Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики

Проаналізовано основні підходи і методи оцінювання складних систем та визначено їхні переваги та недоліки. Описано системи з ієрархічно-мережевою структурою та запропоновано методику їхнього комплексного детермінованого оцінювання. На підставі результатів планових досліджень та неперервного монітори...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Системні дослідження та інформаційні технології
Дата:	2015
Автори:	Поліщук, Д.О., Поліщук, О.Д., Яджак, М.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України 2015
Теми:	Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86127
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики / Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2015. — № 1. — С. 21-31. — Бібліогр.: 47 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860244900875862016
author	Поліщук, Д.О. Поліщук, О.Д. Яджак, М.С.
author_facet	Поліщук, Д.О. Поліщук, О.Д. Яджак, М.С.
citation_txt	Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики / Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2015. — № 1. — С. 21-31. — Бібліогр.: 47 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Системні дослідження та інформаційні технології
description	Проаналізовано основні підходи і методи оцінювання складних систем та визначено їхні переваги та недоліки. Описано системи з ієрархічно-мережевою структурою та запропоновано методику їхнього комплексного детермінованого оцінювання. На підставі результатів планових досліджень та неперервного моніторингу системи описано методи багатокритеріального та багатопараметричного локального, прогностичного, агрегованого та інтерактивного аналізу стану, якості функціонування та взаємодії об’єктів системи всіх рівнів ієрархії. Розглянуто схему взаємодії і показано, що лише у сукупності запропоновані методи дозволяють сформувати об’єктивні та обґрунтовані висновки щодо якості складної системи. Застосування розробленої методики проілюстровано на прикладі аналізу ефективності функціонування об’єктів залізничної транспортної системи України. Проанализированы основные подходы и методы оценивания сложных систем и определены их преимущества и недостатки. Описаны системы с иерархически-сетевой структурой и предложена методика их комплексного детерминированного оценивания. На основе результатов плановых исследований и непрерывного мониторинга системы описываны методы многокритериального и многопараметрического локального, прогностического, агрегированного и интерактивного анализа состояния, качества функционирования и взаимодействия объектов системы всех уровней иерархии. Рассмотрена схема взаимодействия и показано, что только в совокупности предложенные методы дают возможность сформировать объективные и обоснованные выводы о качестве сложной системы. Использование предложенных методов проиллюстрировано на примере анализа эффективности функционирования объектов железнодорожной транспортной системы Украины. The main approaches and methods for evaluation of complex systems are analyzed and their advantages and disadvantages are determined. Systems with hierarchical-network structures are described and methods are proposed for their complex deterministic evaluation. Methods of multicriteria and multiparameter local, forecasting, aggregative, and interactive analyses of the state, function quality and interaction of system’s objects on the all hierarchical levels are described. The scheme of interaction is described and it is justified that the proposed methods only in conjunction allow to form objective and grounded conclusions about the quality of a complex system. The proposed methods are illustrated using the analysis of the functioning efficiency of objects of the Ukrainian railway transport system as an example.
first_indexed	2025-12-07T18:35:06Z
format	Article
fulltext	© Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак, 2015 Системні дослідження та інформаційні технології, 2015, № 1 21 TIДC ПРОГРЕСИВНІ ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ, ВИСОКОПРОДУКТИВНІ КОМП’ЮТЕРНІ СИСТЕМИ УДК 519.6+625.1 КОМПЛЕКСНЕ ДЕТЕРМІНОВАНЕ ОЦІНЮВАННЯ СКЛАДНИХ ІЄРАРХІЧНО-МЕРЕЖЕВИХ СИСТЕМ. ЧАСТИНА I. ОПИС МЕТОДИКИ Д.О. ПОЛІЩУК, О.Д. ПОЛІЩУК, М.С. ЯДЖАК Проаналізовано основні підходи і методи оцінювання складних систем та ви- значено їхні переваги та недоліки. Описано системи з ієрархічно-мережевою структурою та запропоновано методику їхнього комплексного детерміновано- го оцінювання. На підставі результатів планових досліджень та неперервного моніторингу системи описано методи багатокритеріального та багатопарамет- ричного локального, прогностичного, агрегованого та інтерактивного аналізу стану, якості функціонування та взаємодії об’єктів системи всіх рівнів ієрархії. Розглянуто схему взаємодії і показано, що лише у сукупності запропоновані методи дозволяють сформувати об’єктивні та обґрунтовані висновки щодо якості складної системи. Застосування розробленої методики проілюстровано на прикладі аналізу ефективності функціонування об’єктів залізничної транс- портної системи України. ВСТУП Складні системи (СС) з ієрархічно-мережевою структурою (ІМС) знаходять своє застосування практично у всіх сферах діяльності людини: на транспорті (залізнична та авіаційна системи, автотранспортні мережі великих міст або регіонів країни); постачанні та логістиці (системи електро-, газо-, нафто-, тепло- та водопостачання, торгівельні мережі); в інформаційному забезпе- ченні та зв’язку (інтернет, телебачення, радіо, преса, стаціонарний та