Практическое использование системного анализа. Свойства системы. Модели обработки данных, типичные задачи, классификационных и числовых моделей

ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Тема 6. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ

Базовые понятия и определения. Основы системного анализа

Естественную науку можно представить состоящей из трех частей: эмпирической, теоретической и математической.

Эмпирическая часть содержит фактические сведения, добытые в экспериментах и наблюдениях, а также из их первичной систематизации.

Теоретическая часть развивает теоретические концепции, позволяющие объединить и объяснить с единых позиций значительный комплекс явлений, и формулирует основные закономерности, которым подчиняется эмпирический материал.

Математическая часть конструирует математические модели, служащие для проверки основных теоретических концепций, дает методы для первичной обработки экспериментальных данных с тем, чтобы их можно было сопоставить с результатами моделей, и разрабатывает методы планирования эксперимента с таким расчетом, чтобы при небольшой затрате сил по возможности можно было из экспериментов получить достаточно надежные данные.

Такая схема отвечает строению многих естественных наук, однако развитие разных частей, особенно математических моделей в настоящее время в социально-экономической области совершенно несравнимо, скажем, с физикой, механикой и астрономией.

Это обстоятельство обусловлено, с одной стороны, тем, что разработка теоретических концепций и математических моделей в экологии началась намного позже, чем в названных науках, а с другой – тем, что характер изучаемых биологических явлений значительно сложнее, в силу чего приходится принимать во внимание гораздо больше факторов при построении моделей экологических процессов, чем физических. В обиходе это последнее обстоятельство обычно именуется специфической сложностью процессов жизнедеятельности.

Кроме того, построение математических моделей в экологии сильно затруднено тем, что большинство экологов, химиков, биологов и других специалистов не в достаточной мере владеют математикой, а среди математиков немногие обладают соответствующими интересами и достаточными знаниями в указанных выше областях.

Противоречия между неограниченностью желаний человека познать мир и ограниченностью существующих возможностей сделать это, между бесконечностью природы и конечностью ресурсов человечества имеют много важных последствий, в том числе и в самом процессе познания человеком окружающего мира. Одна из таких особенностей познания, которые позволяют постепенно, поэтапно разрешать эти противоречия,- наличие аналитического и синтетического образов мышления.

Суть анализа состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент. Но чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс – синтез. Это относится не только к индивидуальному мышлению, но и к общечеловеческому знанию.

Аналитичность человеческого знания находит свое отражение в существовании различных наук, в продолжающейся дифференциации наук, во все более глубоком изучении все более узких вопросов, каждый из которых сам по себе тем не менее интересен, важен и необходим. Вместе с тем столь же необходим и обратный процесс синтеза знаний. Так возникают "пограничные" науки типа биохимии, физикохимии, геохимии, геофизики, биофизики или бионики и т.д. Однако это лишь одна из форм синтеза. Другая, более высокая форма синтетических знаний реализуется в виде наук о самых общих свойствах природы. Философия выявляет и отображает все общие свойства всех форм материи; математика изучает некоторые, но также всеобщие, отношения. К числу синтетических относятся и системные науки: кибернетика, теория систем, теория организации и др. В них необходимым образом соединяются технические, естественные и гуманитарные знания.

Итак, расчлененность мышления (на анализ и синтез) и взаимосвязанность этих частей являются очевидными признаками системности познания.

При анализе и синтезе больших систем, какими являются природные экологические комплексы, получил развитие системный подход, который отличается от классического (или индуктивного) подхода. Последний рассмативает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует (конструирует) систему путем слияния ее компонент, разрабатываемых раздельно. В отличие от этого системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды. Так что же такое системный подход?

Определение : Системный подход – это современная методология для изучения и решения проблем, носящих, как правило, междисциплинарный характер. Системный подход означает всего лишь стремление изучить то или другое явление или объект с учетом максимального числа внутренних связей и внешних факторов, определяющих функционирование объекта, т.е. стремление изучить его во всей диалектической сложности, вскрыв все внутренние противоречия. Надо различать понятия системный подход и системный анализ.

Определение : Системный анализ – это совокупность методов, приемов, процедур, основанных на использовании современных возможностей обработки информации и диалога "человек-машина". Любое системное исследование завершается оценкой качества функционирования системы, сравнением разных вариантов проектов.

Вопреки представлениям многих экологов, системный анализ не есть какой-то математический метод и даже не группа математических методов. Это широкая стратегия научного поиска, которая, конечно использует математический аппарат и математические концепции, но в рамках систематизированного научного подхода к решению сложных проблем.

