Раздел V. Экспериментальные исследования

Экспериментальные исследования в зависимости от метода получения эмпирических знаний

об объекте различаются как экспериментирование, тестирование и диагностика. Получение знаний с

использованием любого из методов исследования основывается на специальной методологии и

теории. Наибольшее развитие получили теория и методология эксперимента и тестирования систем.

Основные их аспекты даются в приложении к исследованию системы управления.

Диагностика управления как системная оценка причин событий, следствием которых является

неэффективное функционирование организации, находится в стадии становления как самостоятель-

ной научной дисциплины. Методы экспериментальных исследований взаимоувязаны: диагностика

определяет необходимость тестирования или проведения эксперимента, тестирование призывает на

помощь диагностику или эксперимент.

Тема 13. Экспериментирование в управлении

ОРГАНИЗАЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ

13.1. Классификация экспериментов

Эксперимент (проба, опыт) – метод познания, при помощи которого в контролируемых и

управляемых условиях исследуются явления действительности. Нередко главной задачей

эксперимента служат проверка гипотез и предсказание теории, имеющей принципиальное значение.

В связи с этим эксперимент, как одна из форм практики, выполняет функцию критерия истинности

научного познания в целом.

Изложим несколько фундаментальных правил проведения эксперимента, сформулированных

выдающимся французским математиком и теоретиком науки А. Пуанкаре (1854–1912) [19, 79].

1. ｫЕсли, установлено какое-либо правило, то, прежде всего, мы должны исследовать те

случаи, в которых это правило имеет больше всего шансов оказаться не вернымｻ.

2. В эксперименте ｫуходя далеко в пространстве и во времени, мы должны ожидать, что

наши обычные правила там совершенно рушатся. И именно это великое разрушение часто

может помочь нам лучше усмотреть и лучше понять те небольшие изменения, которые

могут происходить вблизи нас сейчас и привести к разрушению в будущемｻ.

3. Исследователь должен ｫсосредоточить свое внимание главным образом не столько на

сходствах и различиях, сколько на тех аналогиях, которые часто скрываются в кажущихся

различияхｻ.

4. Исследователь должен ｫсконцентрировать много опытов, много мыслей в небольшом

объемеｻ.

Постановка и организация эксперимента определяется его назначением, которое __________весьма

многогранно, что и породило множество признаков различия экспериментов [65, 68].

Эксперименты различаются:

а) степенью воздействия на изучаемый объект – активный, пассивный;

б) организацией проведения – лабораторный, натурный;

в) характером взаимодействия с объектом исследования – материальный (классический), вы-

числительный, мыслительный;

г) ожидаемым результатом – качественный, количественный;

д) числом варьируемых факторов – однофакторный, многофакторный;

е) природой изучаемого объекта или явления – физический, экономический, социометри-

ческий, технологический и др.

Рассмотрим особенности основных видов эксперимента.

Активный эксперимент – это когда исследователю удается выделить и оценить домини-

рующие факторы, варьировать переменными и параметрами, ставя опыты по разработанной и

осмысленной программе. В целом активный эксперимент – это осуществление сознательного поиска

варианта лучшего исполнения действия. Пассивный эксперимент предусматривает только

наблюдение или измерение параметров и переменных, характеризующих функционирование объекта,

т.е. тестирование. В дальнейшем в понятия ｫэкспериментｻ и ｫэкспериментированиеｻ вкладывается

суть активного эксперимента.

120

Лабораторные эксперименты проводят с применением специальных моделирующих систем

и установок, стендов, а также измерительных приборов и других способов изучения. При достаточно

полном научном обосновании исследований они позволяют получить ценную научную информацию

с минимальными затратами времени и средств. В теории организационного управления лабораторные

эксперименты – это, как правило, вычислительные эксперименты, состоящие в проведении на

вычислительных комплексах или системах экспериментов с математическими и имитационными

моделями, описывающими поведение сложных процессов и систем в течение заданного периода

времени. К особому классу лабораторных экспериментов следует отнести деловые игры, ｫcase –

stadeｻ и компьютерные системы для решения практических задач управления.