мобільний телефонний зв’язок, пошта); в економіці (мережі державних або (та) прива- тних підприємств, їх постачальників та реалізаторів готової продукції); фі- нансах (банківські та страхові мережі, системи переказу грошей); освіті та охороні здоров’я тощо. Від стану та якості функціонування таких систем значною мірою залежить рівень життя громадян, ефективність економіки та можливості її розвитку, готовність державних структур до подолання нас- лідків техногенних катастроф чи стихійних лих, зрештою, вони є свідченням розвитку країни загалом. Ці обставини визначають актуальність проблеми розробки методів дослідження СС, яка вирішується в теорії систем, систем- ному аналізі, теорії складних мереж, за допомогою математичного моделю- вання тощо [1–4]. Складні системи формуються, функціонують та розвива- ються тривалий час і за природних процесів «старіння», незважаючи на Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2015, № 1 22 регулярні ремонти та модернізацію, потребують все більшого та ретельні- шого контролю за їхньою поведінкою. Тому окреме місце в системних до- слідженнях займає розробка методів оцінювання та прогнозування стану, якості функціонування та взаємодії структурних елементів СС [5]. Методи оцінювання можуть базуватися на детерміністичних [6–7], ста- тистичних [8], стохастичних [9] або гібридних [10] підходах. Кожний з них має свої переваги та недоліки [5]. Детерміністичні методи формують оцінку реального стану та якості функціонування конкретного об’єкта системи [11–12]. Якщо провести ретельний аналіз усіх об’єктів СС неможливо, то використовують статистичні методи [13–15]. При цьому формування обгрун- тованого результату статистичних досліджень залежить від ретельності де- терміністичного аналізу об’єктів, включених у вибірку. В умовах невизна- ченості або за неповної інформації про систему застосовуються стохастичні методи [16–18]. При цьому попередні дані щодо розподілу ймовірностей також отримуються на множині результатів детерміністичних досліджень. Висновки, одержані за допомогою статистичних та стохастичних методів, дають можливість привернути увагу до основних проблем функціонування системи, наприклад, до найбільш розповсюджених хвороб населення у зада- ному регіоні [19]. Однак статистичні та стохастичні методи у багатьох випа- дках не дозволяють виявити об’єкти, збої в роботі яких можуть призвести до виходу з ладу окремих підсистем чи системи загалом. Слід також врахову- вати, що існують системи, які вимагають застосування виключно детерміні- стичних методів оцінювання. Дійсно, ймовірнісний підхід до постановки діагноза пацієнту чи перевірки бортових систем авіалайнера перед польотом не виглядає доречним. Під час розробки методів оцінювання першочергову увагу приділяють процедурам агрегації [20–21]. Однак нечіткі або однобічні локальні оцінки не дозволяють сформувати обґрунтований узагальнений висновок та побу- дувати точний прогноз поведінки системи навіть на короткострокову пе- рспективу. Багатокритеріальний та багатопараметричний аналіз поведінки елементів системи є основою для формування об’єктивних кількісних оці- нок на всіх рівнях ієрархії. Агрегація нівелює як позитивні, так і негативні результати локального оцінювання [5]. Тому процедури узагальнення мають супроводжуватися зручними засобами низхідного аналізу поведінки об’єктів системи. На процес функціонування реальної СС впливають численні зовнішні та внутрішні фактори. Вони можуть створити ризики, які неможливо перед- бачити регулярними плановими дослідженнями. Тому особлива увага має приділятися неперервному моніторингу процесів, які протікають в системі [22]. Загалом методи, які використовуються для оцінювання стану та якості функціонування СС мають орієнтуватися на її тип, структуру, основне цільове призначення та інші особливості. Достатньо детальний огляд мето- дів оцінювання та особливостей їх застосування можна знайти у пра- цях [5, 6, 23, 24]. Теорія оцінювання СС є складовою системного аналізу [25]. З іншого боку, результати оцінювання є об’єктивною та чи не найбільш вагомою під- ставою для прийняття обґрунтованого рішення щодо подальших дій віднос- но досліджуваної системи [26]. При цьому інформативність оцінки, її зрозу- Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем … Системні дослідження та інформаційні технології, 2015, № 1 23 мілість та зручні процедури оперативного орієнтування у великій кількості отриманих висновків дозволяють приймати своєчасні організаційні та управлінські рішення [27–28]. Відзначимо, що висновки, сформовані на під- ставі детермінованого оцінювання системи, породжують значно меншу кількість альтернатив, ніж статистичного або стохастичного [29]. Мета роботи — розробка методики комплексного багатокритеріаль- ного та багатопараметричного детермінованого оцінювання стану, якості функціонування та взаємодії об’єктів складних ієрархічно-мережевих сис- тем із повністю впорядкованим рухом потоків. СКЛАДНІ СИСТЕМИ З ІЄРАРХІЧНО-МЕРЕЖЕВОЮ СТРУКТУРОЮ Існування СС різного типу, призначення та структури, які функціонують за різними законами та в різних умовах, породило велику кількість означень системи [30], жодне з яких не стало загальновживаним. Тому більш прийнят- ним на сьогодні видається підхід М.