Metodyka analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych i

METODYKA ANALIZY FUNKCJONALNO-STRUKTURALNEJ PROCESÓW
DECYZYJNYCH I JEJ ROLA W INYNIERII WIEDZY
DLA SYSTEMÓW INFORMACYJNYCH
TATIANA TRETYAKOVA
Wydział Informatyki
Politechnika Szczeci
ska
Streszczenie
W artykule przedstawiono metodykĊ analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych, poprzedzającej ich formalizacjĊ przy projektowaniu baz wiedzy
systemów informacyjnych. Metodyka opiera siĊ o zasady metodologii analizy systemowej stosowane przy analizie procesów funkcjonowania systemu organizacyjnotechnicznego. Przedstawiono modele formalne zadania podejmowania decyzji oraz
pola wiedzy dziedziny przedmiotowej procesów funkcjonowania systemu.
Słowa kluczowe: system informacyjny, baza wiedzy, inynieria wiedzy, proces decyzyjny, analiza
systemowa, model formalny
1. Wprowadzenie
W rozwizywaniu rónego rodzaju problemów gospodarczych przy zarzdzaniu systemami
organizacyjno-technicznymi najistotniejsze miejsce zajmuj procesy decyzyjne. Procesy te
z reguły s wspierane przez technologie informatyczne rónej klasy: IIS, MIS, EIS, DSS, BI, ES
itd. Jednym z warunków skutecznoci korzystania z takich systemów jest wysoka jako baz wiedzy w nich zawartych. Wiadomo, e przy budowie baz wiedzy systemów informacyjnych zarzdzania powstaje problem formalizacji procesów decyzyjnych. W publikacji profesora J. Wglarza
[1] podkrelono zwizki informatyki i nauk decyzyjnych oraz wano efektywnej algorytmizacji
tych procesów. Zwizano to z faktem, i formalizacja jest jednym z etapów inynierii wiedzy przy
tworzeniu bazy wiedzy systemów informacyjnych wspierajcych procesy decyzyjne.
Rozwizanie problemu formalizacji procesów decyzyjnych, w tym ich algorytmizacji, wymaga przeprowadzenia analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów funkcjonowania rozpatrywanego
systemu. Jest to spowodowane tym, e procesy decyzyjne przebiegaj w ramach procesów funkcjonowania systemu zgodnie z okrelonymi regułami zarzdzania (sterowania) tymi procesami. Na
pierwszym etapie takiej analizy przeprowadza si strukturalizacj procesów funkcjonowania systemu. Dalej, na podstawie informacji zdobytej na etapie strukturalizacji, mog by przedstawione
modele przebiegu procesów funkcjonowania przy ich funkcjonowaniu normalnym lub w sytuacji
niestandardowej (ad hoc), a take modele reguł zarzdzania (sterowania) tymi procesami. Modele
przebiegu procesów funkcjonowania systemu powinny by przedstawione jako zbiór zwizków
przyczynowo-skutkowych, przez które s uwarunkowane zdeterminowane przejcia stanów badanego systemu.
POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZĄDZANIA WIEDZĄ
Seria: Studia i Materiały, nr 8, 2007
175
Potrzeba analizy funkcjonalno-strukturalnej oraz formalizacji procesów decyzyjnych systemów organizacyjno-technicznych powstaje midzy innymi przy wdroeniu technologii informatycznych, wspierajcych te procesy w organizacjach rónego typu.
W niniejszym artykule rozpatruje si podejcie do przeprowadzenia analizy funkcjonalnostrukturalnej procesów decyzyjnych w celu dalszej ich formalizacji.
2. Rola analizy funkcjonalno-strukturalnej w inynierii wiedzy
Systemy informacyjne (SI), bazujce na technologiach informatycznych, słu menaderom
wspaniałym narzdziem, wspierajcym procesy podejmowania decyzji. W praktyce procesy podejmowania decyzji mog by wspierane midzy innym przez takie technologie jak systemy klasy
DSS (Decision Support System), BI (Business Intelligence), ES (Expert System) i inne.
Na rys.1 przedstawiono schemat strukturalny DSS, wspierajcego procesy decyzyjne na poziomie strategicznym. Głównym podsystemem w dowolnym DSS jest baza (repozytorium) wiedzy, w której s umieszczone dane i modele wykorzystywane w procesie decyzyjnym.
Rys. 1. Schemat strukturalno-funkcjonalny systemu wspomagania decyzji (DSS)
ródło: opracowanie własne
Tatiana Tretyakova
Metodyka analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych i jej rola w inĪynierii wiedzy
dla systemów informacyjnych
176
Na rys.2 przedstawiono główne komponenty systemu ekspertowego (SE), który przedstawia
sob program komputerowy operujcy wiedz dziedziny przedmiotowej przy rozwizywaniu
rónego rodzaju problemów [2,3].
