Субстратный подход – методология и технология качественной оптимизации систем и процессов управления

16 февраля 2015

7398

Автор нового направления в менеджменте «Субстратный подход»

Разработана методология построения систем и процессов, направленная на достижение системного эффекта, т.е. на качественную оптимизацию целевых функций управления при заданных ограничениях. Детализировано и уточнено понятие субстратного гомоморфизма, на базе которого построена серия гомоморфных моделей для обучения методам субстратной оптимизации систем и процессов управления, для развития специального способа мышления и для тестирования руководителей. Построена гносеологическая схема анализа управленческих проблем и алгоритм синтеза качественно оптимальных стратегий управления.

Ключевые слова: субстратный подход, оптимизация управления, гносеологическая схема, алгоритм достижения системного эффекта, качественная оптимизация систем, качественная оптимизация управления.

Введение

Окружающий нас мир непрерывно развивается в направлении качественной оптимизации систем и, следовательно, усложняется. С позиций управления при этом, естественно, возникают два вопроса:

Как преодолеть сложность объектов управления для его качественной оптимизации?
Как строить стратегии качественной оптимизации управления с целью достижения конкурентных преимуществ?

Ответы на эти вопросы дает разработанная автором совместно с А.А. Гагаевым (Мордовский университет) парадигма субстратного подхода [1-29]. Под качественной оптимизацией систем здесь понимается процесс нахождения такого способа соединения элементов в систему, при котором эта новая система достигает системного эффекта, т.е. приобретает новые свойства. Одним из вариантов новых свойств является феномен достижения максимума или минимума численно выражаемой целевой функции управления при заданных ограничениях.

1. Система и системный подход. Система – это совокупность элементов, находящихся во взаимодействии. Раздел философии, который изучает системы и формулирует понятие системного эффекта, называется системным подходом или свойством целостности. Это понятие произошло от тезиса Гегеля: «Целое больше простой суммы частей». Второй тезис Гегеля посвящен проблеме познания и формулируется так: «Чтобы познать часть, нужно познать целое».

2. Гносеологическая схема – инструмент субстратного анализа процессов управления. Эта схема (рис. 1) является результатом многолетнего анализа проблем управления на философском уровне их понимания с целью разработки алгоритма синтеза выявленных ключевых моментов (субстратов) в такую систему управления, которая бы обладала свойством ее качественной оптимальности. В основу схемы положена идея субстратной декомпозиции проблемы, т.е. идея такого способа разбиения проблемы на части, при котором выявляются все наиболее значимые с точки зрения качественной оптимизации целевой функции управления её аспекты. Такими аспектами, как оказалось, являются следующие моменты анализа:

Разбиение процесса мышления на уровни абстрагирования.
Разбиение информационного контекста проблемы управления на классы.
Выявление ключевых моментов оптимизации управления в каждом классе.

Рис. 1. Гносеологическая схема связи категорий (главных понятий), этапов познания и промежуточных систем при построении качественно оптимальных систем и стратегий управления методами субстратного подхода

3. Субстратный подход и алгоритм достижения системного эффекта

В результате такого анализа был сформулирован обобщенный алгоритм синтеза сформированных элементов будущей системы в виде последовательности движения по уровням абстрагирования гносеологической схемы, которые идентифицируются числами от 0 до 4 включительно. Этот алгоритм имеет такую запись: 0 – 4 – 3 – 2 – 1 – 0. В более детализированном виде алгоритм достижения системного эффекта представлен на рис. 2.

Рис. 2. Алгоритм достижения системного эффекта и субстратной оптимизации систем в виде итерационного процесса. Цифры – это номера уровней абстрагирования

Здесь классы – это фрагменты информационного контекста проблемы, которые ранжируются по степени влияния на целевую функцию управления, а субстраты – ключевые моменты управления, направленные на оптимизацию целевой функции. Более строгое определение субстрата, приведенное А.А. Гагаевым звучит так: «Субстрат – это общее в классе объектов, подведенное под отношение целесообразности» [29]. В более популярном изложении это можно представить следующим образом. Отношение целесообразности говорит о необходимости формулирования цели управления. Оказывается, что в информационном контексте проблемы можно выделить своеобразные области, т.е. классы, общими моментами в которых являются субстраты – ключевые моменты оптимизации. На приведенных ниже моделях будет дан подробный анализ этих понятий.