Натурные эксперименты имеют целью изучить функционирование процессов или системы в

целом в реальных условиях с учетом воздействия разного характера случайных факторов внутренней

и внешней среды. Вследствие, как правило, громоздкости опытов требуется тщательное продумы-

вание и планирование эксперимента. Одной из разновидностей натурного эксперимента является

производственный эксперимент, часто сводящийся к сбору материалов в организациях, которые

накапливают по стандартным формам. Ценность их заключается в том, что они систематизированы

по единой методике за многие годы. Такие материалы хорошо поддаются обработке методами

математической статистики и теории вероятностей. В ряде случаев производственный эксперимент

эффективно проводить методом анкетирования. Для изучаемого процесса составляют тщательно

продуманную методику. Основные данные собирают методом опроса по предварительно составлен-

ной анкете. К результатам опроса следует относиться с особой тщательностью, поскольку они не

всегда содержат достаточно надежные данные.

В зависимости от сложности темы научного исследования объем проведения экспериментов

может быть различным. Для подтверждения рабочей гипотезы в лучшем случае достаточно будет

проведение лабораторных экспериментов. В худшем – потребуется серия экспериментальных

исследований, включающая, например, поисковые, лабораторные и производственные исследования.

Материальный эксперимент, в дальнейшем именуемый классическим, представляет собой

форму объективной материальной связи сознания с внешним миром. Объектом исследования

являются реальные системы, а также их физические и аналоговые модели.

Вычислительный эксперимент – современная технология экспериментирования на ЭВМ с

моделью функционирования объекта, рассматриваемого в течение продолжительного периода

времени.

Мыслительный эксперимент является одной из форм умственной деятельности познающего

субъекта, в процессе которой воспроизводится в воображении структура реального эксперимента.

Поэтому он нередко выступает в роли идеального плана реального эксперимента и предшествует ему.

Качественный эксперимент ставится с целью установить наличие или отсутствие

предполагаемого теорией явления. Количественный, или измерительный, эксперимент проводится

для выявления количественной определенности какого-либо свойства изучаемого объекта или

системы.

Однофакторный и многофакторный эксперименты. Начиная эксперимент, исследователь

ｫпогружаетсяｻ в пространство факторов или независимых переменных. В этом контексте для

исследователя существуют два классических подхода: получить решение однофакторным или

многофакторным методом. Концепция многофакторного эксперимента – концепция оптимального

использования пространства независимых переменных.

Социометрический эксперимент используется для изучения существующих межличностных

социально-психологических отношений в малых группах с целью их последующего изменения.

Технологический эксперимент направлен на изучение элементов и всего технологического

процесса в целом. Аналогично можно говорить об экономическом эксперименте, эксперименте по

обучению персонала и т.д.

13.2. Методология эксперимента

13.2.1. Общие положения

В силу сложности экспериментальных исследований, прежде чем приступить к ним,

необходимо разработать методологию эксперимента. Методология эксперимента – это концепция,

общие принципы, структура эксперимента, его постановка и последовательность выполнения

экспериментальных исследований.

121

Цель разработки методологии эксперимента – это экономия мысли и экономия труда. Одним

из направлений, позволяющим осуществить сформулированную цель, является применение

математических методов планирования эксперимента. По определению В.В. Налимова [64], ｫплани-

рование эксперимента – это оптимальное управление экспериментом при неполном знании

механизма явленияｻ.

В основу планирования эксперимента положены такие принципы теории эксперимента, как

последовательность проведения, рандомизация, оптимальное использование факторного про-

странства и математическое моделирование.

Планы ｫоптимального экспериментаｻ реализуются в такой последовательности:

1) оценка информации и определение n факторов, наиболее существенных для исследуемого

процесса;

2) использование математической модели в виде линейной функции отклика;

3) анализ выбранной модели;

4) нахождение экстремума в области n-мерного факторного пространства путем исполь-

зования полинома k-й степени;

Логически выстроенная последовательность этапов применения специальных положений,

правил, методов, способов и приемов исследования для достижения цели эксперимента отобра-

жается в виде методики эксперимента. Число этапов и содержание исследований зависят от способа

изучения объекта. Перейдем к изучению содержания этапов классического и вычислительного

экспериментов.

13.2.2. Классический эксперимент

Процесс выполнения классического (материального) эксперимента структурируется на

следующие последовательно выполняемые этапы.

Этап 1: постановка проблемы, обоснование целей и задач эксперимента. Содержание первого

этапа зависит от того, какой проблемой обусловлен эксперимент, т.е. совершенствование, развитие

или реорганизация системы управления.

