Альтернативы в инженерных решениях

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 инженерных решений В любой задаче принятия инженерных решений по существу можно выявить бесконечное множество факторов.

Любая попытка составить их полный перечень или подробно их анализировать, сопряжена с опасностью опустить некоторые реальные и важные факторы. Различные факторы, подлежащие рассмотрению, можно разделить на три группы и затем привести примеры самого общего характера. Основными группами факторов являются факторы, связанные с ресурсами, технические факторы и чисто человеческие факторы. Под факторами, связанными с ресурсами понимают время, денежные средства и производственные возможности.

Под производственными возможностями здесь подразумеваются такие разнообразные вещи, как наличие материалов, деталей, техническое и научное мастерство, организационные возможности и т. д. Для инженерных решений характерно, что без специального изучения или исследования информация о существенных сторонах таких факторов может оказаться недостаточно полной. К техническим факторам относятся факторы, которые непосредственно связаны с инженерным анализом или выработкой требований к конструкции.

Обычно технические факторы являются конкретными и выражаются количественно. Эти технические факторы часто определяют один из трех видов ограничений функциональные, областные и экстремальные. Функциональным ограничением является точное задание рабочих характеристик, входных параметров или других ограничений. Функциональные ограничения всегда выражаются в виде равенства например, длина должна быть равна, 12 см или расход должен составлять 60 лмин. Областные ограничения отличаются от функциональных лишь тем, что они выражаются неравенствами. Примерами областных ограничений являются длина должна быть меньше 12 ел или расход должен быть больше 60 лмин. Экстремальные ограничения требуют, чтобы некоторый параметр был как можно больше или как можно меньше.

Они требуют, чтобы рассматриваемый параметр в определенном направлении имел наибольшее или оптимальное значение. Очевидно, что экстремальные ограничения приводят к проблемам оптимизации. Примерами экстремальных ограничений являются следующие длина должна быть как можно меньше или расход должен быть как можно больше.

Кроме ресурсов и технических факторов, в ходе принятия инженерных решений важную роль играют чисто человеческие факторы. Эти факторы выражают не только требования политической или социальной целесообразности осуществления или достижения альтернативы, но и требования человеческой этики и морали. Для принятия правильного решения требуется не только техническая компетентность в оценке ресурсов и технических факторов, но и учет чисто человеческих факторов. Существует несколько областей науки и техники, которые можно назвать наукой о принятии решений.

Одной из них, название которой наиболее полно отражает существо вопроса, является теория полезности, представляющая собой попытку построения единой научной теории принятия решений. Однако эта теория еще настолько молода, что отдельные способы и методы принятия решений по-прежнему мало связаны друг с другом и, безусловно, заслуживают специального изучения. В числе этих более или менее независимых областей знания находятся теория оптимизации, теория вероятностей, математическая статистика и сама теория полезности.

Каждой из этих научных дисциплин посвящена одна из последующих глав. Здесь дается лишь краткое описание каждой из них. Оптимизация предполагает определение значений регулируемых параметров при ограничениях, приводящих к экстремальному значению оптимизируемого параметра. Функция, выражающая оптимизируемый параметр, называется целевой функцией.

Таким образом, элементами задачи оптимизации являются целевая функция, ограничения и регулируемые параметры. Математические методы оптимизации описывают пути нахождения параметров, которые максимизируют или минимизируют целевую функцию при различных ограничениях. Теорию вероятностей иногда называют наукой недостоверных выводов. Теория вероятностей дает в определенных случаях способ задания числовых значений степени неопределенности, которой можно характеризовать рассматриваемое конкретное событие.

Совершенно очевидно, что редко решения принимаются при полном знании всех обстоятельств и что, следовательно, в современных условиях при принятии решений важно знать теорию вероятностей. Математическая статистика имеет дело с числовыми данными или результатами наблюдений. Она занимается изучением того, каким образом осмыслить и обработать полученные данные и сделать правильные выводы. Вероятностные модели теоретические распределения используются как средство принятия статистических решений, и, таким образом, эти две дисциплины теория вероятностей и математическая статистика тесно связаны друг с другом.

Относительно новым приложением теории вероятностей и математической статистики, имеющим большое значение при инженерном проектировании, является теория надежности. Роль теории надежности все более возрастает в связи с ростом массового производства очень сложных машин например, автомобилей и с появлением потребности в сложных высоконадежных системах например, пилотируемых космических аппаратов.

Наконец, в настоящее время ведутся интенсивные исследования в новой интересной области знаний, называемой теорией полезности. Хотя до сих пор эта теория находила применение главным образом в сфере административного управления, в торговле и военном деле, в будущем она может найти применение и при решении некоторых инженерных задач. Теория полезности дает способ измерения ценностей различного рода по единой шкале полезности.