4. Модели качественно оптимального управления и их свойства. Модель – это объект любой природы (материальный или идеальный), с помощью которого мы получаем информацию о другом объекте, т.е. о системе или процессе управления, об оптимальной стратегии управления и т.п.

Важнейшими свойствами моделей являются следующие их особенности:

Модель должна обладать свойством целостности, т.е. нести новую информацию. Для этого при построении моделей управления и применяется алгоритм достижения системного эффекта.
Модель должна обладать свойством субстратного гомоморфизма, который заключается в том, что модель описывает не весь моделируемый объект, а только его некоторую часть, называемую классом и соответствующий этому классу субстрат. Например, теорема Пифагора является гомоморфной моделью любого прямоугольного треугольника. Классом в этом случае является проблема соотношения длин сторон катетов и гипотенузы, а субстратом – сама формула теоремы Пифагора. Другой гомоморфной моделью того же прямоугольного треугольника является формула вычисления его площади. Приведенное определение субстратного гомоморфизма и алгоритма достижения системного эффекта применимо к объектам разной физической природы, что очень важно при применении данной теории не практике.
Модель чаще всего принципиально не похожа на объект моделирования. Действительно, запись теоремы Пифагора в виде формулы совершенно не похожа на моделируемый прямоугольный треугольник. Это важно понимать, поскольку приведенные ниже модели оптимального управления производственным предприятием или государством совершенно не похожи на указанные объекты управления.

5. Гомоморфная модель качественной оптимизации управления государством.

Покажем на примере, как работает субстратный подход при решении задачи построения оптимальной стратегии управления достаточно сложным объектом, который является гомоморфной моделью управления государством. В качестве моделируемого класса возьмем проблему соединения элементов в систему (в стратегию оптимального управления), которая должна достигать системного эффекта и качественно моделировать заранее сформулированную целевую функцию управления. При этом мы будем решать следующие педагогические проблемы:

Объяснить на наглядном примере технологию субстратной оптимизации стратегий управления.
Показать пример модели управления реальным объектом, обладающей свойством субстратного гомоморфизма.
Провести тестирование способностей испытуемых на предмет того, смогут ли они построить качественно оптимальную стратегию управления.
Обучить участников тренинга методам построения качественно оптимальных стратегий управления.

На рис. 3 показан фрагмент модели управления таким объектом в виде базы данных. В деловой игре участвуют от 9 до 12 человек. Каждый участник представляет свою организацию, которая получает первоначальный капитал в 1000 долларов. В процессе управления объектом учитывается количество инвестиционных проектов (ставок) стоимостью от 1 до 9 долларов включительно и такое же количество инновационных проектов в виде реализации ходов фишками на игровом поле (рис. 4).

Рис. 3. База данных деловой игры Evol_132

Рис. 4. Игровое поле модели Evol_132

На рис. 3 и рис.4 показаны фрагменты тренинга шахматистов в курортном комплексе «Газпром-Ямал» (Туапсинский район) в марте 2013 г. В книге [20] дано подробное описание этого тренинга. В графе NN на рис. 3 приведены порядковые номера игроков, в графе Ho показан их возраст, в графе Ms приведены занятые места в соревновании, в графе Capital приведены достигнутые величины капитала управляемой фирмы, в графе kol_hod показано общее количество сделанных ходов, в графе Hod приведено количество удачных проектов, выполненных каждым игроком. На рис. 4 приведен промежуточный результат соревнований. Хорошо видна высокая сложность нахождения закономерностей в расположении фишек.

Интересно заметить, что после такого тренинга, проводимого в течение недели, шахматист Артем Трубчанинов стал чемпионом мира по шахматам. Это звание он завоевал буквально через полтора месяца на чемпионате мира среди школьников. Турнир прошел в греческом городе Порто-Каррас на полуострове Халкидики. В нем приняли участие 550 человек из 42 стран [20]. На рис. 3 видно, что второе место заняла Бешукова Алина. Интересно, что через несколько месяцев она блестяще подтвердила свой высокий рейтинг владения субстратной рефлексии. На Рис. 20.13. в книге [20] приведена фотография, на которой показаны: победитель личного Кубка Европы по шахматам среди мальчиков до 10 лет Артем Трубчанинов со своим тренером Эртель Анатолием Григорьевичем и Алиной Бешуковой, занявшей 7 место в личном Кубке Европы по шахматам среди девочек до 12 лет. Анализируя эти факты обратим внимание на высокую корреляцию между результатами тестирования шахматистов с помощью деловой игры Evol_132 и результатами международных соревнований по шахматам. Анализ приведенной выше информации так и наталкивает на мысль о том, что не стоит ли применить этот прием в организации качественно оптимального государственного управления путем предварительного тестирования претендентов на высокие командные должности в правительстве.