Rys.2. Główne składniki systemu ekspertowego
Jak wida z przedstawionych schematów, systemy te zawieraj w swojej strukturze baz wiedzy jako główny składnik. Jest oczywistym, i zadanie inynierii wiedzy jest waniejszym
z zada
, zwizanych z tworzeniem takich systemów.
Rozwizanie problemu reprezentacji wiedzy w postaci algorytmów lub reguł wnioskowania
oraz w postaci innych form przedstawienia wiedzy w bazach wiedzy systemów klasy DSS rónego
typu moliwe jest po przeprowadzeniu analizy funkcjonalno-strukturalnej badanych procesów.
Przy tym analizuje si procesy funkcjonowania systemu oraz reguły zarzdzania tymi procesami
w sytuacji ich przebiegu w trybie normalnym oraz w sytuacjach niestandardowych (ad hoc).
Zwizano to z tym, e procesy funkcjonowania systemu i odpowiednie reguły zarzdzania tymi
procesami róni si znacznie w zalenoci od właciwoci procesów, które z kolei zale od
wielu czynników, takich jak:
• typ systemu organizacyjno-technicznego,
• typ działalnoci gospodarczej,
• typ procesu gospodarczego, w ramach którego decyzje podejmuje si,
• poziom podejmowania decyzji.
Na wykrycie tych właciwoci pozwala analiza funkcjonalno-strukturalna procesów funkcjonowania systemu i reguł zarzdzania (sterowania) tymi procesami. Włanie na tym polega rola tej
analizy w procesie inynierii wiedzy, umieszczanej w bazach wiedzy DSS.
2. Metodyka analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych w systemie organizacyjno-technicznym
W oparciu o zasady metodologii analizy systemowej model zadania podejmowania decyzji D
przy rozwizywaniu problemów słabo ustrukturalizowanych moe by ogólnie scharakteryzowany zbiorem:
D = < F, C, O, A, K> ,
(1)
POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZĄDZANIA WIEDZĄ
Seria: Studia i Materiały, nr 8, 2007
177
gdzie:
F - dziedzina przedmiotowa, w której decyzja podejmuje si;
C – cele zadania, zwizanego z rozwizaniem problemu;
O – ograniczenia, przy których zadanie wykonuje si;
A – zbiór alternatywnych wariantów decyzji odnonie rozwizania problemu;
K – zbiór kryteriów, wg których wykonuje si wybór decyzji.
Procesy decyzyjne przebiegaj w ramach procesów funkcjonowania systemu organizacyjnotechnicznego. Z tego powodu analiz funkcjonalno-strukturaln procesów decyzyjnych zaczyna
si od wyznaczenia (identyfikacji) procesów funkcjonowania systemu, gdzie na podstawie okrelonych reguł zarzdzania podejmuje si niezbdne decyzje.
W celu rozwizania problemu strukturalizacji i formalizacji procesów funkcjonowania systemu oraz odpowiednich reguł zarzdzania (sterowania) wykrywa si i analizuje si ich właciwoci
dla dalszego zastosowania zdobytej informacji w bazach wiedzy systemów klasy DSS.
W zwizku z powyszym mona wyznaczy główne etapy analizy funkcjonalno-strukturalnej,
wyniki której s niezbdne do formalizacji procesów decyzyjnych przebiegajcych w ramach
procesów funkcjonowania systemu:
1. Wyznaczenie ( identyfikacja) procesów funkcjonowania systemu.
2. Wykrycie i analiza właciwoci procesów funkcjonowania systemu (przedstawienie dziedziny
przedmiotowej procesów).
3. Okrelenie reguł zarzdzania procesami funkcjonowania systemu.
4. Opracowanie modeli infologicznych przebiegu procesów decyzyjnych w ramach wyznaczonych (zidentyfikowanych) procesów.
Po realizacji wymienionych etapów wykonuje si formalizacja zdobytej wiedzy.
Pierwszy etap realizuje si zgodnie z zasadami, przyjtymi w metodologii reengineering’u [4].
Najwaniejszym w tym zadaniu jest wyznaczenie procesów kluczowych, majcych znaczenie
strategiczne.
Etap drugi, zwizany z przedstawieniem dziedziny kadego j-go z procesów funkcjonowania
systemu F(j)kw, dotyczy opisania tzw. pola wiedzy dziedziny przedmiotowej (field of knowledge)
danych procesów [5]. Etap ten jest waniejszym krokiem w drodze od strukturalizacji do formalizacji. W ramach tego etapu zdobywa si informacja o systemie organizacyjno-technicznym
i o jego procesach funkcjonowania w warunkach normalnych i niestandardowych.