По существу системный анализ организует наши знания об объекте таким образом, чтобы помочь выбрать нужную стратегию или предсказать результаты одной или нескольких стратегий, которые представляются целесообразными тем, кто должен принимать решения. В наиболее благоприятных случаях стратегия, найденная с помощью системного анализа, оказывается "наилучшей" в некотором определенном смысле.

Мы будем понимать под системным анализом упорядоченную и логическую организацию данных и информации в виде моделей, сопровождающуюся строгой проверкой и исследованием самих моделей, необходимыми для их верификации и последующего улучшения. В свою очередь модели мы можем рассматривать как формальные описания основных элементов естественно-научной проблемы в физических или математических терминах. Ранее основной упор при объяснении тех или иных явлений делался на использование физических аналогий биологических и экологических процессов. Системный анализ также иногда обращается к физическим аналогиям подобного рода, однако чаще применяемые здесь модели математические, и в своей основе абстрактные.

Как мы уже отметили выше существует различие в сущности понятий "системный подход" и "системный анализ". Академик Н.Н. Моисеев по этому поводу отмечал следующее: "Если системный анализ дает средства для исследований, формирует инструментарий современной междисциплинарной научной деятельности, то системный подход определяет, если угодно, его "идеологию", направленность, формирует его концепцию. Средства и цели исследования - вот как в несколько афористической форме можно объяснить различие этих терминов.

Понятие системы. Дадим определение базовым понятиям системного анализа. Итак, элементом назовем некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных для нас свойств, но внутреннее строение (содержание) которого безотносительно к цели рассмотрения. Другое важное понятие - связь - важный для целей рассмотрения обмен между элементами веществом, энергией, информацией.

Система определяется как совокупность элементов, обладающую следующими признаками:

а) связями, которые позволяют посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента совокупности (связность системы);

б) свойством (назначением, функцией), отличным от свойств отдельных элементов совокупности (функция системы).

Системный анализ как общенаучный подход , ориентирован на проведение междисциплинарных (комплексных) исследований в различных областях человеческого знания.

Существует множество определений понятия “система ”, из наиболее существенных черт системы отметим следующие:

1) система состоит из отдельных частей (элементов), между которыми устанавливаются определенные взаимоотношения (связи);

2) наборы элементов образуют подсистемы;

3) система обладает определенной структурой, под которой понимается набор элементов системы и характер связи между ними;

4) каждая система может рассматриваться как часть системы более высокого порядка (принцип иерархичности);

5) система имеет определенные границы, характеризующие ее обособленность от окружающей среды;

6) по степени “прозрачности” границ системы разделяются на открытые и закрытые;

7) связи классифицируются на внутрисистемные и межсистемные, положительные и отрицательные, прямые и обратные;

8) система характеризуется устойчивостью, степенью самоорганизации и саморегуляции.

Центральное место в системном анализе занимает моделирование. Модель – это объект (материальный, идеальный), который воспроизводит наиболее существенные черты и свойства рассматриваемого явления или процесса. Целью построения модели является получение и/или расширение знаний об исследуемом объекте.

Большой системой назовем систему, включающую значительное число однотипных элементов и однотипных связей. Сложной системой назовем систему, состоящую из элементов разных типов и обладающую разнородными связями между ними. Структурой системы называется ее расчленение на группы элементов с указанием связей между ними, неизменное на все время рассмотрения и дающее представление о системе в целом.

Декомпозицией называется деление системы на части, удобное для каких-либо операций с этой системой. Иерархией назовем структуру с наличием подчиненности, т.е. неравноправных связей между элементами, когда воздействия в одном из направлений оказывают гораздо большее влияние на элемент, чем в другом.

После определения этих основополагающих понятий можно перейти к классификации видов моделирования систем.

Методы системного анализа. При решении конкретных задач системного анализа общий метод дифференцируется в различные частные методы, которые в зависимости от степени использования в них формальных элементов можно разбить на три группы:

1) математические (формальные);

2) эвристические (неформальные);

3) комбинированные математические и эвристические методы.

Эти методы в системном анализе используются:

1) для определения численных значений показателей, характеризующих результаты функционирования системы;

2) для поиска наилучших вариантов действий, ведущих к достижению определенных результатов (оптимизация);

3) для обработки и анализа эвристических данных (например, данных экспертных экологических оценок).