П. Бусленка [4], який виділяє основні характеристики, які визначають певний об’єкт, як систему. До них, зокрема, відноситься наявність певного числа взаємопов’язаних між собою елемен- тів, функцій, які вони реалізують, та напрямків для досягнення заданих ці- лей функціонування; можливість розбиття системи на підсистеми, цілі функ- ціонування яких підпорядковані загальній цілі системи; наявність управління, розгалуженої інформаційної мережі, інтенсивних матеріальних та інформаційних потоків; взаємодія із зовнішнім середовищем та функціо- нування за наявності випадкових чинників. Системи, які налічують десятки тисяч елементів і більше, називаються великими [31]. СС вважається дина- мічною, коли її стан змінюється з часом [32]. Складність системи є поняттям відносним [33], зокрема, чим більше рівнів розбиття системи на підсистеми, кількість та своєрідність об’єктів, які їх утворюють, набір реалізованих ни- ми функцій, число взаємодій з іншими об’єктами, множинність та різнорід- ність реакцій на вплив зовнішніх та внутрішніх чинників, тим складніша система загалом. Прикладом реальної великої складної динамічної системи, яку ми надалі використовуватимемо для ілюстрації застосування пропоно- ваних методів оцінювання, є залізнична транспортна система (ЗТС) України. До її складу входить 1684 станції [34], розгорнута протяжність колійного господарства сягає 30,3 тис. км, кількість рушійних засобів (тепло- і елект- ровозів) перевищує 4500 одиниць, вагонний парк складає більш ніж 175 000 вантажних та 8400 пасажирських вагонів. Основну діяльність залізниць України забезпечує понад 300 підприємств (депо, колійно-машинних стан- цій, дистанцій енергопостачання, сигналізації та зв’язку) та близько 400 тис. працівників. Про важливість цієї системи у соціальному житті та економіці країни свідчить той факт, що лише за 2012 р. залізницями України було пе- ревезено більше 400 млн пасажирів та майже 500 млн тон вантажів, що складає понад 50% всього обсягу перевезень. Дослідження системи зазвичай починається із визначення її складу та структури [35]. До найбільш розповсюджених типів структур реальних СС відносяться ієрархічні, мережеві та гібридні, зокрема, ієрархічно-мережеві (рис. 1). Більшість із створених та керованих людиною промислових, транс- портних, фінансових та інших систем мають ієрархічно-мережеву структу- ру. Особливість ІМС полягає в тому, що кожна підсистема певного рівня ієрархії поділяється на сукупність підсистем, які утворюють підмережу Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2015, № 1 24 мережі нижчого рівня, тобто вона є сукупністю вузлів, поєднаних ребрами, по яких здійснюється рух потоків. При цьому ребра мають забезпечувати безперешкодне проходження потоку, а вузли — його обробку. Ієрархія вво- диться [36–37] на підставі принципів побудови системи управління (СУ), просторового розміщення об’єктів СС тощо. Під об’єктом системи ми розу- міємо її структурну одиницю довільного рівня ієрархії від елемента до під- системи найвищого рівня розбиття. Підсистеми найнижчого рівня розбиття надалі називатимемо базовими. Повертаючись до ЗТС, як прикладу складної ієрархічно-мережевої сис- теми (СІМС) [38], визначальною ознакою її послідовного поділу на підсис- теми нижчих рівнів є чіткий територіально-ієрархічний принцип побудови СУ Укрзалізниці (УЗ). Вона включає в себе 6 регіональних залізниць, 27 ди- рекцій залізничних перевезень, 110 дистанцій колії та більш ніж 1200 відділків, які зазвичай є послідовністю станцій та міжстанційних перегонів, довжина колій яких перебуває в межах від 20 до 30 км. Такий принцип структуризації дає можливість встановити чіткий зв’язок між об’єктами ЗТС та підрозділами УЗ, які відповідають за їхній стан та якість функціонуван- ня. Подальша структуризація здійснюється за функціональною ознакою, а саме, як базові підсистеми (БПС), які утворюють відділки, виділяються такі об’єкти, як станції (вузли) та міжстанційні перегони (ребра). Потоками в цій системі є поїзди. На вищих рівнях ієрархії ЗТС є мережею, потоками в якій є інформація, організаційні та управлінські рішення тощо. БПС самі можуть бути складними системами. Наприклад, до складу ЗТС України вхо- дить 31 позакласна станція та станції першої категорії (вузлові станції та станції великих міст). Дослідження таких систем доцільно проводити окремо. При поділі БПС на елементи ми відштовхуємося від наступних мірку- вань. Кожна система реалізує певний набір функцій з яких, виходячи з мети дослідження, обирається основна. Визначення елементів проводимо з точки зору їх участі у реалізації основної функції. Елементи, не задіяні у реалізації цієї функції, не включаються в процесі оцінювання до складу системи та її структурної схеми. Так перелік функцій УЗ налічує більш ніж 20 позицій, основною з яких є організація надійного та безпечного руху поїздів згідно з встановленим графіком, що і визначає склад оцінюваних об’єктів системи. БПС можуть поділятися на елементи одного або різних типів. Кожному елементу відповідає чітко визначений набір характеристик, які описують його стан та процес функціонування. Кожна з характеристик має відповідну область допустимих значень, просторові або (та) часові обмеження тощо. Рис. 1. Зразки типів структур: а — ієрархічної; б — мережевої; в — ієрархічно- мережевої a б в Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем … Системні дослідження та інформаційні технології, 2015, № 1 25 Так міжстанційний перегін, як БПС ЗТС, доцільно розбивати на елементарні ділянки, які розділені штучними спорудами (мостами, переїздами тощо), і відрізняються своїми просторовими, конструктивними, геологічними та іншими особливостями і не перевищують довжину 1 км [39]. Такий поділ пояснюється, зокрема, тією обставиною, що на горизонтальній прямій рейки колії мають знаходитись на одній висоті, тоді як на кривій зовнішня рейка залежно від