Керування рішенням у SEBoK

Продовжуючи переклад SEBoK для курсу Системного аналізу для магістрантів, зробив переклад ще одного розділу SEBoK - Управління рішеннями (в оригіналі - Decision Management). Цей розділ включає більше практичних прикладів і більш наближений до реальності, ніж опис методів і принципів системного аналізу.

Глава описує порядок прийняття рішень на основі багатофакторного аналізу і пропагує цілеорієнтоване мислення (Value-Focused Thinking).

Системна інженерія (системотехніка) включає багато складних рішень, що включають безліч стейкхолдерів, складні конкуруючі цілі, велику частку невизначеності, і значні наслідки.

У такій ситуації, гарне прийняття рішень вимагає формалізованого процесу управління рішеннями. Мета процесу управління рішеннями (ISO/IEC 15288:2008):

«... забезпечити структуровану, аналітичну основу для ідентифікації, опису та оцінки набору альтернативних варіантів вирішення в будь-якій точці життєвого циклу та вибору найбільш вигідного напрямку діяльності».

Ситуації, що потребують прийняття рішення (можливості) як правило зустрічаються протягом усього життєвого циклу системи. Метод керування рішеннями найбільш часто використовується системними інженерами при Оцінці альтернатив. Дослідження альтернатив спрямоване на визначення, вимірювання та оцінку вимог зацікавлених сторін для полегшення особі, яка приймає рішення, пошуку варіанту, що представляє найкращий баланс між конкуруючими цілями.

За допомогою техніки декомпозиції розглянутих рішень на логічні частини і подальшого синтезу цих частин назад в єдине ціле, процес управління рішеннями дозволяє ЛПР працювати на зрозумілому для людини рівні, одночасно уникаючи зайвого спрощення проблеми.

Крім того, декомпозуючи загальну проблему, експерти можуть отримати можливість проводити оцінку альтернативних варіантів в рамках своєї предметної області.

Процес Керування рішеннями

Процес аналізу рішень зображено на малюнку 1 нижче. Процес Управління рішеннями ґрунтується на декількох «кращих практиках», що включають:

• Використання математичних методів аналізу рішень для дослідження альтернатив. Parnell (2009).
• Розробку однієї основної моделі рішення (майстер-модель), з подальшим її уточненням, оновленням і використанням як це потрібно для оцінки альтернатив протягом усього життєвого циклу.
• Використання Цілеорієнтованого мислення (Value-Focused Thinking, VFT) для отримання найкращих альтернатив.
• Ідентифікацію невизначеностей і оцінка ризиків для кожного рішення.

Малюнок 1. Процес Керування рішеннями (INCOSE DAWG 2013)

У центрі діаграми зображені п'ять областей (за годинниковою стрілкою): продуктивність, потенціал зростання (масштабованість), план-графік, витрати на розробку і поставки і витрати на обслуговування. Десять синіх стрілок представляють завдання процесу прийняття рішень, а білий текст на зеленому тлі представляє елементи процесу Інженерії систем. Взаємодія показана маленькими пунктирними зеленими або блакитними стрілками.

Процес аналізу рішень повторюється. Для демонстрації кожної зі стадій в наступних розділах описується проблема створення БПЛА (прим.перевод.: в даному розділі не будуть розглядатися вимоги і цілі створення БПЛА, тільки безпосередньо процес порівняння, тому наприклад розподіл вагів показників може виглядати необґрунтованим).

Обмеження та адаптація рішень (контекст вирішення)

Для впевненості, що команда повністю розуміє контекст рішення, аналітик повинен описати базові показники, межі та інтерфейси системи. Контекст рішення включає: опис системи, етап життєвого циклу, етапи рішення, список осіб, які приймають рішення, і стейкхолдерів, доступні ресурси. Найкраще визначити постановку завдання прийняття рішення з точки зору життєвого циклу системи.

Розробка вимог і показників

Визначимо, наскільки складно приймати важливі рішення. Ральф Кіні (2002 року, професор MIT):

"Найбільш важливі рішення переслідують множинні цілі, і зазвичай з багатоцільовими рішеннями ви не можете досягти їх всі. Ви будете змушені погодитися з меншим виконанням одних вимог, щоб більше виконати інші. Але на скільки менше ви погодитеся, для досягнення на скільки більшого? "

По-перше, необхідно визначити вимоги і показники, використовуючи, наприклад, інтерв'ю та фокус-групи з експертами предметної області («експерт») і стейкхолдерами. При оцінці альтернатив у системній інженерії, цінності стейкхолдерів часто включають конкуруючі вимоги в частині експлуатаційних характеристик, графіка розробки, собівартості, вартості підтримки та перспектив розвитку. У корпораціях, вимоги кожного акціонера також повинні бути включені в цей список.