При решении задач первой группы находят применение практически все известные математические методы (дифференцирование, интегральное и векторное исчисления, теория множеств, теория вероятностей, математическая статистика, сетевое моделирование, анализ функций отклика, стохастическое моделирование, исследование устойчивости, теория графов, математическое моделирование, теория управления и т.д.).

При решении оптимизационных задач для исследования оптимальных стратегий управления природной средой наиболее широко используются методы исследования операций (линейное, динамическое и другие виды программирования, теория массового обслуживания, теория игр). Этой работе должна предшествовать натурная проверка динамических моделей и управляющих воздействий, используемых в исследованиях по оптимизации.

Основным математическим аппаратом обработки эвристических данных является теория вероятностей и математическая статистика.

Несмотря на все большую роль математических методов, нельзя считать, что формальные методы современной математики окажутся универсальным средством решения всех проблем, возникающих в области экологии. Методы, использующие результаты опыта и интуицию, т.е. эвристические (неформальные), безусловно сохранят свое значение и в дельнейшем.

Процедуры формирования целей системы, вариантов их реализации, моделей, критериев не могут быть полностью формализованы.

В связи с этим особенность эвристических методов состоит в том, что эксперт, оценивая события, в основном опирается на информацию, заключенную в его опыте и интуиции.

Комбинированные математические и эвристические методы. Среди комбинированных математических методов можно выделить следующие:

Метод ситуаций.

Метод "Дельфи".

Метод структуризации.

Метод дерева решений.

Имитационное моделирование, в том числе деловые игры.

Среди эвристических и комбинированных методов системного анализа наиболее известными являются:

Эвристические : написание сценариев; морфологический метод; метод коллективной генерации идей; определение степени предпочтения.

Комбинированные : метод ситуаций; метод "Дельфи"; метод структуризации; метод дерева решений; имитационное моделирование, в том числе деловые игры.

Область возможных применений этих методов:

Определение перечня целей и путей их достижения;

Определение предпочтительности (ранжирование) отдельных

целей, путей, мероприятий, результатов и т.д.;

Декомпозиция целей, программ, планов и т.д. на их

составные элементы;

Выбор наилучших путей достижения поставленных целей;

Выбор критериев сравнения целей и путей их достижения;

Построение моделей выбора целей и путей их достижения;

Синтез данных анализа функционирования системы в целом.

Перечисленные методы системного анализа не следует противопоставлять друг другу. Каждый имеет свои преимущества и недостатки, но ни один из них нельзя считать универсальным, пригодным для решения любых задач. Наилучшие результаты можно получить сочетанием нескольких методов в зависимости от характера решаемой задачи. По мере перехода на более высокие уровни управления цели и другие элементы системного анализа приобретают все больше качественный характер, возрастает значение методов, основанных на экспертных оценках . Сложность моделирования процессов, протекающих в природных экосистемах, еще больше затрудняет применение математических методов. Одновременно повышается роль фактора неопределенности; уход от рассмотрения неопределенности, особенно присущий математическим методам анализа, может привести к неправильным выводам.

Системный анализ стремится определять соотношения между большим числом количественных параметров, тем самым он в большей или меньшей степени связан с использованием математических средств. Таким образом, успех анализа зависит от степени знакомства с рядом специальных приемов математики .

М етодологическим основанием подготовки и обоснования решений по сложным проблемам научного, экономического и технического характера является системный анализ.

Термин «системный анализ» впервые появился в связи с задачами военного управления в исследованиях RAND Corporation (1948). Первая книга по системному анализу вышла в 1956 году, ее авторами были американские ученые Кан и Манн. В отечественной литературе этот термин получил широкое распространение лишь после выхода в 1969 г. в издательстве «Сов. радио» книги Л. Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем».

Привлечение этой методологии обусловлено, прежде всего, тем, что при поиске решений проблемы приходится осуществлять выбор в условиях неопределенности, вызванной наличием факторов, не поддающихся строгой количественной оценке.

В общей постановке вопроса системный анализ можно определить следующим образом.

Определение 4.2 . Системный анализ это научное направление, обеспечивающее на основе системного подхода разработку методов и процедур решения слабоструктурированных проблем при наличии существенной неопределенности.

В настоящее время системный анализ содержит уже широкий спектр разнообразных методов, которые можно объединить в следующие группы:

· эвристическое программирование;

· семиотический подход;

· методы аналогий;

· аналитические методы;

· имитационное моделирование.