кривизни має бути розташована на кілька сантиметрів вище. Це ж стосується і геометрії земляного полотна. Зрозуміло, що під час дослі- дження такі ділянки мають розглядатися окремо, оскільки області допусти- мих значень характеристик колії для них суттєво відрізняються. Так негати- вні значення характеристик, наприклад, просторового розміщення рейок є різними для прямої горизонтальної, кривої чи похилої ділянок. Ця різниця є настільки суттєвою, що допустимі значення для одного типу ділянки є не- задовільними для іншого і навпаки. Основними складовими станції є її колійний розвиток та інші об’єкти станційної інфраструктури, задіяні у забезпеченні основної функції станції — безперебійному проходженні чи прийомі, обслуговуванні та відправленні поїздів. Розбиття таких об’єктів на елементи здійснюється за принципом розглянутим вище. Подібний спосіб структуризації застосовується для більшості СІМС, наприклад — автотранспортна мережа країни, регіону, області, району. Вуз- лами у такій мережі є населені пункти, ребрами — поєднуючи їх автошляхи, потоками — автотранспортні засоби. Він не лише спрощує аналіз системи, але й встановлює прямий зв’язок між окремими об’єктами СІМС та підроз- ділами, які несуть безпосередню відповідальність за їхній стан, якість функ- ціонування та взаємодію з іншими об’єктами системи та її користувачами. Класичні методи математичного моделювання [4] для дослідження біль- шості реальних СІМС зазвичай складно реалізувати практично через про- блеми розмірності та адекватності. Методи мережевого аналізу зосереджені [2] на дослідженні взаємозв’язків між БПС мережі, не заглиблюючись в ана- ліз стану та якості функціонування їх елементів. У той же час, обробка по- току у вузлі може бути достатньо складним процесом, наприклад, прийом, переформування, завантажувально-вивантажувальні роботи, перевірка ста- ну, відправлення вантажного потяга зі станції тощо. Оцінювання реальних СІМС потребує системного підходу, який ми пропонуємо реалізувати в рам- ках методики комплексного детермінованого оцінювання (МКДО) системи. При цьому під комплексністю розуміємо не лише багатокритеріальний ана- ліз всіх допустимих характеристик системи [40–43], але й залучення різних методів оцінювання, які дозволяють сформувати цілісну та достатньо повну картину якості її стану та процесу функціонування. МЕТОДИ КОМПЛЕКСНОГО ОЦІНЮВАННЯ СКЛАДНИХ СИСТЕМ Для контролю за станом та поведінкою реальних СІМС зазвичай використо- вують два підходи: регулярні планові дослідження та неперервний моніто- ринг функціонування системи (рис. 2). Планові дослідження проводяться достатньо ретельно та спрямовані на розробку конкретних рекомендацій та дій з усунення виявлених недоліків. Неперервний моніторинг дозволяє у режимі реального часу формувати опосередковані, але від того не менш вагомі висновки про стан та якість роботи основних об’єктів системи. Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2015, № 1 26 Оцінювання реальних систем доцільно починати з об’єктів найнижчого рівня структуризації, тобто з елементів БПС. Елемент ми ідентифікуємо, як об’єкт, який має чітко визначене просторове розміщення, функціональне призначення та відповідний набір характеристик, які описують його стан і процес функціонування, з відповідними типами областей допустимих зна- чень поведінки цих характеристик. Всі характеристики оцінюються за пев- ною сукупністю критеріїв та параметрів. Природно, що оцінювання кожного об’єкта передбачає насамперед оцінку його стану, а потім якості реалізації покладених на нього функцій, які прямо чи опосередковано від цього стану залежать. Процесу оцінювання має передувати етап ретельного відбору та опрацювання експериментальних даних за кожною з характеристик та їх зведення до придатного для подальшого аналізу формату. Так дані щодо стану рейок з використанням дефектоскопів, які дозволяють виявляти трі- щини [39], відбираються з кроком 1 мм, що, зважаючи на максимальну дов- жину елементарної ділянки 1 км, створює масив даних розмірності 1 млн числових значень. Зрозуміло, що для адекватного аналізу такі дані потребу- ють відповідної обробки та форматування. У цей час для оцінювання більшості реальних СІМС, зокрема ЗТС, ши- роко розповсюдженою є цілочисельна бальна чи понятійна («відмінно», «добре», «задовільно», «незадовільно») шкала оцінок [39]. Основний її не- долік полягає в тому, що оцінка «задовільно» може означати все що завгод- МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОГО ОЦІНЮВАННЯ Локальне оцінювання Рівень елементів Інтерактивне прогностичне оцінювання Інтерактивне оцінювання Агреговане планове оцінювання Рівень базових підсистем Агреговане інтерактивне оцінювання 1 2 . . . N Агреговане оцінювання Вищі рівні структуризації Планові дослідження Неперервний моніторинг Локальне прогностичне оцінювання Рис. 2. Схема комплексного оцінювання системи Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем … Системні дослідження та інформаційні технології, 2015, № 1 27 но від «майже добре» до «ледь краще від незадовільного». До того ж такі оцінки не дозволяють побудувати точний прогноз поведінки елементів сис- теми навіть на короткострокову перспективу. Ми пропонуємо [40] єдиний підхід до формування оцінок стану, якості функціонування та взаємодії структурних елементів системи, який полягає у побудові основної бальної оцінки та її уточненні, виходячи з типу та особливостей об’єкта, який дослі- джується. Такий підхід дозволяє не тільки скласти більш чітке уявлення про предмет оцінювання, але й частково локалізувати причину виявлених