Этап 2: формализация изучаемой реальности. Началом изучения объекта следует считать:

а) построение его структурной модели;

б) сбор, изучение и анализ имеющихся данных об объекте;

в) определение входных X

−

(экзогенных) и выходных Y

−

(эндогенных) параметров, а

также параметров преобразования (управляемых переменных) – Z

−

.

Этап 3: обоснование средств и требуемого количества измерений или наблюдений, которые

рассматриваются в качестве источников сбора информации. Для измерения в первую очередь

используются стандартные, серийно выпускаемые приборы и аппараты. В отдельных случаях

возникает потребность в создании уникальных средств измерения.

Этап 4: проектирование процесса проведения эксперимента. В начале составляют последо-

вательность (очередность) проведения измерений и наблюдений в приложении к структурной модели

объекта. Затем каждую операцию измерения описывают с учетом выбранных измерительных

средств.

Этап 5: планирование эксперимента. Началом планирования эксперимента является выбор

варьируемых факторов и установление основных и второстепенных, влияющих на исследуемый

процесс. Вначале анализируются расчетные схемы процесса. На основе этого классифицируются

все факторы и составляют из них убывающий по важности ряд для данного эксперимента. Здесь же

задаются границы изменения каждого входного Xi, например, (Ximax – Ximin), и параметра

преобразования Zk, проверяется независимость между входными переменными и строится матрица

планирования факторного эксперимента, устанавливающая соответствие между факторами Xi и Yi .

Этап 6: выбор методов обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных

сводится к систематизации всех чисел, классификации и анализу. Результаты экспериментов

должны быть сведены в удобные формы записи – таблицы, графики, формулы, номограммы,

позволяющие быстро сопоставить полученные результаты. Особое внимание должно быть уделено

математическим методам обработки опытных данных – аппроксимации каким-либо видом

эмпирической зависимости, проверке адекватности модели, нахождению критериев и

доверительных интервалов.

122

13.2.3. Вычислительный эксперимент

Принципиальное отличие вычислительного эксперимента от классического состоит в том, что

он проводится не с реальной системой, а с ее моделью. Под вычислительным экспериментом

понимается численный метод проведения экспериментов с математическими и имитационными

моделями, описывающими поведение сложных систем в некоторый период времени. В процессе

вычислительного эксперимента исследователь имеет дело с тремя основными модулями: реальным

объектом (система), имитационной моделью объекта и информационно-вычислительной системой

(ИВС) (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Агрегированная структура вычислительного эксперимента

В понятие ｫимитационная модель объектаｻ (или имитация) при вычислительном экспе-

рименте вкладывается широкий смысл. Здесь понимается не только ｫчистоｻ имитационная модель,

но и комплекс математических моделей, описывающих функционирование системы разной природы.

Таким образом, вычислительный эксперимент – это всегда имитация некоторой реальности.

Область применения вычислительных экспериментов в экономике и управлении простирается

от имитации конкретных видов деятельности до имитации функционирования корпорации и даже

экономики страны с применением различного класса моделей. Вычислительные эксперименты

позволяют исследовать все то, что не подвластно классическому эксперименту, а именно:

а) изучить сложные внутренние взаимодействия подсистем и элементов системы и воз-

действие на их функционирование различного характера изменений во внешней среде;

в) вскрыть важные особенности функционирования системы и разработать предложения по ее

совершенствованию;

г) получить новые знания, изучить и оценить новые ситуации, располагая неполной инфор-

мацией о событиях будущего;

д) проработать варианты стратегий и политики и предсказать узкие места и другие трудности

до их фактического применения.

Схема основных этапов вычислительного эксперимента, составленная с учетом рекомендаций

из [65, 112], приводится на рис. 13.2.

Дадим краткое пояснение выделенным на рис. 13.2 этапам вычислительного эксперимента.

Как и любое исследование, вычислительный эксперимент начинается с формулировки проблемы

(этап 1) и ясного изложения целей эксперимента.

Цели эксперимента задают в виде:

а) рабочих гипотез, которые надо проверить;

б) вопросов, на которые надо ответить;

в) управляющих воздействий, которые надо оценить.