Na etapie trzecim w celu okrelenia reguł zarzdzania procesami funkcjonowania systemu
niezbdnym jest ustalenie ogólno-systemowych praw funkcjonowania badanego systemu i jego
podsystemów (procesów). Jest racjonalnym robi to w oparciu o zasady rozpatrywania struktury
organizacji sformułowane przez J. Forrester’ego w jego pracy „Industrial Dynamic” (Cambridge,1961), a take w oparciu o definicje systemu, przedstawion w pracy [6], gdzie kluczowymi
pojciami s: element, zwizek, własno.
Wyniki analizy, przeprowadzonej w ramach tych etapów, pozwol przedstawi skład i tre
komponentów funkcjonalnych procesów decyzyjnych oraz zwizki przyczynowo-skutkowe pomidzy nimi w postaci modeli infologicznych, które zostan umieszczone w bazie wiedzy DSS.
Tatiana Tretyakova
Metodyka analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych i jej rola w inĪynierii wiedzy
dla systemów informacyjnych
178
3. Model pola wiedzy dziedziny przedmiotowej procesów funkcjonowania systemu
Opracowanie modelu pola wiedzy dziedziny przedmiotowej procesów funkcjonowania systemu organizacyjno-technicznego, w ramach których przebiegaj procesy decyzyjny, bazuje na
przedstawieniu syntaktycznej struktury pola wiedzy dziedziny tych procesów.
W oparciu o [5] struktur t mona przedstawi w postaci:
F(j)kw = {D(j)input, D (j)output,M (j)operation},
(2)
gdzie:
F(j)kw - pole wiedzy dziedziny przedmiotowej procesu „j”,
D(j)input - struktura danych wejciowych procesu „j”,
D (j)output - struktura danych wyjciowych procesu „j”,
M (j)operation - model operacyjny dziedziny przedmiotowej procesu funkcjonowania „j” (struktura
procesu „j”, w ramach którego wykonuje si transformacja danych wejciowych D(j)input w dane
wyjciowe D (j)output).
Model operacyjny M(j)operation dziedziny przedmiotowej procesu funkcjonowania „j” bazuje na
przedstawieniu struktury danej dziedziny jako ogólnej struktury, odzwierciedlajcej struktur
pojciow danej dziedziny S(j)concept i struktur funkcjonaln S(j)funktion, modelujcej procesy rozwaa
eksperta:
M (j)operation = { S(j)concept, S(j)funktion }
(3)
gdzie:
S(j)concept –składowa statyczna (ontologia dziedziny procesu „j”);
S(j)funktion –składowa dynamiczna.
Statyczna składowa S(j)concept - to ontologia dziedziny przedmiotowej [7,5]. Zawiera ona uporzdkowane pojcia dziedziny przedmiotowej procesu „j” i modeluje główne wizi midzy pojciami przedstawionymi w danej ontologii:
S(j)concept = < P, R, I, A >
(4)
gdzie:
P – pojcia dziedziny procesu „j”,
R – stosunki midzy pojciami dziedziny procesu „j”,
I – mechanizm interpretacji poj i stosunków midzy pojciami,
A – wykorzystywane aksjomaty.
Podejcie do opisu ontologii dziedziny przedmiotowej na przykładzie procesu decyzyjnego w
warunkach zagroenia zejcia lawiny błotnej został przedstawiony przez autora niniejszego artykułu w [8]. Składowa zmienna dynamiczna S(j)funktion moe mie form algorytmów przebiegu
procesu „j”, opracowanych w oparciu o drzewa decyzji w sytuacjach standardowych
i niestandardowych (ad hoc).
POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZĄDZANIA WIEDZĄ
Seria: Studia i Materiały, nr 8, 2007
179
4. Ustalenie ogólno-systemowych reguł funkcjonowania systemu
Ogólno-systemowe reguły funkcjonowania systemu organizacyjno-technicznego ustala si na
podstawie wyników analizy systemowej, a w jej ramach - analizy funkcjonalno-strukturalnej danego systemu i jego procesów funkcjonowania. W wyniku analizy wyjania si przyczynowoskutkowe zwizki pomidzy składowymi danego systemu i jego procesów funkcjonowania. Na
rys. 3 przedstawiono standardowy schemat przebiegu oceny waniejszych parametrów procesów
systemu produkcyjnego lub usługowego: koszt, czas, jako, wydajno itp. [9].