не- доліків. Кількість характеристик, які описують елемент БПС може сягати де- сятків [40]. Різні характеристики можуть відбиратися різними способами та мати різний пріоритет в структурі та діяльності елемента. Зрозуміло, що висновки за окремими характеристиками мають узагальнюватись з ураху- ванням їх пріоритетності. Важливим також є облік кількості реально оціне- них характеристик елемента. Надалі оцінювання стану елементів та функ- цій, які вони реалізують, на підставі аналізу поведінки їхніх характеристик, називатимемо локальним. У деяких випадках локальне оцінювання доцільно обмежувати рівнем БПС системи, не вдаючись до надлишкової деталізації їхнього складу. Зазвичай планові огляди об’єктів системи рознесені в часі, тобто задо- вільні результати останнього дослідження зовсім не означають, що вони збережуться такими ж до наступного огляду і стан об’єкта або якість його функціонування не перетне «поріг безпеки» [41]. У зв’язку з цим процес оцінки має містити засоби аналізу відповідності СС до прогнозованих вимог на коротко- та довгострокову перспективу. Таким чином, процес оцінюван- ня має не лише встановлювати висновки або відстежувати «слабкі» елемен- ти на момент дослідження, але й прогнозувати подальшу поведінку об’єктів системи. Прогностичне оцінювання, яке здійснюється на основі передісторії локальних оцінок, дає можливість визначати характер, спрямованість та швидкість зміни стану системи, дозволяє відстежувати негативні процеси і передбачати потенційні ризики, матеріальні та фінансові витрати, необхід- ні для їх усунення або вчасної профілактики. Цілі прогностичного оціню- вання можна розширити, враховуючи, що кожна реальна система еволюціо- нує у часі, тобто її оцінювання виключно з огляду на поточні вимоги може бути недостатнім. Стосовно залізниці це означає готовність її структурних елементів до обслуговування сезонних змін у пасажиро- та вантажопотоках або до радикальної модернізації окремих підсистем, якої потребує, на- приклад, запровадження швидкісного руху поїздів. Кількість локальних та прогностичних оцінок характеристик елементів для реальних СІМС може сягати мільйонів одиниць [40], що явно пере- вищує можливості їх неавтоматизованого аналізу. Для їх узагальнення, тоб- то одержання висновків про стан, якість функціонування та взаємодію об’єктів вищих рівнів ієрархії (підсистем та СС загалом), використовуються засоби лінійної або нелінійної агрегації [21, 37, 42, 43] з урахуванням ваго- вих коефіцієнтів, які відображають важливість окремих об’єктів у структурі системи та пріоритетність виконуваних ними функцій. Світова практика експлуатації транспортних систем налічує чимало прикладів, коли неза- довільний стан чи якість функціонування одного з об’єктів системи призво- дили до катастрофічних наслідків з численними людськими жертвами та значними матеріальними втратами. Тому узагальнені оцінки всіх рівнів Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2015, № 1 28 можуть бути як результатом зваженого усереднення, так і дорівнювати оцінці «найслабшого» об’єкта із сукупності оцінюваних. Оцінки другого типу використовуються у тих випадках, коли вихід з ладу одного з об’єктів системи становить реальну загрозу для її функціонування загалом. Оскільки зважене усереднення нівелює результати як позитивних, так і негативних оцінок, то узагальнення висновків доцільно проводити після усунення при- чин та переоцінки виправлених недоліків. Описаний спосіб оцінювання на- зиватимемо агрегованим. Безумовно, що поряд із засобами висхідного ана- лізу, які реалізуються агрегуючими процедурами, процес оцінювання має містити також інструменти низхідного аналізу для локалізації об’єктів, які отримали негативні чи близькі до них висновки. З багатьох причин планові дослідження можуть вчасно не виявити не- доліків, які виникають «поза планом». Слід також враховувати, що навіть відмінні стан та якість функціонування окремих об’єктів СІМС зовсім не гарантують високої ефективності роботи її підсистем або системи загалом. І навпаки, найкраще організований процес роботи не забезпечить високої ефективності функціонування системи за незадовільного стану чи організа- ції роботи складових СІМС. Чим більше спрацьовані об’єкти системи, тим актуальнішою є проблема неперервного моніторингу їхнього стану та про- цесу функціонування [22, 44]. На якість реалізації функцій об’єкта можуть суттєво впливати сторонні чинники, як внутрішні, так і зовнішні стосовно системи. Внутрішній вплив можна оцінити на рівні підсистем, які поєдну- ють взаємодіючі об’єкти. Такий спосіб оцінювання називатимемо інтерак- тивним (від англ. «interaction» — взаємодія). Він дає можливість виявити окремі незадовільно функціонуючі об’єкти у виділеній підсистемі без ретель- ного аналізу стану та якості функціонування всіх її елементів та витрат, які його супроводжують. Інтерактивне оцінювання найпростіше здійснювати для системи, рух потоків в якій принаймні частково підпорядкований пев- ному графіку, виконання якого можна періодично підсумовувати. До таких систем відноситься залізнична, де рух поїздів є повністю детермінованим. Автотранспортні системи великих міст є частково детермінованими, оскіль- ки рух більшої частини транспортних засобів у них не підпорядковано гра- фіку. На цей рух також суттєво впливають випадкові фактори (аварія на до- розі може призвести до появи «заторів» або до перерозподілу транспортних потоків по альтернативним шляхам). Однак дотримання виконання графіка руху комунальним транспортом дає можливість робити принаймні опо- середковані висновки щодо