Описываемая деловая игра моделирует, в частности, работу пяти законов кибернетики в процессе решения проблем качественно оптимального управления объектом:

Закон черного ящика, который гласит, что при управлении любым объектом мы анализируем входные воздействия на объект управления (черный ящик, законы функционирования которого заранее не известны) и выходные воздействия. Субстратный подход дает инструмент построения модели функционирования черного ящика с целью дальнейшей оптимизации процесса управления.
Закон обратной связи, который гласит, что анализируя входные и выходные воздействия, мы должны построить оптимальную стратегию управления объектом. Субстратный подход дает возможность решить и эту проблему. Целевой функцией управления для каждого игрока является величина его капитала, который нужно максимизировать в рамках имеющихся ограничений на процесс управления.
Закон эмерджентности утверждает, что в процессе управления мы должны получить несколько системных эффектов: построить качественно оптимальную модель функционирования черного ящика, построить качественно оптимальную стратегию управления объектом, максимизировать целевую функцию управления.
Закон внешнего дополнения утверждает, что для построения качественно оптимальной стратегии управления объектом необходимо привнести нечто извне. В качестве внешнего дополнения мы рассматриваем субстратный подход, с помощью которого мы качественно оптимизируем процесс управления объектом.
Закон необходимого разнообразия утверждает, что сложность системы управления должна превышать сложность управляемого объекта. Заметим, что сложность управляемого объекта предельно высока и приближается к сложности реальных объектов, например, государственного управления. В этом можно убедиться только принимая участие в деловой игре. Что касается сложности управляющей системы, т.е. сложность гносеологической схемы и алгоритма достижения системного эффекта, то можно сказать, что сложность их находится на пределе. Подтверждением этого тезиса являются, например, следующие факты: уровни абстрагирования, классы, субстраты и алгоритм достижения системного эффекта в совокупности образуют конгломерат сверх сложных объектов анализа и синтеза.

6. Субстратная рефлексия – способ мышления при решении задач субстратной оптимизации. В психологии мышления известны следующие логические операции: абстрагирование, обобщение, классификация, сравнение, анализ, синтез, индукция и дедукция. Субстратный подход с помощью гносеологической схемы и алгоритма достижения системного эффекта позволил объединить эти операции в единый способ мышления, который А.А. Гагаев назвал субстратной рефлексией [29]. Абстрагирование, как известно, - это процесс выделения главного при анализе ситуации управления. Но субстратный подход позволяет проводить анализ на пяти уровнях абстрактного мышления. Уже один этот факт говорит о высокой перспективности субстратного подхода как принципиально нового научного направления в теории управления. Абстрагирование, таким образом, является важнейшим элементом декомпозиции проблемы управления, решения задачи по частям, субстратного анализа проблемы. Не менее важную роль в субстратной теории оптимизации управления играет функция обобщения. Только выделяя общее с помощью гносеологической схемы мы существенно упрощаем нашу задачу. Классификация в субстратном подходе приобретает совершенно новый смысл. Выявление значимых классов (фрагментов) информационного контекста – важнейший этап субстратной оптимизации управления. К сожалению, показать работу классов и субстратов можно только в динамике выполнения игровых ситуаций, а в статье мы имеем как бы дискретные фотографии отдельных разрозненных моментов решения проблемы. Мыслительная операция сравнения применяется на каждом шаге анализа ситуации управления. Только путем сравнения субстратных классов информационного контекста мы можем выявить наиболее значимые субстраты, из которых впоследствии мы и строим качественно оптимальную стратегию управления объектом. Таким образом, сравнение классов – это элементы анализа, а соединение субстратов в стратегию является примером синтеза. Переход от нулевого уровня абстрагирования к наивысшему четвертому уровню является индукцией. Иначе это называется индуктивным мышлением. Движение мысли от четвертого уровня абстрагирования, через уровень с номером три ко второму уровню абстрагирования является ярким примером дедуктивного мышления. В результате мы наблюдаем еще один вариант достижения системного эффекта в точном соответствии с алгоритмом, приведенном на рис. 2. Получается, что при каждом ходе игроки должны выявлять классы объектов, в данном случае совокупности фишек, выявлять в них закономерности, т.е. субстраты и принимать качественно оптимальные решения управления объектом. Самым главным классом и соответствующим ему субстратом, естественно, является начальный закон распределения фишек, к которому игроки и пытаются приблизиться при каждом ходе. Существенно, что при каждой новой игре этот закон меняется и поэтому процесса привыкания у игроков и зрителей не наступает. Правила деловой игры построены таким образом, чтобы качественно минимизировать вероятность получения случайных преимуществ в процессе соревнования игроков.

