О критериях оптимальности сложных систем

Всеволод Новопашин
            
Существует известное определение : "Критерий оптимальности — характерный показатель решения задачи, по значению которого оценивается оптимальность найденного решения, то есть максимальное удовлетворение поставленным требованиям. В одной задаче может быть установлено несколько критериев оптимальности".

   Мы не будем оптимальность толковать через оптимальность, поэтому мы определим критерий оптимальности по-другому. Мы будем говорить о сложном объекте или же сложной системе. И критерием оптимальности мы будем называть метод соответствия качественных и количественных характеристик объекта, или же системы, определенным, заранее выбранным нами количественным показателям, условиям, ограничениям, определяющих данный критерий количественной оценки поведения данного объекта или системы. Выбор критериев может быть самым различным.

   Какая девушка в конкурсе красоты считается наилучшей? Которая обаятельна, умна, красива, элегантна, очаровательна ( и другие эпитеты ), и всё это в каком соотношении?
В конце концов, на основе неких критериев, требований и пожеланий находится "лучшая" девушка, "the best". Само собой разумеется, выбор субъектов - жюри не может быть объективным, отправленные СМС вряд ли учитываются в реальном времени, а нам хотелось бы выбрать лучшую девушку, или же найти лучшее решение.

   Однако беда заключается не только и не столько в том, что несправедливо продвигают "вверх", а основная беда в том, что несправедливо подавляют, унижают, убеждают в своей неполноценности и толкают людей "вниз"! Здесь уже - явление массового подавления людей, в чём и заключается суть конкурсов красоты.

   Какой танк является наилучшим? Если увеличивать броню, то увеличивается вес, уменьшается маневренность танка. Перед второй мировой войной А. Гитлер поручил разработать универсальный танк, способный выполнять любые задачи на поле боя. Такой танк создали, танк назывался "Мышонок". Однако вес у этого танка был такой, что он не смог бы проехать ни по какому российскому мосту.

    При решении задачи выбора критерия оптимизации для различных видов вооружения приходится решать не такие задачи, как "максимальная скорость при минимальной стоимости", а брать в учёт множество параметров и ограничений и затем оптимизировать уже выбранную функциональную зависимость при заданных ограничениях.

    Сложная система может иметь подсистемы, или же свои структурные подразделения, которые могут иметь свои естественные или даже общепринятые критерии оптимальности, в том числе и противоречащие критериям общей сложной системы.

   Например, интересы рабочего могут не совпадать с интересами бригады, а интересы бригады могут противоречить интересам цеха. Интересы цеха могут не совпадать с интересами завода. В свою очередь, интересы завода могут совершенно не совпадать с интересами комбината. А интересы комбината могут , соответственно, не совпадать с интересами государства.

    Как формируются интересы структурных подразделений? Чаще всего, по обратным принципам оптимальности, в результате которых количество переходит в качество. Например, если водителю авто платить зарплату в зависимости от количества истраченного бензина, и не дать ему возможность перепродавать свой бензин, то у него будет мощный стимул просто девать или сливать куда-то свой бензин. Если же водителю платить за тонно-километры, то он будет "правдами и неправдами" отказываться от важных рейсов, не связанных с перевозками тяжелых грузов. В газетах приводили такой пример, когда в одном из американских магазинов охранникам стали платить зарплату в зависимости от количества раскрытых краж и обнаружения недобросовестности покупателей. Тогда они начали уличать покупателей, сами перевешивая этикетки. Всё проходило, пока не столкнулись с женой какого-то важного сенатора.

            
     Американский математик Р. Беллман сформировал принцип оптимальности (Bellman’s optimality principle): оптимальное поведение в задачах динамического программирования обладает тем свойством, что каковы бы ни были первоначальное состояние и решение (т. е. “управление”), последующие решения должны составлять оптимальное поведение относительно состояния, получающегося в результате первого решения. И обратное изложение данного принципа: если не использовать оптимальным образом то, чем мы располагаем сейчас, то и в дальнейшем не удастся оптимальным образом распорядиться тем, что мы могли бы иметь.

      Следовательно, если имеется оптимальная траектория для всей системы, то и любой ее участок должен представлять собой оптимальную траекторию относительно всей системы.
С другой стороны, тогда можно утверждать и то, что попытки оптимизации на участке траектории при помощи локальных критериев оптимизации не могут оптимизировать всю систему, имеющую свой общий критерий оптимальности.

      Трудно, но возможно, оптимизировать всю систему.   При решении задачи оптимизации на основе принципа потенциальных, или же будущих затрат, определяемых для математической модели технологических процессов цеха, можно оптимизировать интересы завода в целом (практическая работа , 1984). Продукция цеха поступает  в цеха для дальнейшей переработки. Экономия в данном цехе без учёта будущих затрат на дальнейшую переработку продукции могла бы давать негативный эффект для завода в целом. Возможно также определение критерия оптимальности для цеха таким образом, чтобы соблюдались и интересы завода, и интересы комбината.

   Вольно или невольно, в реальных условиях всегда существуют рамки, ограничения, которые играют роль управляющих факторов. Фактически всегда имеет место управление трудом рабочих на комбинате, находящихся прежде всего, в рамках определенной системы методов оплаты труда. Внедрение бригадного подряда может быть сопоставлено с учётом индивидуальных показателей труда на основе построения изменяющихся критериев оплаты труда всей бригады и индивидуальных критериев оценки труда, зависящих от зоны обслуживания (количества обслуживаемых станков), количества и качества вырабатываемой продукции. Тогда общие показатели бригады дают фонд зарплаты и премию, которые распределяются в соответствии с индивидуальными достижениями работников. Практическая работа, выполнена(1986).

 Теоретические достижения не так просто внедрять на практике. Управляемая система имеет противодействие всякому действию. Для комбината не является выгодным,  ни в каком смысле, когда рабочие обслуживают слишком много станков с целью получения наибольшего заработка. Поэтому индивидуальные критерии оценки труда должны учитывать общие интересы комбината.

Прежде всего, это то, что понятие  оптимальности являются относительным, оптимизация часто  применяется для локальных целей  и часто попытки экономии противоречат общим целям оптимизации целой системы. Но оптимизация системы возможна и в отдельных подсистемах при помощи учета интересов всей системы в целом.

       Для того, чтобы решать задачи оптимизации, главной задачей является сам выбор критерия оптимизации; - следующей задачей является выбор управления, которое следует этому критерию. Это не значит, что критерий является навсегда неизменным; - управление и поиск критерия оптимизации должно находиться во взаимной связи в реальном времени.

    Не менее важной задачей является выбор управляемых параметров. Из числа известных и доступных параметров, нужно выбрать фактически действующие параметры, исключая из их числа вторичные факторы [1].

    Занимаясь оптимизацией, мы получаем результаты R (вектор - столбец, или матрица), как функцию F от управляющих факторов G , управления U,  критерия оптимальности K(t), времени t -

            R = F ( U(G), K(t), t)                .............(1)

     Анализ результатов R вынуждает нас изменять управление U с целью нахождения лучшего управления, на основе новых данных. Критерий оптимальности K является гораздо более инерционной функцией времени, чем U - управление подстраивается на основе коэффициентов моделей процессов; а критерий оптимальности К вместе с ограничениями, изменяются гораздо медленнее.


[1]
Функциональная зависимость и вторичные факторы
http://proza.ru/2010/04/13/641