Существующие методы математического анализа, которые оправдали себя в сравнительно простых случаях, обычно оказываются неэффективными при исследовании сложных систем. В связи с этим широкое распространение получили методы эвристического программирования, основанные на принципе анализа деятельности человека.

Таблица 5.1

Среди методов этой группы значительную роль играют методы экспертных оценок (метод мозговой атаки, и обмена мнениями, метод «дельфи» и другие), использующие ту или иную форму обобщения совокупности субъективных представлений некоторой группы специалистов (экспертов) по изучаемой проблеме. Достоинством этого метода является определенная простота и доступность.

Основной же недостаток заключается в том, что чаще всего не удается установить степень достоверности экспертизы.

Общий недостаток эвристического программирования – отсутствие формальных правил поиска «эвристик». Поиск эвристических приемов больше искусство и не всегда приводит к положительному результату.

К эвристическим методам близко примыкают методы семиотического подхода, основанные на тех возможностях выразительных средств естественного языка, которые позволяют весьма эффективно и при определенных соглашениях однозначно описывать широкий класс объектов, процессов и явлений.

Одним из методов, реализующих семиотический подход, является ситуационное управление.

В основе этого метода лежат следующие принципы.

1. Модель объекта управления и описания, протекающих в нем процессов является семиотический и строится на основе текстов, выраженных на естественном языке. Модель описания ситуаций также является семиотической, базирующейся на естественном языке.

2. Формирование модели объекта управления и протекающих в нем процессов происходит либо путем ее создания специалистом до ввода в ЭВМ, либо на основании анализа поведения объекта в различных ситуациях, проводимого самой ЭВМ. В последнем случае в ЭВМ должны быть заложены некоторые механизмы для осуществления такого анализа.

Общая модель включает:

· нулевой уровень, где хранятся множество базовых понятий;

· первый уровень, содержащий мгновенные фотографии реальной ситуации;

· второй уровень, где отображаются закономерные связи между предметами внешнего мира и т.д.

Модель второго уровня еще очень подробна и описывает внешний мир в слишком мелких единицах. Все последующие слои модели, начиная с третьего уровня, проводят постепенное обобщения. В этих обобщениях роль компонент, между которыми устанавливается связь, играют структуры, выделяемые в моделях, лежащих в более мелких слоях.

Таким образом, вся модель мыслится как совокупность целого ряда моделей, начиная от моделей непосредственного опознания на первом уровне и кончая моделью образования абстрактных понятий.

В настоящее время системный анализ (СА) является наиболее конструктивным направлением. Этот термин применяется неоднозначно. Но в любом случае в них всегда предполагается методология проведения исследований, делается попытка выделить этапы исследований и предложить методику выполнения этих этапов в конкретных условиях. Таким образом, для системного анализа можно дать следующие определения.

Системный анализ в широком смысле - это методология постановки и решения задач построения и исследования систем, тесно связанная с математическим моделированием.

В узком смысле системный анализ - методология формализации сложных (трудно формализуемых, плохо структурируемых) задач.

Системный анализ - это целенаправленная творческая деятельность человека, на основе которой формируется представление исследуемого объекта в виде системы.

Системный анализ характеризуется не использованием новых физических явлений и не специфическим математическим аппаратом, а упорядоченным и логически обоснованным подходом к решению проблемы. Он служит способом упорядочения и эффективного использования знаний, опыта и даже интуиции специалистов в процессе постановки целей и принятия решений по возникающим проблемам.

Системный анализ возник как обобщение приемов накопленных в задачах исследования операций и управления в технике, экономике, военном деле. Соответствующие методы и модели заимствовались из математической статистики, математического программирования, теории игр, теории массового обслуживания, теории автоматического управления. Фундаментом этих дисциплин является теория систем.

Определение 4.3. Системный анализ – это методология решения крупных проблем, основанная на концепции систем.

Определение 4.4 . Системный анализ в широком смысле – это методология (сово­купность методических приемов) постановки и решения задач пост­роения и исследования систем, тесно связанная с математическим моделированием.

Определение 4.5 . Системный анализ в узком смысле – это методология форма­лизации сложных (трудно формализуемых, плохо структурируемых) задач.

Системный анализ (СА) возник как обобщение приемов накоп­ленных в задачах исследования операций и управления в технике, экономике, военном деле. Соответствующие методы и модели заимс­твовались из математической статистики, математического програм­мирования, теории игр, теории массового обслуживания, теории ав­томатического управления. Фундаментом перечисленных дисциплин является теория систем.

