METODYKA ANALIZY FUNKCJONALNO-STRUKTURALNEJ PROCESÓW DECYZYJNYCH I JEJ ROLA W IN YNIERII WIEDZY DLA SYSTEMÓW INFORMACYJNYCH

Transkrypt

1 METODYKA ANALIZY FUNKCJONALNO-STRUKTURALNEJ PROCESÓW DECYZYJNYCH I JEJ ROLA W IN YNIERII WIEDZY DLA SYSTEMÓW INFORMACYJNYCH TATIANA TRETYAKOVA Wydział Informatyki Politechnika Szczeci ska Streszczenie W artykule przedstawiono metodyk analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych, poprzedzaj cej ich formalizacj przy projektowaniu baz wiedzy systemów informacyjnych. Metodyka opiera si 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, in ynieria wiedzy, proces decyzyjny, analiza systemowa, model formalny 1. Wprowadzenie W rozwi zywaniu ró nego rodzaju problemów gospodarczych przy zarz dzaniu systemami organizacyjno-technicznymi najistotniejsze miejsce zajmuj procesy decyzyjne. Procesy te z reguły s wspierane przez technologie informatyczne ró nej klasy: IIS, MIS, EIS, DSS, BI, ES itd. Jednym z warunków skuteczno ci korzystania z takich systemów jest wysoka jako baz wiedzy w nich zawartych. Wiadomo, e przy budowie baz wiedzy systemów informacyjnych zarz dzania powstaje problem formalizacji procesów decyzyjnych. W publikacji profesora J. W glarza [1] podkre lono zwi zki informatyki i nauk decyzyjnych oraz wa no efektywnej algorytmizacji tych procesów. Zwi zano to z faktem, i formalizacja jest jednym z etapów in ynierii wiedzy przy tworzeniu bazy wiedzy systemów informacyjnych wspieraj cych procesy decyzyjne. Rozwi zanie 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 okre lonymi regułami zarz dzania (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 tak e modele reguł zarz dzania (sterowania) tymi procesami. Modele przebiegu procesów funkcjonowania systemu powinny by przedstawione jako zbiór zwi zków przyczynowo-skutkowych, przez które s uwarunkowane zdeterminowane przej cia stanów badanego systemu.

2 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, Potrzeba analizy funkcjonalno-strukturalnej oraz formalizacji procesów decyzyjnych systemów organizacyjno-technicznych powstaje mi dzy innymi przy wdro eniu technologii informatycznych, wspieraj cych te procesy w organizacjach ró nego typu. W niniejszym artykule rozpatruje si podej cie do przeprowadzenia analizy funkcjonalnostrukturalnej procesów decyzyjnych w celu dalszej ich formalizacji. 2. Rola analizy funkcjonalno-strukturalnej w in ynierii wiedzy Systemy informacyjne (SI), bazuj ce na technologiach informatycznych, słu menad erom wspaniałym narz dziem, wspieraj cym procesy podejmowania decyzji. W praktyce procesy podejmowania decyzji mog by wspierane mi dzy 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, wspieraj cego 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

3 176 Tatiana Tretyakova Metodyka analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych i jej rola w in ynierii wiedzy dla systemów informacyjnych Na rys.2 przedstawiono główne komponenty systemu ekspertowego (SE), który przedstawia sob program komputerowy operuj cy wiedz dziedziny przedmiotowej przy rozwi zywaniu ró nego 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 in ynierii wiedzy jest wa niejszym z zada, zwi zanych z tworzeniem takich systemów. Rozwi zanie problemu reprezentacji wiedzy w postaci algorytmów lub reguł wnioskowania oraz w postaci innych form przedstawienia wiedzy w bazach wiedzy systemów klasy DSS ró nego typu mo liwe jest po przeprowadzeniu analizy funkcjonalno-strukturalnej badanych procesów. Przy tym analizuje si procesy funkcjonowania systemu oraz reguły zarz dzania tymi procesami w sytuacji ich przebiegu w trybie normalnym oraz w sytuacjach niestandardowych (ad hoc). Zwi zano to z tym, e procesy funkcjonowania systemu i odpowiednie reguły zarz dzania tymi procesami ró ni si znacznie w zale no ci od wła ciwo ci procesów, które z kolei zale od wielu czynników, takich jak: typ systemu organizacyjno-technicznego, typ działalno ci gospodarczej, typ procesu gospodarczego, w ramach którego decyzje podejmuje si, poziom podejmowania decyzji. Na wykrycie tych wła ciwo ci pozwala analiza funkcjonalno-strukturalna procesów funkcjonowania systemu i reguł zarz dzania (sterowania) tymi procesami. Wła nie na tym polega rola tej analizy w procesie in ynierii 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 rozwi zywaniu problemów słabo ustrukturalizowanych mo e by ogólnie scharakteryzowany zbiorem: D = < F, C, O, A, K>, (1)