Построению базовой модели всегда предшествует принятие гипотезы об особенностях

функционирования исследуемой системы (этап 2), например, она динамическая или статическая,

детерминированная или вероятностная, характер ее функционирования непрерывный или дискрет-

ный и т.д. (см. тему 8). При построении имитационной модели системы (этап 3) возникает несколько

проблемных вопросов:

Реальная

система

Имитационная

ИВС модель

Воздействие Создание модели

Экспериментирование

123

1) о сложности модели – надо строить такие математические модели, которые давали бы

точное описание поведения системы и не требовали бы сложного программирования и

вычисления;

2) о продолжительности программирования и вычислений на ЭВМ – эксперимент должен

проходить за приемлемое для исследователя время;

3) об адекватности модели описываемой реальности. Пока этот вопрос не решен, ценность

модели остается незначительной, а имитационный эксперимент превращается в

упражнение.

Рис. 13.2. Содержание и последовательность этапов вычислительно эксперимента

Разработка программного обеспечения эксперимента (этап 4) включает создание комплекса

программ компьютерной имитации, организацию данных и начальных условий функционирования

системы, а также генерирование недостающих данных.

Наиболее сложной задачей, выполняемой на этапе 5, является планирование вычислительного

эксперимента, так как тип плана эксперимента всегда зависит от поставленной цели и исследуемого

объекта. В теории планирования эксперимента есть два важных понятия: фактор и реакция. Оба

термина относятся к переменным. Фактор – экзогенная или управляющая переменная, реакция –

эндогенная (выходная) переменная. Анализ факторов при выполнении вычислительных экспери-

ментов производится по следующей общепринятой схеме.

1. Управляем ли рассматриваемый фактор?

2. Наблюдаемы (измеряются, регистрируются, фиксируются) ли значения фактора?

3. Составляет ли влияние фактора предмет изучения или он включен только для увеличения

точности эксперимента?

1. Формулировка проблемы исследования

и определение целей эксперимента

2. Формирование исходной гипотезы о механизме

функционирования системы

3. Построение имитационной модели

и проверка ее адекватности

4. Алгоритмизация и программирование

5. Планирование эксперимента

6. Выработка решений по управлению

экспериментом

7. Проведение эксперимента

8. Формирование выходных данных

9. Интерпретация результатов

124

4. Являются ли уровни фактора количественными или качественными?

5. Является ли фактор фиксированным или случайным?

6. Выработка решений по управлению экспериментом (этап 6) основана на оценке исходной

гипотезы о поведении исследуемой системы и отладке имитационной модели и

построении алгоритма (блок-схемы) организации эксперимента.

Имитационный эксперимент (этап 7) – это проведение серии имитационных расчетов в

системном масштабе времени и по разработанному алгоритму. Каждая реализация модели отли-

чается от других только в одном изучаемом аспекте. Таким образом, в результате имитационного

эксперимента образуются ряды статистических данных (выборки), обработка которых требует

определенных знаний.

Поэтому, после того как эксперимент проведен и получены результаты, возникает задача –

представить эти результаты в компактной форме, выдать рекомендации и сделать заключение

(этапы 8 и 9). Основным требованием к обработке (редукции) выходных данных является извлечение

максимума информации. К основным методам обработки данных относят методы математической

статистики: дисперсионный анализ (критерий F, методы множественного сравнения, методы

множественного упорядочения), спектральный анализ и эвристические процедуры, основанные на

оценке параметров статистических распределений.

13.3. Специальные вычислительные эксперименты в управлении

Экспериментирование в управлении организациями с использованием имитационного

моделирования получило развитие в таких формах, как [27, 64, 71, 80]:

􀁹 деловые игры;

􀁹 хозяйственные ситуации (ｫcase – stadeｻ);

􀁹 решение практических задач.

Возможности, которые открываются с применением перечисленных инструментов, состоят в

следующем:

а) принятие наилучшего решения в конкретных ситуациях бизнеса с учетом множества

разнообразных факторов;

б) повышение качества проектирования новых и реконструкции действующих предприятий;

в) научное исследование проблем управления, анализ поведения сложных производственных

систем и разработка научно обоснованных прогнозов развития отдельных направлений управлен-

ческой деятельности.

Каждый из выделенных инструментов имеет приоритетную ориентацию.

Деловые игры представляют собой специальный вид компьютерной имитации бизнес-

ситуаций с активным участием человека на отдельных этапах принятия решений [65]. Приемы

игрового моделирования много веков используются в военных играх как средство обучения армий.