Системный анализ это целенаправленная творческая деятель­ность человека, на основе которой формируется представление исс­ледуемого объекта в виде системы.

Системный анализ характеризуется упорядоченным составом методических проемов исследования.

Системный ана­лиз это конструктивное направление, содержащее методику разде­ления процессов на этапы и подэтапы, системы на подсистемы, це­лей на подцели и т.д.

В СА выработана определенная последовательность действий (этапов) при постановке и решении задач, которую называют мето­дикой системного анализа. Эта методика помогает более осмысленно и грамотно ставить и решатьприкладные задачи. Если на каком-то этапе возникают затруднения, то нужно вернуться на один из пре­дыдущих этапов и изменить (модифицировать) его. Если и это не помогает, что задача оказалась слишком сложной и ее нужно раз­бить на несколько простых подзадач, т.е. провести декомпозицию. Каждую из полученных подзадач решают по той же методике.

При этом, системный анализ имеет свою специфическую цель, содержание и предназначение.

В центре методологии системного анализа находится операция количественного сравнения альтернатив, которая выполняется с целью выбора альтернативы, подлежащей реализации. Если требование разнокачественности альтернатив выполнено, то могут быть получены количественные оценки. Но для того, чтобы количественные оценки позволяли вести сравнение альтернатив, они должны отражать участвующие в сравнении свойства альтернатив (выходной результат, эффективность, стоимость и другие).

В системном анализе решение проблемы определяется как деятельность, которая сохраняет или улучшает характеристики системы. Приемы и методы системного анализа направлены на выдвижение альтернативных вариантов решения проблемы, выявление масштабов неопределенности по каждому варианту и сопоставление вариантов по их эффективности .

Целью системного анализа является упорядочение последовательности действий при решении крупных проблем, основываясь на системном подходе. Системный анализ предназначен для решения того класса проблем, который находится вне короткого диапазона ежедневной деятельности.

Основное содержание системного анализа заключено не в формальном математическом аппарате, описывающем «системы» и «решение проблем» и не в специальных математических методах, например, оценки неопределенности, а в его концептуальном, т. е. понятийном, аппарате, в его идеях, подходе и установках.

Системный анализ как методология решения проблем претендует на то, чтобы исполнять роль каркаса, объединяющего все необходимые знания, методы и действия для решения проблемы. Именно этим определяется его отношение к таким областям, как исследование операций, теория статистических решений, теория организации и другим подобным.

Система, таким образом, есть то, что решает проблему .

Определение 4.6. П роблемой называется ситуация, характеризующаяся различием между необходимым (желаемым) выходом и существующим выходом.

Выход является необходимым, если его отсутствие создает угрозу существованию или развитию системы. Существующий выход обеспечивается существующей системой. Желаемый выход обеспечивается желаемой системой.

Определение 4.7. Проблема – это разница между существующей и желаемой системой.

Проблема может заключаться в предотвращении уменьшения выхода или же в увеличении выхода. Условия проблемы представляют собой существующую систему («известное»). Требования представляют желаемую систему.

Определение 4.8 . Решение проблемы есть то, что заполняет промежуток между существующей и желаемой системами.

Поэтому система, заполняющая промежуток, является объектом конструирования и называется решением проблемы .

П роблема характеризуется содержащимся в ней неизвестным и условием. Может быть, одна или много областей неизвестного. Неизвестное может быть определимо качественно , а не количественно . Количественной характеристикой может служить диапазон оценок, представляющих предполагаемое состояние неизвестного. Существенно, что определение одного неизвестного в терминах другого может быть противоречивым или избыточным.

Неизвестные могут быть выражены только в терминах известного, т.е. такого, объекты, свойства и связи которого, установлены.

П оэтому известное определяется как количество, значение которого установлено. Существующее состояние (существующая система) может содержать и известное, и неизвестное; это означает, что существование неизвестного может не препятствовать способности системы функционировать. Существующая система, по определению, логична, но может не удовлетворять ограничению. Таким образом, действие системы само по себе не является конечным критерием хорошего, так как некоторые идеально работающие системы могут не обеспечить достижение целей.

Определение целей может быть дано только в терминах требований к системе.

Требования к системе есть средство фиксации однозначных утверждений, определяющих цель. Хотя требования к системам устанавливаются в терминах объектов, свойств и связей, цели могут быть определены в терминах желаемого состояния. Цели и желаемое состояние для данного набора требований к системе могут полностью совпадать. Если они различны, то говорят, что требования представляют желаемую систему. Вообще, цели отождествляются с желаемой системой.