Rys. 3. Ocena parametrów biznes-procesów
Pod wpływem rónego rodzaju decyzji charakterystyki wejciowe tych procesów mog zmienia si, co z kolei wpływa na parametry wyjciowe procesu. Ustalone w wyniku analizy systemowej reguły zarzdzania procesami funkcjonowania systemu mog by przedstawione w formie
produkcji (rule-based): „if<przesłanka>then<wniosek>”. Na podstawie wyników poprzednich
etapów moliwe jest opracowanie modeli infologicznych, zawierajcych nie tylko algorytm procesu decyzyjnego, a take informacj niezbdn dla realizacji kadego z kroków przedstawionego
algorytmu. Podobne modeli zostali opracowane przez autora dla procesu logistycznego firmy
produkcyjno-usługowej i przedstawione w [9]. Modele te opracowuje si na podstawie drzew
decyzji w rozpatrywanych procesach funkcjonowania systemu, opracowanych w ramach analizy
funkcjonalno-strukturalnej.
5. Podsumowanie
Rozpatrzone w niniejszym artykule zagadnienia analizy funkcjonalno-strukturalnej przedstawiaj etapy proponowanej metodyki przeprowadzenia tej analizy. Wyniki analizy funkcjonalnostrukturalnej wykorzystuje si przy formalizacji procesów decyzyjnych przeprowadzanej w ramach inynierii wiedzy przy tworzeniu baz wiedzy systemów informacyjnych klasy DSS, a proponowana metodyka pozwala usystematyzowa prac poprzedzajc etap formalizacji wiedzy.
Przedstawiono take model formalny zadania podejmowania decyzji oraz model formalny pola
wiedzy dziedziny przedmiotowej procesu funkcjonowania systemu i metodyk jego opisu.
Bibliografia
1.
2.
3.
Wglarz J. Informatyka, wiedza, decyzje. Inynier, wyd. PS, Grudzie
, 2001.
Jackson P. Introduction to expert systems. Addison-Wesley, Massachusetts, 1998.
Tretyakova T. Baza wiedzy systemu ekspertowego „HMDescision” w systemie informacyjnym klasy DSS – podejcie obiektowe. Materiały 4-ej Konferencji Midzynarodowej “Analiza, prognozowanie i zarzdzanie w systemach złoonych” pod patronatem Rosyjskiej Akade-
Tatiana Tretyakova
Metodyka analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych i jej rola w inĪynierii wiedzy
dla systemów informacyjnych
180
4.
5.
6.
7.
8.
9.
mii Nauk, Szczeci
skiej Akademii Morskiej, Szczeci
skiej Akademii Rolniczej, Pa
stwowego Uniwersytetu Komunikacji Wodnej w St.Petersburgie, ISBN 5-8114-0437-9, St.Petersburg,
2005.
Manganelli R., Klein M. Metoda usprawniania organizacji. Warszawa, PWE, 1998.
Chastikov A.P., Gavrilova T.A., Belov D.l. Projektowanie systemów ekspertowych. rodowisko CLIPS., ST Petersburg, BHP-Petersburg, 2003.
Mesarowicz M, Takachara Y. Ogólna teoria systemów: podstawy matematyczne, Moskwa,
Mir, 1978 (w jz. rosyjskim).
Gruber T. R. Toward Principles for Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing //
International Workshop on Formal Ontology, Marcz, Padowo, Italy, 1993.
Tretyakova T. Zarzdzanie wiedz przez zastosowanie ontologii dziedzin. Studia i materiały
Polskiego stowarzyszenia zarzdzania wiedz nr 5., Pod red. J.Kacprzyk, L.Drelichowski,
Bydgoszcz, 2006.
Ovodenko A., Smirnov A., Stepanow, Tretyakova T. Kształtowanie wsparcia informacyjnego
dla wspomagania decyzji w przedsibiorstwie. ST Petersburg, SPbPUUA, 2002.
METHOD OF THE FUNCTIONAL - STRUCTURAL ANALYSIS OF DECISIONMAKING PROCESSES IN KNOWLEDGES ENGINEERING FOR INFORMATION
SYSTEMS
Summary
In article the method of functional - structural analysis of decision-making
processes that precedes their formalization at designing of knowledge bases of information systems is submitted. The method bases on the principles used at the
analysis of processes of functioning of organizational - technical systems. Formal
models of a task of decisions acceptance and fields of knowledge at the object domain of processes are submitted.
Keywords: information system, base of knowledge, engineering of knowledge, decision-making
process, systems analysis, formal model
TATIANA TRETYAKOVA
[email protected]
Wydział Informatyki
Politechnika Szczeci
ska
ul. ołnierska 49, 71- 210 Szczecin, Polska