7. Пример выявления классов и субстратов при принятии текущих качественно оптимальных решений. В процессе игры из фишек, которые уже поставлены на игровое поле самоорганизуются синергетические фракталы, которые являются текущими классами, имеющими свои текущие субстраты. Например, на рис. 4 хорошо видны три зигзагообразные последовательности из четырех цифр 9812. Представим их в виде последовательности шахматных кодов стоящих фигур: A8,A9,B9,C9; I2,I1,H1,G1; A3,A2,A1,B1. С одной стороны это фракталы с точки зрения синергетики. С другой стороны это классы с точки зрения субстратного подхода. Текущим субстратом, т.е. общим моментом выявленных классов является зигзагообразная цепочка цифр 9812. Поэтому логически неизбежным и одновременно качественно оптимальным ходом в данной ситуации для текущего игрока Дашиной Софии является ход цифрой 9 на поле G9, который дополняет цепочку фигур H9,I9,I8 (812) до требуемой цепочки 9812. При этом, если Дашина София смогла успешно провести приведенные выше рассуждения в духе субстратной рефлексии, то перед качественно оптимальным ходом цифрой 9 на поле G9 она должна будет назначить ставку 9, чтобы максимально повысить свой личный капитал, который в данный момент составляет 884 доллара. Это видно в окне нижней строки экрана.

База данных контрольной регистрации сделанных ходов показывает, что Дашина София блестяще справилась с этой задачей качественной оптимизации стратегии игры. Это говорит о том, что восьмилетняя шахматистка достаточно хорошо владеет субстратной рефлексией и успешно применяет ее при качественно оптимальном управлении гомоморфными моделями. Но очередного игрока Лукьянченко Алису ждет не менее трудная задача выявления только что сформированного фрактала в виде зигзагообразной цепочки уже из пяти цифр 39812. При этом единственным качественно оптимальным местом, куда можно поставить фишку с цифрой 3 является поле G8. Протокол игры показывает, что и Лукьянченко Алиса успешно решила эту задачу субстратной оптимизации. Единственное её опущение состояло в том, что она не догадалась сделать максимальную ставку 9, а сделала не качественно оптимальную ставку 4. Фрагмент этого рассуждения о величине ставки описывает еще один класс «Выбор ставки перед каждым ходом». Субстратом в этом случае является следующий тезис «Если выявил текущее оптимальное решение, то делай ставку 9, в противном случае делай ставку 1 или проводи статистический анализ ситуации и определяй вероятность угадывания правильного хода и из этих соображений выбирай величину ставки в зависимости от априорной вероятности угадывания».

8. Законы функционирования модели Evol_132. Игроки по очереди выбирают величину ставки, номер фишки и свободное поле, куда ее можно поставить. Система искусственного интеллекта продукционного типа, моделирующая черный ящик, дает выходные сигналы двух видов: удачный ход и неудачный ход. В случае удачного хода звучит торжественная музыка и ставка прибавляется к капиталу. В случае неудачного хода фишка автоматически убирается с поля, звучит хохот и ставка вычитается из капитала. Результаты игры фиксируются в базе данных о количестве ходов, о величине капитала, в виде графиков изменения индивидуального капитала каждого игрока методом контрольных карт, в виде графика изменения во времени суммарного капитала всех фирм. У непосвященного на первых порах может возникнуть мысль, что суть игры состоит в элементарном угадывании номера фишки и места, куда ее нужно поставить. На самом деле идет сложнейший процесс выявления законов функционирования системы управления методами субстратного подхода с последующим построением оптимальной стратегии управления указанным объектом. При этом построить оптимальную модель функционирования объекта управления и оптимальную модель управления этим объектом можно только с помощью алгоритма достижения системного эффекта, в котором учитываются уровни абстрагирования, цель управления, классы и соответствующие им субстраты, результаты каждого итерационного процесса приближения к оптимальному управлению.