У частині експлуатаційних характеристик, функціональна декомпозиція допоможе отримати докладний набір потенційних цілей. Цей список основних цілей необхідно перевірити, що кожна мета дійсно важлива і контрольована (керована), і що весь набір повний, не надлишковий, лаконічний, конкретний і зрозумілий (Edwards et al. 2007). На малюнку 2 представлено приклад ієрархії цілей.

Малюнок 2. Ієрархія основних вимог (INCOSE DAWG 2013).

Для кожної вимоги мають бути визначені показники, для визначення цінності кожного варіанту з точки зору даної вимоги. Показник (властивість, критерій оцінки і метрика) повинен бути недвозначним, вичерпним, постійний, діючий і зрозумілий (Keeney & Gregory 2005).

Визначальна особливість багатофакторного (багатоцільового) аналізу рішень - перехід з простору показників у простір значень. Перехід виконується за допомогою оціночної функції (value function, прим. переклад.: у нашій літературі зустрічається термін «функція бажаності»), яка поєднує шкалу вимірювань з діапазоном оцінки.

При створенні оціночної функції «точка відмови» (walk-away point) на шкалі показника (вісь x) повинна бути встановлена в 0 на шкалі оцінки (вісь y). «Точка відмови» це такий результат вимірювання, при якому не залежно від інших результатів, ЛПР відмовиться від даного рішення. Також визначається оцінка вимірювань до тієї точки, коли альтернативні варіанти перестають додавати цінність, яка відзначається як «досяжна мета» (stretch goal, ідеал). Після цього розмічається відрізок до 100 балів (або 1, 10) на шкалі оцінки (вісь y).

На зображенні 3 зображені найпоширеніші криві. Обґрунтування форми оціночної функції має бути задокументовано для відстеження та захисту.

Малюнок 3. Приклади оціночної функції (INCOSE DAWG 2013)

Малюнок 3. Приклади оціночної функції (INCOSE DAWG 2013).

Математика багатокритеріального аналізу рішень вимагає, щоб ваги залежали від важливості метрики і її діапазону (від «точки відмови» до ідеального значення). Корисний інструмент визначення пріоритету терезів - матриця коливань терезів (swing weight matrix). Для кожного показника враховується його важливість шляхом визначення, чи відповідає він заявленим, критичним або можливим функціям, враховуючи

розрив між наявною реалізацією і необхідною; у підсумку, назва заходу встановлюється у відповідній комірці матриці (малюнок 4).

Найбільш пріоритетні метрики розміщуються в лівому-верхньому куті і мають ненормовану вагу 100. Ненормована вага вбиває до правого нижнього кута матриці. Коливання ваги оцінюється шляхом порівняння його з найбільш важливим значенням вимірювання або іншим заходом. Вага нормалізується в сумі до одиниці для всієї моделі, що використовується в наступних розділах:

Нормалізація виконується за формулою:

Де:

• w_i - вага показника (нормалізована);
• f_i - ненормалізована вага показника.

Малюнок 4. Матриця коливання терезів (INCOSE DAWG 2013)

Створення альтернатив

Щоб допомогти створити творчий і вичерпний набір альтернативних варіантів, що охоплює весь простір рішень, розглянемо розробку таблиці створення альтернатив (також відома, як «морфологічна скринька»). Це найкращий метод для встановлення смислової структури продукту для системи і для використання в презентації рішення (малюнок 5).

Малюнок 5. Опис альтернатив (INCOSE DAWG 2013).

Оцінка альтернатив за допомогою детермінованого (факторного) аналізу

Коли цілі та метрики встановлені та альтернативи визначені, команда вирішення проблеми повинна найняти предметних експертів, які володіють реальними даними, результатами випробувань, моделями та експертними знаннями. Оцінки краще фіксувати в оціночних аркушах по кожній комбінації альтернатива-метрика, де описується джерело оцінки і основна причина (пояснення). На малюнку 6 зображено зведення оцінок.