В экономике и управлении применение их началось с 50-х годов прошлого столетия с разработки

модели Американской ассоциацией управления в 1956 г., известной под названием Top Management

Decision Game. С тех пор разработаны сотни деловых игр, которые используются в качестве аппарата

для практических исследований и как метод изучения целого ряда дисциплин, таких как управление

предприятием и персоналом, коммерция, теория организации, психология, финансы, торговля.

Деловая игра как экспериментальный метод исследования и метод обучения включает

следующие процедуры:

1) игровые роли и их исполнение;

2) ｫигровыеｻ действия, построенные по определенным правилам;

3) моделирование ｫигровогоｻ процесса.

Задачи деловых игр состоят в следующем:

􀁹 наглядно представить и научиться формализовать положение и возможные стратегии

управления организацией в рыночных условиях;

􀁹 изучить состав и отработать в имитационном режиме взаимосвязь основных подсистем и

элементов системы управления и объекта управления;

􀁹 изучить и отработать в имитационном режиме взаимосвязь между подсистемами

управления и субъектами внешней среды;

􀁹 освоить методы и приемы оперативного контроллинга в управлении производством с

целью объективной оценки экономических последствий любого управленческого

решения;

125

􀁹 приобрести навыки интеллектуальной конкуренции в осуществлении управления в

условиях, максимально приближенных к реальной ситуации;

􀁹 научиться работать с современными компьютерными системами, освоить интерактивные

режимы в решении слабо формализуемых управленческих задач.

Метод хозяйственных ситуаций, известный в международной практике как метод ｫcase –

stadeｻ, применяется для решения широкого круга управленческих задач и нацелен в основном на

оптимизацию потенциала групповой и командной работы менеджеров. Метод хозяйственных

ситуаций, отличающихся ｫизобилием неопределенности и противоречийｻ, ориентирован на изучение

и имитацию реальных конкретных событий, вариантность, высокую скорость проведения экспе-

римента.

Типовые ситуационные задачи управления:

􀁹 оценка коммуникационных способностей менеджеров;

􀁹 разрешение конфликтных ситуаций;

􀁹 разработка управленческих решений с применением эвристических методов, таких как

метод ｫмозговая атакаｻ, метод ｫДельфиｻ и др.;

􀁹 разработка модели поведения руководителя на этапе вступления в должность;

􀁹 формирование структуры подразделения в системе управления;

􀁹 оценка потенциала структурного подразделения и др.

Метод решения практических задач управления. Этот метод предусматривает разработку

и реализацию на основе имитационного моделирования алгоритмов решения типовых задач

организационного проектирования, планирования и анализа деятельности предприятия. К наиболее

распространенным задачам управления, решение которых достигается многовариантной проработкой

и многокритериальной оценкой разрабатываемого решения, относятся следующие:

􀁹 формирование продуктовой стратегии с использованием матрицы BCG (метод ｫпорт-

фолио-анализｻ) и оценка стратегических зон хозяйствования;

􀁹 прогнозирование развития предприятий, оптимизация организации и структуры

управления, планирование потребности в инвестициях;

􀁹 выбор поставщика при планировании закупок;

􀁹 календарное (стратегическое, тактическое, оперативное) планирование;

􀁹 управление запасами и обеспечение устойчивого функционирования производства.

В заключение главы процитируем слова профессора Лондонской школы экономики и

политологии И.О. Энджела [121]: ｫорганизация должна находиться в постоянном процессе

экспериментирования и изучения результатов эксперимента для того, чтобы справиться с

непредсказуемыми и не планируемыми последствиями поведения системыｻ, и далее: ｫменеджмент

посредством изучения и экспериментирования играет решающую рольｻ.

Контрольные вопросы

1. Что понимается под экспериментом?

2. Какие особенности характерны для эксперимента как метода познания?

3. Назовите основные виды экспериментов.

4. Какие основные этапы включает цикл проведения классического (материального)

эксперимента?

5. Какие основные этапы включает цикл проведения вычислительного эксперимента?

6. Из каких ｫблоковｻ состоит математическая или имитационная модель?

7. Что понимается под экзогенными и эндогенными переменными и переменными состояния

исследуемого объекта?

8. Назовите области использования вычислительного эксперимента в управлении.

9. Какие признаки положены в классификацию деловых игр?

10. В чем состоят задачи деловых игр?

11. В чем особенность экспериментов на основе компьютерных систем ｫcase – stadeｻ?

126