестоящий уровень. Предоставление свободы действий в принятии решений компонентам всех эшелонов иерархической структуры повышает эффективность ее функционирования. Подсистемам предоставляется определенная свобода и в выборе целей. Поэтому многоэшелонные структуры называют также многоцелевыми.

В таких системах могут быть использованы разные способы принятия решений. Естественно, что при предоставлении прав самостоятельности в принятии решений подсистемы могут формировать противоречащие друг другу («конфликтные») цели и решения, что затрудняет управление, но является в то же время одним из условий повышения эффективности функционирования системы. Разрешение конфликтов достигается путем вмешательства вышестоящего эшелона. Управляющие воздействия для разрешения этих противоречий со стороны вышестоящих уровней иерархии могут быть разной силы.

Для того чтобы обратить на это внимание, в теории М. Месаровича разделены понятия собственно «управления» и «координации» . При этом последняя может иметь разную силу воздействия («вмешательства») и осуществляется в разной форме. В связи с этим теорию многоуровневых систем иногда называют теорией координации. В этой теории рекомендуется, чтобы в процессе принятия решений подсистемы не всегда стремились бы отстаивать свои интересы, доводя дело до конфликтных ситуаций, а вступали бы в коалиции.

В зависимости от принятых принципов (конфликты, или коалиции), силы и форм вмешательства вышестоящих эшелонов в дела нижележащих процесс принятия решения может происходить по-разному, т. е. по-разному может быть организована система управления принятием решений, поэтому многоэшелонные, многоцелевые иерархические структуры называют также организационной иерархией.

Отношения, подобные принятым в эшелонированных структурах, реализуются в практике управления в форме так называемых холдинговых структур, или холдингов. Правила взаимоотношений между фирмами, банками, торговыми домами и другими организациями, входящими в холдинг, оговариваются в соответствующих договорах и других нормативно-правовых и нормативно-технических документах.