4 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, F - dziedzina przedmiotowa, w której decyzja podejmuje si ; C cele zadania, zwi zanego z rozwi zaniem problemu; O ograniczenia, przy których zadanie wykonuje si ; A zbiór alternatywnych wariantów decyzji odno nie rozwi zania 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 okre- lonych reguł zarz dzania podejmuje si niezb dne decyzje. W celu rozwi zania problemu strukturalizacji i formalizacji procesów funkcjonowania systemu oraz odpowiednich reguł zarz dzania (sterowania) wykrywa si i analizuje si ich wła ciwo ci dla dalszego zastosowania zdobytej informacji w bazach wiedzy systemów klasy DSS. W zwi zku z powy szym mo na wyznaczy główne etapy analizy funkcjonalno-strukturalnej, wyniki której s niezb dne do formalizacji procesów decyzyjnych przebiegaj cych w ramach procesów funkcjonowania systemu: 1. Wyznaczenie ( identyfikacja) procesów funkcjonowania systemu. 2. Wykrycie i analiza wła ciwo ci procesów funkcjonowania systemu (przedstawienie dziedziny przedmiotowej procesów). 3. Okre lenie reguł zarz dzania 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, przyj tymi w metodologii reengineering u [4]. Najwa niejszym w tym zadaniu jest wyznaczenie procesów kluczowych, maj cych znaczenie strategiczne. Etap drugi, zwi zany z przedstawieniem dziedziny ka dego 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 wa niejszym 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 okre lenia reguł zarz dzania procesami funkcjonowania systemu niezb dnym 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 tak e w oparciu o definicje systemu, przedstawion w pracy [6], gdzie kluczowymi poj ciami s : element, zwi zek, własno. Wyniki analizy, przeprowadzonej w ramach tych etapów, pozwol przedstawi skład i tre komponentów funkcjonalnych procesów decyzyjnych oraz zwi zki przyczynowo-skutkowe pomi dzy nimi w postaci modeli infologicznych, które zostan umieszczone w bazie wiedzy DSS.

5 178 Tatiana Tretyakova Metodyka analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych i jej rola w in ynierii wiedzy dla systemów informacyjnych 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 mo na przedstawi w postaci: F (j) kw = {D (j) input, D (j) output,m (j) operation}, (2) F (j) kw - pole wiedzy dziedziny przedmiotowej procesu j, D (j) input - struktura danych wej ciowych procesu j, D (j) output - struktura danych wyj ciowych procesu j, M (j) operation - model operacyjny dziedziny przedmiotowej procesu funkcjonowania j (struktura procesu j, w ramach którego wykonuje si transformacja danych wej ciowych D (j) input w dane wyj ciowe D (j) output). Model operacyjny M (j) operation dziedziny przedmiotowej procesu funkcjonowania j bazuje na przedstawieniu struktury danej dziedziny jako ogólnej struktury, odzwierciedlaj cej struktur poj ciow danej dziedziny S (j) concept i struktur funkcjonaln S (j) funktion, modeluj cej procesy rozwa- a eksperta: M (j) operation = { S (j) concept, S (j) funktion } (3) 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 uporz dkowane poj cia dziedziny przedmiotowej procesu j i modeluje główne wi zi mi dzy poj ciami przedstawionymi w danej ontologii: S (j) concept = < P, R, I, A > (4) P poj cia dziedziny procesu j, R stosunki mi dzy poj ciami dziedziny procesu j, I mechanizm interpretacji poj i stosunków mi dzy poj ciami, A wykorzystywane aksjomaty. Podej cie do opisu ontologii dziedziny przedmiotowej na przykładzie procesu decyzyjnego w warunkach zagro enia zej cia lawiny błotnej został przedstawiony przez autora niniejszego artykułu w [8]. Składowa zmienna dynamiczna S (j) funktion mo e mie form algorytmów przebiegu procesu j, opracowanych w oparciu o drzewa decyzji w sytuacjach standardowych i niestandardowych (ad hoc).

