Optners Methodik der Systemanalyse

Stanford L. Optner. Systems Analysis for Business and Industrial Problem Solving

Stufen von Optners Methodik der Systemanalyse:

1. Symptome erkennen.
2. Feststellen, ob das Problem relevant ist.
3. Das Ziel definieren.
4. Die Struktur des Systems und seine mangelhaften Elemente aufdecken.
5. Die Struktur der Möglichkeiten bestimmen.
6. Alternativen identifizieren.
7. Alternativen bewerten.
8. Eine Alternative auswählen.
9. Die Lösung formulieren.
10. Die Zustimmung der Ausführenden und Führungskräfte zur Lösung einholen.
11. Den Umsetzungsprozess einleiten.
12. Den Umsetzungsprozess steuern.
13. Die Ergebnisse und Folgen der Umsetzung bewerten.

Ein Problem wird als eine Situation definiert, die zwei Zustände umfasst: den einen bezeichnet man als bestehenden Zustand, den anderen als angestrebten Zustand. Der bestehende Zustand wird durch das gegenwärtige System repräsentiert; der angestrebte Zustand wird durch ein hypothetisches oder gewünschtes System repräsentiert. Jeder Zustand enthält eine Menge von Objekten, Eigenschaften und Beziehungen, die innerhalb eines Prozesses vereint sind, und jeder kann als System beschrieben werden. Um vom bestehenden zum angestrebten Zustand zu gelangen, muss die gegenwärtige Menge von Objekten, Eigenschaften und Beziehungen verändert werden. Eine Änderung der Objekte kann den Austausch eines Ausrüstungsteils statt einer Umorganisation des Personals bedeuten; eine Änderung der Eigenschaften kann in Form einer Erhöhung der Mitarbeiterzahl auftreten; eine Änderung der Beziehungen kann eine neue Verteilung der Zuständigkeiten einführen.

Ein Problem wird durch die darin enthaltenen Unbekannten und durch seine Bedingungen charakterisiert. Es kann einen oder mehrere Bereiche des Unbekannten geben. Eine Unbekannte kann qualitativ, aber nicht quantitativ definierbar sein. Eine quantitative Charakterisierung kann in Form einer Spanne von Schätzwerten auftreten, die den angenommenen Zustand der Unbekannten darstellen. Im klassischen Sinne sind Unbekannte Größen, die zu bestimmen sind. Die Definition einer Unbekannten durch eine andere kann daher widersprüchlich oder redundant sein. Unbekannte können nur in Begriffen des Bekannten ausgedrückt werden – das heißt, in Begriffen von Dingen, deren Objekte, Eigenschaften und Beziehungen bereits festgestellt wurden. Das Bekannte wird als eine Größe definiert, deren Wert bestimmt worden ist.

Der bestehende Zustand (das gegenwärtige System) kann sowohl Bekanntes als auch Unbekanntes enthalten; das bedeutet, dass das Vorhandensein von Unbekannten das Funktionieren des Systems nicht verhindern muss. Das bestehende System ist per Definition logisch aufgebaut, kann jedoch eine Restriktion nicht erfüllen. Somit ist das bloße Funktionieren eines Systems nicht das letztgültige Maß für seine Angemessenheit, da manche Systeme durchaus einwandfrei funktionieren können und dennoch ihre Ziele nicht erreichen. Ziele können nur in Begriffen der Systemanforderungen definiert werden. Systemanforderungen werden mittels einer Bedingung festgelegt, die Objekte und Eigenschaften in ihren zutreffenden Beziehungen spezifiziert.

Systemanforderungen dienen als Mittel, um eindeutige Aussagen festzuhalten, die das Ziel definieren. Obwohl Systemanforderungen in Begriffen von Objekten, Eigenschaften und Beziehungen formuliert werden, können Ziele in Begriffen eines gewünschten Zustands ausgedrückt werden. Für eine gegebene Menge von Systemanforderungen können die Ziele und der gewünschte Zustand vollständig übereinstimmen. Unterscheiden sie sich, so wird gesagt, dass die Anforderungen das gewünschte System repräsentieren. Im Allgemeinen werden Ziele mit dem gewünschten System identifiziert.