стану автошляхів або ефективності організації руху транспорту в місті [45]. Сучасні методи GPS-моніторингу дозволяють відстежувати у режимі реального часу місцезнаходження транспортного за- собу, визначати його швидкість, місце та тривалість зупинок, перетин конт- рольних зон, найменші відхилення від заданого маршруту тощо [46]. Аналіз цих даних, отриманих для системи комунального транспорту у якій зараз широко впроваджуються GPS-трекери, дозволяють робити опосередковані, але достатньо обґрунтовані висновки щодо стану та якості функціонування мережі. Більш того, процес отримання таких висновків та вироблення адек- ватних реакцій на транспортні ситуації може бути легко автоматизований. Аналогічні приклади організації неперервного моніторингу можна на- вести і для інших СІМС. Узагальнені результати інтерактивного оцінювання за період між плановими дослідженнями доцільно включати в процедуру агрегованого оцінювання. Вони також можуть бути використані для більш детального і точного прогностичного аналізу роботи оцінюваних об’єктів системи [47]. Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем … Системні дослідження та інформаційні технології, 2015, № 1 29 Значні обсяги інформації, отримані у процесі оцінювання, потребують розробки таких засобів їх відображення, які давали б можливість оператив- но орієнтуватися у великій кількості одержаних висновків. Тому поряд з побудовою алгоритмів оцінювання не менш важливою є розробка принци- пів візуалізації результатів їх виконання та засобів висхідного та низхідного аналізу останніх. Загалом сукупність описаних вище взаємопов’язаних методів та підхо- дів складає методику комплексного детермінованого оцінювання системи, схему якої зображено на рис. 2. Вона визначає спосіб відображення даних експериментальних досліджень об’єктів СІМС на чітко структуровану по- слідовність локальних, прогностичних, інтерактивних та узагальнених оці- нок їхнього стану, якості функціонування та взаємодії з іншими об’єктами системи. Враховуючи різноманітність об’єктів СІМС, МКДО визначає уні- версальні принципи побудови таких оцінок, спільні для всіх об’єктів одного типу та функціонального призначення з врахуванням особливостей останніх. ВИСНОВКИ У роботі описано методику комплексного детермінованого оцінювання складних систем з ієрархічно-мережевою структурою, складовими якої є методи локального, прогностичного, інтерактивного та агрегованого оці- нювання їх основних об’єктів. Лише у поєднанні ці методи дають достатньо повну та адекватну картину якості СІМС. Дійсно, високі локальні оцінки не гарантують ефективної взаємодії елементів, у налагодженій організації мо- жуть виникати збої від виходу з ладу окремих об’єктів системи, задовільний стан об’єкта на момент поточного огляду зовсім не означає, що він зали- шиться таким самим до наступного. Величезна кількість інформації про окремі елементи СІМС без відповідного узагальнення непридатна для опе- ративного аналізу та своєчасного реагування на виявлені недоліки. Непере- рвний моніторинг системи попереджує ризики, які можуть виникнути у пе- ріоди між плановими дослідженнями. На вищих рівнях узагальнення оцінювання дає можливість встановити об’єктивний висновок про стан та ефективність функціонування системи чи основних її підсистем та визначи- ти дії, матеріальні та фінансові витрати, необхідні для її модернізації та оп- тимізації роботи. На локальному рівні воно дозволяє ідентифікувати конк- ретні елементи та їх складові, які підлягають удосконаленню. Саме «вузькі» місця, які постійно виявляються внаслідок планових досліджень чи непе- рервного моніторингу системи, можуть бути предметом математичного мо- делювання. Це значно звужує об’єкт моделювання та робить сам процес більш реалістичним. ЛІТЕРАТУРА 1. Антонов В.А. Системный анализ. — М.: Высшая школа, 2004. — 456 с. 2. Boccatti S., Latora V., Moreno Y., Chavez M., Hwang D.-U. Complex networks: structure and dynamics // Physics Reports. — 2006. — 424. — Р. 175–308. 3. Siljak D.D. Decentralized control of complex systems. — Courier Dover Publica- tions, 2012. — 612 р. 4. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. — М.: Наука, 1978. — 542 с. 5. Поліщук Д.O., Поліщук О.Д., Яджак М.С. Порівняння методів оцінювання складних систем // Відбір і обробка інформації. — 2010. — Вип. 32 (108). — С. 110–118. Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2015, № 1 30 6. Alcorta G.E., Frank P.M. Deterministic nonlinear observer-based approaches to fault diagnosis: A survey // Control Engineering Practice. — 1997. — 5 (5). — Р. 663–670. 7. Bloom M., Fischer J., Orme J. Evaluating practice. — Allyn and Bacon, 2006. — 488 p. 8. Ramsey F., Schafer D. The statistical sleuth: A course in methods of data analysis. — Duxbury Press, 2001. — 532 p. 9. Claxton K. The irrelevance of inference: a decision-making approach to the stochas- tic evaluation of health care technologies // Journal of Health Economics. — 1999. — 18 (3). — Р. 341–364. 10. Lee J., Jay Kuo C.-C. Tree model simplification with hybrid polygon/billboard ap- proach and human-centered quality evaluation // Proceedings of IEEE Interna- tional Conference on Multimedia and Expo. — Singapore. — July 19–23, 2010. — Р. 932–937. 11. Bar-Yam Y. About engineering complex systems: Multiscale analysis and evolution- ary engineering // Engineering Self-Organising Systems: Methodologies and Ap- plications. — Springer, 2005. — Р. 16–31. 12. Roy D., Dasgupta T. Evaluation of reliability of complex systems by means of a dis- cretizing approach // International Journal of Quality & Reliability Management. — 2002 . — 19. — № 6. — Р. 792–801. 