6 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZ DZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 8, 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 wyja nia si przyczynowoskutkowe zwi zki pomi dzy składowymi danego systemu i jego procesów funkcjonowania. Na rys. 3 przedstawiono standardowy schemat przebiegu oceny wa niejszych parametrów procesów systemu produkcyjnego lub usługowego: koszt, czas, jako, wydajno itp. [9]. Rys. 3. Ocena parametrów biznes-procesów Pod wpływem ró nego rodzaju decyzji charakterystyki wej ciowe tych procesów mog zmienia si, co z kolei wpływa na parametry wyj ciowe procesu. Ustalone w wyniku analizy systemowej reguły zarz dzania procesami funkcjonowania systemu mog by przedstawione w formie produkcji (rule-based): if<przesłanka>then<wniosek>. Na podstawie wyników poprzednich etapów mo liwe jest opracowanie modeli infologicznych, zawieraj cych nie tylko algorytm procesu decyzyjnego, a tak e informacj niezb dn dla realizacji ka dego 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 in ynierii wiedzy przy tworzeniu baz wiedzy systemów informacyjnych klasy DSS, a proponowana metodyka pozwala usystematyzowa prac poprzedzaj c etap formalizacji wiedzy. Przedstawiono tak e model formalny zadania podejmowania decyzji oraz model formalny pola wiedzy dziedziny przedmiotowej procesu funkcjonowania systemu i metodyk jego opisu. Bibliografia 1. W glarz J. Informatyka, wiedza, decyzje. In ynier, wyd. PS, Grudzie, Jackson P. Introduction to expert systems. Addison-Wesley, Massachusetts, Tretyakova T. Baza wiedzy systemu ekspertowego HMDescision w systemie informacyjnym klasy DSS podej cie obiektowe. Materiały 4-ej Konferencji Mi dzynarodowej Analiza, prognozowanie i zarz dzanie w systemach zło onych pod patronatem Rosyjskiej Akade-

7 180 Tatiana Tretyakova Metodyka analizy funkcjonalno-strukturalnej procesów decyzyjnych i jej rola w in ynierii wiedzy dla systemów informacyjnych mii Nauk, Szczeci skiej Akademii Morskiej, Szczeci skiej Akademii Rolniczej, Pa stwowego Uniwersytetu Komunikacji Wodnej w St.Petersburgie, ISBN , St.Petersburg, Manganelli R., Klein M. Metoda usprawniania organizacji. Warszawa, PWE, Chastikov A.P., Gavrilova T.A., Belov D.l. Projektowanie systemów ekspertowych. rodowisko CLIPS., ST Petersburg, BHP-Petersburg, Mesarowicz M, Takachara Y. Ogólna teoria systemów: podstawy matematyczne, Moskwa, Mir, 1978 (w j z. rosyjskim). 7. Gruber T. R. Toward Principles for Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing // International Workshop on Formal Ontology, Marcz, Padowo, Italy, Tretyakova T. Zarz dzanie wiedz przez zastosowanie ontologii dziedzin. Studia i materiały Polskiego stowarzyszenia zarz dzania wiedz nr 5., Pod red. J.Kacprzyk, L.Drelichowski, Bydgoszcz, Ovodenko A., Smirnov A., Stepanow, Tretyakova T. Kształtowanie wsparcia informacyjnego dla wspomagania decyzji w przedsi biorstwie. ST Petersburg, SPbPUUA, METHOD OF THE FUNCTIONAL - STRUCTURAL ANALYSIS OF DECISION- MAKING 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 ttretiakowa@wi.ps.pl Wydział Informatyki Politechnika Szczeci ska ul. ołnierska 49, Szczecin, Polska