Die Kluft zwischen dem bestehenden und dem gewünschten System bildet das Problem. Der Zweck des Handelns besteht darin, diese Kluft zu minimieren. Die Aufrechterhaltung oder Verbesserung des Betriebs des Systems wird im Sinne dieser Kluft zwischen dem bestehenden und dem gewünschten Zustand verstanden. Die Aufrechterhaltung des bestehenden Zustands bedeutet, den Output des Systems innerhalb vorgeschriebener Grenzen zu halten. Die Verbesserung des Systemzustands bedeutet, einen Output zu erzielen, der dem unter dem bestehenden Zustand erzeugten überlegen ist oder darüber hinausgeht.

Eine Lösung bestimmt, wie die Kluft zwischen dem bestehenden und dem gewünschten Zustand überbrückt werden soll. Eine Lösung ist somit das Mittel, durch das ein Zustand in den anderen umgewandelt wird. Sie beschreibt die Unterschiede zwischen den beiden Zuständen in Begriffen von Objekten, Eigenschaften und Beziehungen und spezifiziert, wie diese überbrückende Struktur eingeführt werden muss, um den angestrebten Zustand zu erhalten. Die Lösung wird durch eine Rückkopplungssteuerung umgesetzt, die aus einem Output-Modell, einer Konformitätsprüfung und einem Handlungsmodell besteht.

Die Problemlösung erfolgt durch einen Lernprozess. Lernen wird als kognitiver Akt definiert, der aus Reizen resultiert. Kognition umfasst ein breites Spektrum intellektueller Tätigkeiten, einschließlich der Erkennung gegenwärtiger oder zukünftiger Muster. Die Erkennung wird erreicht, indem ein Kriterium auf den Output angewandt wird. Kognition ist eine der grundlegenden Funktionen, die erforderlich sind, um die Kluft zwischen dem bestehenden und dem gewünschten System zu überbrücken. Weitere am Lernen beteiligte Funktionen umfassen die Formulierung der Mittel, durch die ein Systemzustand in einen anderen umgewandelt wird, sowie die Vorstellung, die a priori anzeigt, wie der gewünschte Zustand durch Änderungen an bestehenden Objekten, Eigenschaften und Beziehungen erreicht werden kann.

Eine erfolgreiche Formulierung des Problems kann bereits die halbe Lösung bedeuten. Aus diesem Grund widmet der Systemanalytiker der möglichst frühzeitigen Bewertung der Parameter, Eigenschaften und Beziehungen des Problems besondere Aufmerksamkeit. Es ist nicht immer möglich, „fertige“ Ziele in ein Problem einzuführen; von jemand anderem vorgeschlagene Ziele können sich als unzureichend erweisen. Zudem kann der Systemanalytiker ein vorgeschlagenes Ziel erst dann akzeptieren, wenn er durch die Problemformulierung festgestellt hat, dass es frei von Redundanz und Widerspruch ist. Ein Problem, das durch Formulierung „halb gelöst“ ist, ist im strengen Sinne kein gelöstes Problem, aber seine Formulierung bedeutet, dass die wesentlichen Elemente des Problems ordnungsgemäß identifiziert und in Beziehung gesetzt wurden. Aus diesem Grund kann die Problemformulierung auch als Problemdefinition bezeichnet werden.

Die ersten Schritte bei der Formulierung eines Problems zielen darauf ab: 1) eine erste Problemstellung zu verfassen; 2) diese Aussage im Hinblick auf die verschiedenen Teile des Problems zu interpretieren; 3) die zum Problem gehörenden Fakten zu interpretieren; und 4) die erste Problemstellung zu verfeinern. Während der ersten Untersuchung trennt der Analytiker das Bekannte vom Unbekannten, um die erste Aussage aussagekräftig zu machen.