13. Armitage P. Statistical methods in medical research. — Blackwell Science, 2002. — 712 p. 14. Patton M.Q. How to use qualitative methods in evaluation. — Sage Publications, 1987. — 490 p. 15. Корников В.В., Серёгин И.А., Хованов Н.В. Комплексная оценка воздействия геопатогенных зон на биологические системы // Вопросы механики и процессов управления. — 2000. — Вып. 18. — С. 113–117. 16. Su C.-L. Stochastic evaluation of voltages in distribution networks with distributed generation using detailed distribution operation models // IEEE Transactions on Power Systems. — 2010. — 25, № 2. — Р. 786–795. 17. Дилигенский Н.В., Дымова Л.Г., Севастьянов П.В. Нечеткое моделирование и многокритериальная оптимизация производственных систем в условиях неопределенности: технология, экономика, экология. — М.: Машинострое- ние, 2004. — 458 с. 18. Хованов H.B. Оценка сложных экономических объектов и процессов в ус- ловиях неопределённости // Вестник СПбГУ. Сер. 5. — 2005. — Вып. 1. — C. 139–143. 19. Крутько В.Н., Славин М.Б., Смирнова Т.М. Математические основания герон- тологии: Общая теория здоровья; теория надёжности в живых и неживых системах; современные методы анализа биологического возраста, старения и продолжительности жизни. — M.: URSS, 2002. — 384 с. 20. Dombi J. Basic concepts for a theory of evaluation: the aggregative operator // Euro- pean Journal of Operational Research. — 1982. — 10, № 3. — Р. 282–293. 21. Богданчук В.З., Егоров Б.М., Катулев А.Н. Агрегирование векторных критериев. — Л.: ЛИИАН, 1990. — 214 с. 22. Lung-Wen T. Distributed real time systems: monitoring, visualization, debugging and analysis. — Lavoisier, 1996. — 336 p. 23. Owen C.L. Evaluation of complex systems // Designe Studies. — 2007. — 28. — № 1. — Р. 73–101. 24. Hwang C.L., Tillman F.A., Lee J. System-reliability evaluation techniques for com- plex / large systems. A review // IEEE Transactions, Reliability. — 1981. — R-30, № 30. — Р. 416–423. 25. Калашников В.В. Сложные системы и методы их анализа. — М.: Знание, 1980. — 211 с. 26. Крисилов В.А. Оценка сложных объектов — основной механизм количе- ственного обоснования при принятии решений // Тр. Одесского политехн. ун-та. — 2002. — Вып. 2 (18). — С. 45–49. Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем … Системні дослідження та інформаційні технології, 2015, № 1 31 27. Евланов Л.Г. Теория и практика принятия решений. — М.: Экономика, 1984. — 176 с. 28. Marakas G.M. Decision support systems in the 21st Century. — Pearson Education, 2003. — 638 p. 29. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. — М.: Наука, 1986. — 354 с. 30. Садовский В.Н. Основания общей теории систем. Логико-методологический анализ. — М: Мысль, 1974. — 346 с. 31. Саркисян С.А. Большие технические системы. Анализ и прогноз развития. — М.: Наука, 1977. — 438 с. 32. Колесов Ю.Б. Объектно-ориентированное моделирование сложных ди- намических систем. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. — 240 с. 33. Barabási A.-L. The architecture of complexity // IEEE Control Systems Maga- zine. — 2007. — 27, № 4. — Р. 33–42. 34. Офіційний сайт Укрзалізниці. — http://www.uz.gov.ua. 35. Нечипоренко В.И. Структурный анализ систем. — М.: Советское радио, 1977. — 286 с. 36. Месарович М., Махо Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. — М.: Наука, 1975. — 314 с. 37. Воронин А.Н. Метод многокритериальной оценки и оптимизации иерар- хических систем // Кибернетика и системный анализ. — 2007. — № 3. — С. 84–92. 38. Полянский С.В., Семенов И.Б., Чижов С.А. Комплексное оценивание в задачах управления системами социально-экономического типа. — М.: ИПУ РАН, 1996. — 48 с. 39. Крейнис З.Л., Коршунова Н.П. Техническое обслуживание и ремонт же- лезнодорожного пути. — М.: УМК МПСР, 2001. — 768 с. 40. Поліщук Д.О. Модель локального оцінювання стану елементів колійного господарства Укрзалізниці // Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені ак. В. Лазаряна. — 2012. — Вип. 41. — С. 158–166. 41. Lichtberger B.W. Kostensenkung durch qualitatsvorrat in der fahrweginstandhal- tung // Der Eisenbahningenieur. — 1999. — 50, № 1. — P. 39–42. 42. Polishchuk D., Polishchuk O. About evaluation of complex dynamical systems // Journal of Complex Systems. — 2013, Article ID 204304, 6 p. — http://dx.doi.org/ 10.1155/2013/ 204304. 43. Полищук А.Д. Оптимизация оценки качества функционирования сложных динамических систем // Проблемы управления и информатики. — 2004. — № 4. — С. 39–44. 44. Kacira M., Ling P.P. Design and development of an automated and non-contact sensing system for continuous monitoring of plant health and growth // Transac- tions of ASAE. — 2001. — 44(4). — P. 989–996. 45. Поліщук Д.О., Поліщук О.Д. Моніторинг потоку транспортних мереж із частково впорядкованим рухом // Зб. наук. праць ХХІІІ наук.-техн. конф. молодих науковців Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАНУ. — 23–25 жовтня, 2013. — Львів, Україна. — С. 326–329. 46. Внуков А.Б. Современные системы навигации и слежения за наземными транспортными средствами на базе спутниковых технологий // Горная промышленность. — 2006. — № 6. — С. 97–101. 47. Norros L., Saviola P. Usability evaluation of complex systems. A literature rewiew. — Helsinki: STUK, 2004. — 44 p. Надійшла 28.05.2013
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-86127
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1681–6048
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T18:35:06Z
publishDate	2015