В основе субстратной теории оптимизации стратегий положен принцип текущего контроля каждого хода. Поэтому в процессе игры методом контрольных карт строятся следующие графики экономических показателей:

График изменения суммарного капитала всех игроков (рис.5). Этот график характеризует общий командный тренд экономического показателя.
Графики изменения индивидуального капитала каждого игрока (рис. 6-8). Эти графики характеризуют стиль мышления каждого игрока. Важнейшими показателями качества мышления игрока в стиле субстратной рефлексии являются: величина капитала, количество правильных ходов, координаты точки бифуркации, которая показывает момент выявления основных субстратов (ключевых моментов оптимизации стратегии).

На графике суммарного капитала игроков (рис. 5) тренд суммарного капитала идет на легкое понижение, что говорит о сравнительно слабой общей стратегии. При этом в точке с абсциссой 148 кривая пересекла синюю линию банкротства.

Рис. 5. График изменения суммарного капитала игроков. Понижение суммарного капитала говорит о слабой общей стратегии

Рис. 6. График изменения личного капитала победителя соревнований Артема Трубчанинова. Он получил лучшее конечное значение личного капитала 1009.

В процессе турнира ему удалось попасть в зону финансового благополучия (выше верхней зеленой горизонтали), но он не смог там удержаться на достигнутом уровне финансового благополучия своей фирмы.

Важно понимать, что результативность деловой игры определяется оптимальностью анализа ситуации управления буквально после каждого хода на игровом поле. Этот факт является ничем иным, как свойством субстратного гомоморфизма моделей в виде деловой игры, а объектом моделирования является кибернетический черный ящик, который описывает проблемы субстратной оптимизации управления заводом, государством, межгосударственными объединениями и т.д.

Если мы это понимаем, то следующим шагом к качественной оптимизации управления государством как раз и является проведение тренингов для представителей высшего руководства страны.

Рис. 20.7. График изменения личного капитала Бешуковой Алины, которая заняла второе место по всем показателям стратегического мышления. В точке с абсциссой 2 автоматически сгенерировалась точка бифуркации, которая характеризует момент нахождения субстратов для построения оптимальной стратегии

Рис. 8. График изменения личного капитала Тимура Трубчанинова. Интересно то, что братья имеют очень похожие формы кривых личного капитала. Но по конечному значению достигнутого капитала Тимур отстает от Артема.

9. Вариант применения субстратного подхода для качественной оптимизации государственного управления. Понятно, что наибольший эффект технология субстратной оптимизации может дать при ее применении на уровне государственного управления. Во-первых, это уровень самой высокой ответственности принимаемых решений. Во-вторых, только на этом уровне можно использовать максимум необходимых ресурсов: финансовых, кадровых и временных. Для решения этой проблемы автором разработан проект «Качественная оптимизация государственного управления», который включает в себя следующие основные моменты:

Формирование команды высокоинтеллектуальных представителей структур высшего управления городом или областью.
Процесс тестирования претендентов проводится с помощью деловой игры Evol_132, которая позволяет протестировать в течение двух часов 9 человек. Каждому тестируемому выдается сертификат с указанием его субстратного рейтинга, представленного трехзначным числом.
Процесс тестирования может сопровождаться элементами обучения методам построения качественно оптимальных стратегий управления на субстратных гомоморфных моделях.
После проведения такого тестирования среди пяти-шести ведущих подразделений управления городом или областью проводится формирование команды, ее дополнительное обучение и коллективное решение организационных и экономических проблем города или государства методом мозгового штурма. Результаты изменения трендов экономических показателей предлагается оценивать с помощью статистического коэффициента Манна-Уитни или любым другим способом, предложенным командой руководителей.
Афиширование процесса проведения такого проекта на уровне высшего руководства РФ должно повысить международный имидж РФ и подтолкнуть мировых лидеров к необходимости применения такой технологии для решения проблемы выхода из мирового кризиса.

Заключение

Резюмируя сказанное, можно сделать следующие выводы:

Построена не имеющая мировых аналогов парадигма качественной оптимизации любых систем в любой сфере профессиональной деятельности. В данной статье приведены примеры применения субстратного подхода в управлении предприятием или государством.
Важнейшим моментом практической реализации технологии качественной оптимизации систем и процессов управления является владение высшим управленческим персоналом страны субстратной рефлексией. Для достижения этой целевой функции управления автором разработана серия тренингов, деловых игр, тестов и учебных задач.

Вам может быть интересно