Das Gegenstück zur Problemformulierung ist die Entwicklung einer Zieldefinition. Der Begriff „Ziel“ beschreibt das zu erreichende Ergebnis. Ein Ziel kann die Form eines Maximums (oder Minimums) annehmen, dessen Größe noch zu bestimmen ist, oder es kann einen Wertebereich festlegen, innerhalb dessen die Lösung liegen muss. In allen Fällen ist ein Ziel ein gewünschtes Ergebnis einer Tätigkeit.

Die Kombination aus Zielen, die die Handlungsweise festlegen, und den einschränkenden Beziehungen, die diese begrenzen, bildet den Restriktionsrahmen, innerhalb dessen die Untersuchung des Problems beginnt. Eine Restriktion ist die Summe von Regeln, Vorschriften und Leitgrundsätzen – ob selbst auferlegt oder von außen vorgegeben –, die die Grenzen des Problems festlegen. Jedes Problem muss über eine definierbare Menge von Restriktionen verfügen. Die Vereinbarkeit zwischen Zielen und einschränkenden Beziehungen ist wesentlich. Ohne Einigung über die Restriktionen ist eine Einigung über Lösungen höchst unwahrscheinlich. Es ist sinnlos, von einer „Lösung“ zu sprechen, wenn sich die beteiligten Parteien nicht über das Problem oder die es definierenden Restriktionen einig werden können.

Wenn der Systemanalytiker die Bedingung des Problems festlegt, setzt er die Grenzen der Untersuchung und damit auch die Grenzen des Restriktionsrahmens. Mathematisch betrachtet können Bedingungen hinreichend, redundant oder widersprüchlich sein; andere Formen kommen nicht vor.

Eine Bedingung ist redundant, wenn sie unnötige Elemente enthält – Elemente, die tendenziell Verschwendung verursachen. Eine Bedingung kann auch einen Widerspruch enthalten. Ein widersprüchliches Element ist eines, das so eng mit einem anderen verknüpft ist, dass, wenn das eine wahr ist, das andere falsch sein muss. Die Folge einer widersprüchlichen Bedingung ist, dass Teile des Problems miteinander unvereinbar sind und einander daher entgegenstehen.

Eine hinreichende Bedingung ist erfüllt, wenn die Restriktionen mit dem vorgeschlagenen Ziel vereinbar sind und das Ziel in Bezug auf die Systemanforderungen angemessen definiert ist. Hinlänglichkeit impliziert Exaktheit: Sie enthält alles Notwendige, um die Anforderung zu erfüllen, ohne Mangel und ohne Überschuss.

Probleme mit schlecht definierten Strukturen werden im Allgemeinen „gelöst“, indem relative statt absolute Bewertungen ohne Beweis akzeptiert werden. Probleme von sehr großer Reichweite, Probleme, deren Lösungen von noch nicht Entwickeltem abhängen, sowie Probleme, die Hypothesen über die Kombination von Systemen betreffen, die unter den gegenwärtigen Umständen noch nicht definiert werden können – all dies sind Probleme mit schlecht definierten Strukturen.

Bei der Formulierung (bzw. Darlegung) eines Problems muss der Systemanalytiker folgende Aufgaben erfüllen: erstens beschreiben, wie das Problem entdeckt wurde; zweitens feststellen, warum es als Problem betrachtet wird; drittens es von einem bloßen „Symptom“ verwandter Probleme unterscheiden; und viertens operationale Definitionen der unerwünschten Folgen des Problems liefern. Der Analytiker begeht einen schweren Fehler, wenn er bei der Problemformulierung Lösungen vorschlägt oder Ursachen zuweist. Die Erarbeitung einer Problemstellung zielt vor allem darauf ab, das Problem scharf zu fokussieren. In der Formulierungsphase werden keine Anforderungen an Hypothesen gestellt. Um die Kontrolle über das Problem zu behalten, ist es wünschenswert, über logisch verknüpfte, klar identifizierbare Fakten zu verfügen.