Малюнок 6. Вимірювання альтернатив (INCOSE DAWG 2013)

На додаток до знайдених альтернативів, матриця оцінки включає рядок для ідеального вирішення. Ідеал - це інструмент цілеспрямованого мислення, який буде розглянуто пізніше.

Синтез результатів

Далі можна перетворити вимірювання на таблицю оцінок, використовуючи оціночну функцію, розроблену раніше. Колірна схема може бути корисною для візуалізації значень компромісів між різними варіантами та визначення, в яких випадках варіанти потребують розвитку (малюнок 7).

Малюнок 7. Значення показників з карти кольорів (INCOSE DAWG 2013)

Підсумкова оцінка кожної альтернативи розраховується за такою формулою:

Де:

• V (x) - оцінка альтернативного варіанту;
• i = 1 до n - кількість метрик (критеріїв);
• xi - значення альтернативи за ним критерієм;
• vi (xi) - значення оцінки xi (однакова оцінка).
• wi - вага i - го критерію.
• Сума всіх wi дорівнює 1: .

Діаграма значень за компонентами (малюнок 8) демонструє загальну оцінку і внесок кожної зваженої оцінки в неї за кожним варіантом.

Малюнок 8. Діаграма значень за компонентами (INCOSE DAWG 2013)

У центрі процесу управління рішеннями системної інженерії аналіз альтернатив можливість оцінки всіх запитів (цінностей) стейкхолдерів. Діаграма розкиду цінностей стейкхолдерів на малюнку 9 демонструє 5 вимірювань для кожної альтернативи:

• Собівартість;
• Функціональність;
• Ризик реалізації;
• Перспективи розвитку;
• Операційні витрати і витрати на супровід.

Малюнок 9. Приклад діаграми розкиду цінностей стейкхолдерів (INCOSE DAWG 2013).

Кожна альтернативна система представляється маркером на діаграмі розкиду (малюнок 9):

• Собівартість і функціональність відкладаються по осях X і Y.
• Ризик реалізації показується кольором маркера (зелений = низький, жовтий = середній, червоний = високий).
• Перспективи розвитку відображаються як кількість капелюхів над відповідним маркером (1 «капелюх» = низькі, 2 = середні, 3 = високі).

Виявлення невизначеності та проведення ймовірнісного аналізу

В рамках проведення оцінки, експерти повинні обговорити можливу невизначеність незалежних змінних. Незалежні змінні - це змінні, які впливають на один або кілька балів оцінки; такі оцінки називаються незалежними. Часто експерти можуть оцінити високу, прийнятну і низьку межі припускаючи низьку, середню або високу функціональність. Метод Монте-Карло, використовуючи ці дані, узагальнює вплив невизначеності і допомагає визначити випадкові величини, що найбільше впливають на рішення.

Визначення впливу випадкових величин - аналіз ризиків і чутливості

В аналізі рішень використовується багато форм аналіз чутливості, включаючи лінійні, «торнадо», «водоспад» (прим. переклад.: часто використовується назва «міст») діаграми і кілька методів аналізу невизначеності, включаючи Метод Монте-Карло, дерево рішень, діаграми впливу.

Лінійні діаграми використовуються для демонстрації чутливості до зміни вагових коефіцієнтів. На малюнку 10 зображені результати застосування Методу Монте-Карло для аналізу оцінок функціональності.

Малюнок 10. Невизначеність за функціональністю на основі методу Монте-Карло (INCOSE DAWG 2013).

Розвиток альтернатив

Отримані дані для аналізу альтернатив швидше за все відкриють можливості для модифікації деяких рішень, заявити про раніше невідомі значення, і/або знизити ризик. Використання початкових висновків для створення нових альтернатив починає процес переходу прийняття рішень від «Варіанто-орієнтованого мислення» до «Цілеорієнтованого мислення».

Обговорення компромісів

Це точка процесу, в якій команда аналізу рішень визначає ключові результати дослідження компромісів і найбільш важливі невизначеності і ризики.

Подання рекомендацій та здійснення плану заходів

Часто буває корисно описати рекомендації у вигляді чітко сформульованого, конкретного списку завдань, щоб збільшити ймовірність реалізації рішення. Звіти важливі для відстеження історії та прийняття рішень у майбутньому.

Витратьте час і зусилля, щоб створити всебічний, високоякісний звіт з докладним описом результатів дослідження та їх обґрунтуванням. Врахуйте можливість розширити статичні сторінки паперового звіту динамічними посиланнями в електронній формі.