publisher	Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України
record_format	dspace
spelling	Поліщук, Д.О. Поліщук, О.Д. Яджак, М.С. 2015-09-08T10:56:07Z 2015-09-08T10:56:07Z 2015 Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики / Д.О. Поліщук, О.Д. Поліщук, М.С. Яджак // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2015. — № 1. — С. 21-31. — Бібліогр.: 47 назв. — укр. 1681–6048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86127 519.6+625.1 Проаналізовано основні підходи і методи оцінювання складних систем та визначено їхні переваги та недоліки. Описано системи з ієрархічно-мережевою структурою та запропоновано методику їхнього комплексного детермінованого оцінювання. На підставі результатів планових досліджень та неперервного моніторингу системи описано методи багатокритеріального та багатопараметричного локального, прогностичного, агрегованого та інтерактивного аналізу стану, якості функціонування та взаємодії об’єктів системи всіх рівнів ієрархії. Розглянуто схему взаємодії і показано, що лише у сукупності запропоновані методи дозволяють сформувати об’єктивні та обґрунтовані висновки щодо якості складної системи. Застосування розробленої методики проілюстровано на прикладі аналізу ефективності функціонування об’єктів залізничної транспортної системи України. Проанализированы основные подходы и методы оценивания сложных систем и определены их преимущества и недостатки. Описаны системы с иерархически-сетевой структурой и предложена методика их комплексного детерминированного оценивания. На основе результатов плановых исследований и непрерывного мониторинга системы описываны методы многокритериального и многопараметрического локального, прогностического, агрегированного и интерактивного анализа состояния, качества функционирования и взаимодействия объектов системы всех уровней иерархии. Рассмотрена схема взаимодействия и показано, что только в совокупности предложенные методы дают возможность сформировать объективные и обоснованные выводы о качестве сложной системы. Использование предложенных методов проиллюстрировано на примере анализа эффективности функционирования объектов железнодорожной транспортной системы Украины. The main approaches and methods for evaluation of complex systems are analyzed and their advantages and disadvantages are determined. Systems with hierarchical-network structures are described and methods are proposed for their complex deterministic evaluation. Methods of multicriteria and multiparameter local, forecasting, aggregative, and interactive analyses of the state, function quality and interaction of system’s objects on the all hierarchical levels are described. The scheme of interaction is described and it is justified that the proposed methods only in conjunction allow to form objective and grounded conclusions about the quality of a complex system. The proposed methods are illustrated using the analysis of the functioning efficiency of objects of the Ukrainian railway transport system as an example. uk Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України Системні дослідження та інформаційні технології Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики Комплексное детерминированное оценивание сложных иерархически-сетевых систем. Часть I. Описание методики Complex deterministic evaluation of the complex hierarchical-network systems: Part I. Methods description Article published earlier
spellingShingle	Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики Поліщук, Д.О. Поліщук, О.Д. Яджак, М.С. Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи
title	Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики
title_alt	Комплексное детерминированное оценивание сложных иерархически-сетевых систем. Часть I. Описание методики Complex deterministic evaluation of the complex hierarchical-network systems: Part I. Methods description
title_full	Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики
title_fullStr	Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики
title_full_unstemmed	Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики
title_short	Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики
title_sort	комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: частина i. опис методики
topic	Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи
topic_facet	Прогресивні інформаційні технології, високопродуктивні комп’ютерні системи
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86127
work_keys_str_mv	AT políŝukdo kompleksnedetermínovaneocínûvannâskladnihíêrarhíčnomereževihsistemčastinaiopismetodiki AT políŝukod kompleksnedetermínovaneocínûvannâskladnihíêrarhíčnomereževihsistemčastinaiopismetodiki AT âdžakms kompleksnedetermínovaneocínûvannâskladnihíêrarhíčnomereževihsistemčastinaiopismetodiki AT políŝukdo kompleksnoedeterminirovannoeocenivaniesložnyhierarhičeskisetevyhsistemčastʹiopisaniemetodiki AT políŝukod kompleksnoedeterminirovannoeocenivaniesložnyhierarhičeskisetevyhsistemčastʹiopisaniemetodiki AT âdžakms kompleksnoedeterminirovannoeocenivaniesložnyhierarhičeskisetevyhsistemčastʹiopisaniemetodiki AT políŝukdo complexdeterministicevaluationofthecomplexhierarchicalnetworksystemspartimethodsdescription AT políŝukod complexdeterministicevaluationofthecomplexhierarchicalnetworksystemspartimethodsdescription AT âdžakms complexdeterministicevaluationofthecomplexhierarchicalnetworksystemspartimethodsdescription

Комплексне детерміноване оцінювання складних ієрархічно-мережевих систем: Частина I. Опис методики

Репозитарії

Схожі ресурси