Die Untersuchung der historischen Aspekte eines Problems hat ihre Vorzüge. Der Zeitpunkt, zu dem das Problem erstmals erkennbar wurde, kann als wertvoller Beleg dienen und es ermöglichen, das Problem mit vorausgehenden, identifizierbaren Handlungen zu verknüpfen. Manchmal ist es wichtig, die Umstände zu bestimmen, die zur Entstehung des Problems geführt haben.

Dasselbe Phänomen wird nicht von jedem als Problem wahrgenommen. Es ist daher notwendig, die Begründung dafür festzulegen, ein bestimmtes Phänomen als Problem zu behandeln. Phänomene in Wirtschaft, Staat und militärischen Institutionen können als Probleme eingestuft werden, wenn sie dazu tendieren, Gewinnerwartungen zu stören oder die operative Wirksamkeit zu verringern. Bestimmte nicht offensichtliche Probleme können jedoch nur durch analytische Methoden vorhergesagt werden. In Fällen, in denen Probleme nicht offensichtlich sind, tritt die Störung des Systembetriebs nicht sofort ein, sondern wird zu einer Möglichkeit.

Bei der Lösung eines Problems besteht die erste Aufgabe darin, die zu analysierende Menge von Objekten zu bestimmen. Diese Menge von Objekten bildet als Ganzes eine Alternative. Die Bewertung von Alternativen ist ein Mittel zur Auswahl von Lösungen oder Zielen. Ein gegebenes Problem kann durch viele verschiedene alternative Verfahren gelöst werden. Alternativen können quantifizierbare Aspekte aufweisen oder nicht. Zum Beispiel ist die Anzahl der Personen oder Ausrüstungsteile in einer Alternative quantifizierbar, während die Art des Marktes, der Grad des Markteinflusses oder der Standort eines Marktes nur teilweise quantifizierbar sein können. Das Vorhandensein von Alternativen setzt die Fähigkeit voraus, zwischen zwei oder mehr akzeptablen Lösungen zu wählen. Der Inhalt der Alternativen legt die Bedingungen fest, unter denen eine Auswahl getroffen werden kann.

Annahmen sind Aussagen über den angenommenen Zustand eines Objekts, einer Eigenschaft oder einer Beziehung. Propositionen sind Hypothesen oder Postulate. Wenn die Propositionen falsch sind, dann sind auch die Annahmen falsch und die Bedingung des Problems ist widersprüchlich. Annahmen werden verwendet, um mit schwierigen Realitäten umzugehen, die dazu tendieren, das Problemlösungsverfahren zu stören. Wenn die Annahmen das Risikoniveau oder das Kosten-Wirksamkeits-Verhältnis einer bestimmten Alternative nicht verändern, sind sie ein nützlicher und wesentlicher Bestandteil des Problems. Annahmen erlegen dem Systemanalytiker die Pflicht auf, für Konsistenz zu sorgen.

Eine Annahme ermöglicht es, aus dem Vorhandensein anderer bekannter Fakten auf eine Tatsache zu schließen, die nicht mit Sicherheit bekannt ist.

Ein Kriterium ist das Mittel, mit dem Alternativen gemessen oder ausgewählt werden. Ein Kriterium verpflichtet den Systemanalytiker, bei der Auswahl von Präferenzen logisches Denken nachzuweisen. Ein Kriterium zeigt die relative Leistung einer Alternative im Verhältnis zu anderen Maßgrößen wie Zeit, Kosten oder Wirksamkeit an. Es ist ein Maßstab, anhand dessen ein Urteil über den relativen Wert einer Wahl gefällt werden kann.

Risiko ist ein Maß für die potenzielle Anfälligkeit gegenüber Mängeln. Ein hohes Risiko kann sich auch durch eine geringe statistische Wahrscheinlichkeit auszeichnen, wobei das genaue Maß des Risikos nicht immer quantifizierbar ist. Um Risiko bei komplexen Problemen mit sowohl quantitativen als auch qualitativen Dimensionen zu beschreiben, wird der Begriff „Ungewissheit“ verwendet.