Теория принятия решений имеет дело с выбором стратегий с целью оптимизации вероятности получения максимального значения на шкале полезности. 2.5. Рациональный порядок принятия решений Ранее в этой главе уже говорилось, что в процессе принятия решений предполагается наличие цели, ряда альтернатив и ряда факторов, которые должны рассматриваться, и, возможно, некоторой неопределенности относительно возможных последствий различных альтернатив. В предыдущем разделе были кратко описаны некоторые известные методы принятия решений теория оптимизации, математическая статистика, теория вероятностей и теория полезности.

Однако в большинстве случаев между формулировкой задачи принятия решений и применимостью одного из названных научных методов существует большой разрыв. Другими словами, принятие решений в значительной мере является искусством. Прежде чем задача принятия решений примет форму, поддающуюся анализу одним из научных методов, необходимо рассмотреть большое число факторов и исключить многие альтернативы.

До этого решение можно принять лишь субъективно либо путем угадывания. Важно как можно полнее уяснить обстоятельства, в которых происходит принятие решений. Для этой цели здесь кратко излагается методика преобразования ситуации принятия решений к такому виду, когда становится возможным применение одного из разнообразных научных методов 1. Формулируется цель. 2. Составляется возможно более полный список альтернатив. Здесь необходимы творческий подход и изобретательность. 3. Составляется возможно более полный перечень факторов. 4. Список рассматриваемых факторов используется для уменьшения числа альтернатив, при этом обращается внимание на причину исключения каждой альтернативы.

На, данном этапе можно увидеть, что многие альтернативы нереальны. Другие альтернативы могут оказаться в высшей степени нецелесообразными. Этот процесс может быть крайне субъективным, и в некоторых случаях он строится на догадках. Однако если нужно принять решение, то другого выбора нет. В построении этих субъективных догадок и вынесении суждений о ценности как раз и проявляется искусство лица, принимающего решение.

Следует помнить, что одной из альтернатив может быть альтернатива вообще не принимать никакого решения в данный момент, пока один, из факторов например, время не исключит эту альтернативу из списка. 5. Оставшиеся альтернативы используются для сокращения списка факторов, часть которых теперь уже можно не рассматривать.

Другие факторы могут в одинаковой степени относиться ко всем оставшимся альтернативам, и поэтому их тоже не нужно больше рассматривать. 6. После выполнения перечисленных выше шагов получим один из следующих вариантов Если больше не осталось альтернатив, нужно приложить больше творческих усилий для составления нового списка альтернатив. Если исключены все факторы, влияющие на выбор альтернатив, следует воспользоваться случайным выбором, чтобы остановиться на одной альтернативе из числа оставшихся.

Если осталась только одна альтернатива, то решение будет принято совершенно субъективно. Если вас это устраивает, прекрасно. Если же нет, то вернитесь немного назад, но не будьте столь придирчивы к тем альтернативам, которые ранее показались вам неприемлемыми. Если останется только один фактор, влияющий на выбор, то обычно не представляет труда отыскать наилучшую альтернативу. Если факторы исключались осторожно, то можно считать, что решение принято. Если позволяют условия, можно использовать описанные выше научные методы принятия решений, которые более подробно рассматриваются в нескольких последующих главах.

Если ситуация остается все еще слишком сложной и возможен лишь субъективный подход, а применение научных методов принятия решений невозможно, то необходимо вернуться к выполнению п. 2, стараясь четко представить себе причины исключения различных альтернатив. Такой перечень причин может служить превосходным списком слабых сторон отдельного лица, фирмы или отдела.

Изложенный здесь кратко порядок принятия решений при инженерном проектировании отражает роль как искусства, так и научных методов и отводит и тому и другому свое место. Прежде чем переходить к последующим главам, где подробно рассматриваются различные научные методы принятия решений, следует остановиться еще на одном вопросе. При инженерном проектировании необходимо принимать много решений. В некоторых случаях инженеру нужно уметь принимать решения в условиях неопределенности и затем продолжать движение дальше.

Вопрос о том, сколько времени нужно отводить на анализ альтернатив, в значительной мере является искусством. Кроме того, приходится решать вопрос о том, стоит ли придерживаться однажды принятого решения или необходим его пересмотр. Ответы на эти вопросы в свою очередь связаны с принятием определенных решений, однако в настоящее время они в значительной мере определяются вкусом, склонностями и личными качествами. Однако в определенной мере ваш успех как инженера зависит именно от этого.