In diesem Gebrauch bezieht sich „Ungewissheit“ auf die relative Plausibilität eines tatsächlich eingetretenen Ereignisses. Risiko oder Ungewissheit können sich im gesamten Problemlösungsprozess manifestieren. Das Risiko steigt beispielsweise, wenn die Kriterien von Natur aus nicht geeignet sind, das zu messen, was sie messen sollen. Das Risiko steigt auch, wenn als wahr akzeptierte Annahmen sich als falsch erweisen. Risiko kann sich als dominantes Merkmal einer Alternative herausstellen, die aufgrund unentdeckter Rückkopplungsfehler vom Output zum Input gewählt wurde.

Eine Alternative ist eine von zwei oder mehr Möglichkeiten, aus denen gewählt werden kann. Damit eine Alternative in Betracht gezogen werden kann, muss sie eine akzeptable potenzielle Lösung für das gestellte Problem darstellen. Sind Alternativen vergleichbar, wird der Unterschied zwischen ihnen festgestellt. Sind sie nicht vergleichbar, werden die Aspekte identifiziert, in denen sie sich unterscheiden. Gemäß dieser Definition können sich Alternativen im Grad oder in der Art unterscheiden.

Es gibt zwei allgemeine Formen von Alternativen: funktional unterschiedliche und operational unterschiedliche. Die funktionale Form lässt sich anhand eines Segelboots und eines einmotorigen Flugzeugs veranschaulichen, die beide als alternative Lösungen für dasselbe Problem angesehen werden können. Die operationale Form lässt sich anhand von drei Varianten desselben Automobils veranschaulichen, die jeweils dazu bestimmt sind, dasselbe Problem zu lösen. Funktionale Alternativen unterscheiden sich darin, wie sie Probleme lösen. Operationale Alternativen unterscheiden sich in der Art und Weise, wie Objekte, Eigenschaften und Beziehungen zu einem System zusammengesetzt werden. Alternativen werden nach ihrem gesamten Ressourcenbedarf und ihren Kosten sowie nach dem erwarteten Ertrag bewertet. Das Ziel bei der Festlegung von Alternativen kann darin bestehen, die Wirksamkeit des Systems zu maximieren, zu minimieren oder zu optimieren.

In der Mathematik und Statistik gilt die Regel, dass logischerweise nur eine Messgröße zu einem bestimmten Zeitpunkt maximiert oder minimiert werden kann. Diese Regel gilt in gleichem Maße auch für gemischt quantitativ-qualitative Probleme. Es ist zum Beispiel unwahrscheinlich, dass sowohl die Zeit als auch die Kosten der Lösung eines Problems minimiert werden könnten, ohne die Wirksamkeit des Systems zu beeinträchtigen. Eine Variable kann maximiert werden, während andere optimiert werden – das heißt, sie werden sich, bei gegebenem Maximum dieser einen Variable, ihren Idealzuständen eng annähern, sie jedoch nicht erreichen. Optimum bedeutet das Beste im Sinne von „alles berücksichtigt“. Es bedeutet nicht „das Allerbeste“. Es kann die günstigsten Bedingungen zum Erreichen eines gegebenen Ziels bezeichnen. Optima können als so „günstig“ wahrgenommen werden, dass ein Fachmann sie als „ideal“, „ausgezeichnet“ oder „das Allerbeste“ bezeichnen würde. Diese Charakterisierung erfolgt jedoch nachträglich und ist kein Bestandteil der logischen Konstruktion von Alternativen.

In den meisten Fällen können das Maximum und das Minimum der Lösung eines Problems unbekannt sein; folglich wird auch das Optimum unbekannt sein. Diese Überlegungen zeigen, dass es möglich ist, eine Alternative zu konstruieren, deren Maximum oder Minimum von geringem praktischem Nutzen ist. Selbst wenn dem Systemanalytiker das Verständnis des absoluten Wertes jeder Alternative fehlt, ist es weiterhin möglich, eine Reihe von Schätzungen aufzustellen, die es erlauben, die Lösung des Problems zu beschreiben.