Определение 4.9. П ромежуток между существующей и желаемой системой образует то, что называется проблемой.

Цель действий состоит в том, чтобы свести к минимуму промежуток между существующей и предлагаемой системой. Сохранение или улучшение состояния системы отождествляется с промежутком между существующим и желаемым состоянием.

При решении проблем делового и промышленного мира наиболее важными пунктами являются объективность и логичность.

Объем знаний, широко подтвержденный наблюдениями, становится очевидностью .

Определение 4.10. Наблюдение есть процесс, посредством которого данные отождествляются с системой для последующего объяснения этой системы.

Процесс объяснения должен быть рациональным, то есть проведенным логично.

Определение 4.11. Сохранение существующего состояния это способность удерживать выход системы в предписанных пределах.

Определение 4.12. Улучшение состояния системы это способность получить выход выше или помимо того, который получается при существующем состоянии.

Объективность является основным требованием при наблюдении.

Определение 4.13. Рациональность (логичность) это процесс мышления, основанный на использовании логического вывода.

П роцесс нахождения решения проблемы концентрируется вокруг итеративно выполняемых операций идентификации условия, а также цели и возможностей для ее решения. Результатом идентификации является описание условия, цели и возможностей в терминах системных объектов (входа, процесса, выхода, обратных связей и ограничения), свойств и связей, т. е. в терминах структур и входящих в них элементов.

Всякий вход системы, является выходом этой или другой системы, а всякий выход – входом.

Выделить систему в реальном мире, значит указать все процессы, дающие данный выход.

Искусственные системы это такие, элементы которых сделаны людьми, т. е. являются выходом сознательно выполняемых процессов человека.

Во всякой искусственной системе существуют три различных по своей роли подпроцесса: основной процесс, обратная связь и ограничение.

Определение 4.14. Свойством данного процесса называется способность переводить данный вход в данный выход.

Связь определяет следование процессов, т. е. что выход некоторого процесса является входом определенного процесса.

Основной процесс преобразует вход в выход.

Обратная связь выполняет ряд операций:

· сравнивает выборку выхода с моделью выхода и выделяет различие;

· оценивает содержание и смысл различия;

· вырабатывает решение, сочлененное с различием;

· формирует процесс ввода решения (вмешательство в процесс системы) и воздействует на процесс с целью сближения выхода и модели выхода.

Процесс ограничения возбуждается потребителем выхода системы, анализирующим ее выход. Этот процесс воздействует на выход и управление системы, обеспечивая соответствие выхода системы целям потребителя. Ограничение системы, принимаемое в результате процесса ограничения, отражается моделью выхода. Ограничение системы состоит из цели (функции) системы и принуждающих связей (качеств функции). Принуждающие связи должны быть совместимы с целью.

Е сли структуры, элементы, условия, цели и возможности известны, обнаружение проблемы (идентификация) имеет характер определения количественных отношений, а проблема называется количественной.

Если структура, элементы, условия, цели и возможности известны частично, идентификация имеет качественный характер, а проблема называется качественной или слабо структурированной .

Как методология решения проблем системный анализ указывает принципиально необходимую последовательность взаимосвязанных операций, которая (в самых общих чертах) состоит из выявления проблемы, конструирования решения и реализации этого решения. Процесс решения представляет собой конструирование, оценку и отбор альтернатив систем по критериям стоимости, времени эффективности и риска с учетом отношений между предельными значениями приращений этих величин (так называемых маргинальных отношений). Выбор границ этого процесса определяется условием, целью и возможностями его реализации. Наиболее адекватное построение этого процесса предполагает всестороннее использование эвристических заключений в рамках постулированной системной методологии.

Редуцирование (уменьшение) числа переменных производится на основе анализа чувствительности проблемы к изменению отдельных переменных или групп переменных, агрегирования переменных в сводные факторы, выбором подходящих форм критериев, а также применением где это, возможно, математических способов сокращения перебора (методов математического программирования и т. п.).

Логическая целостность процесса обеспечивается явными или скрытыми предположениями, каждый из которых может являться источником риска. Отметим еще раз, что структура функций системы и решения проблемы в системном анализе постулируется, т. е. являются стандартной для любых систем и любых проблем. Меняться могут только методы выполнения функций.

Совершенствование методов при данном состоянии научных знаний имеет предел, определяемый как потенциально достижимый уровень. В результате решения проблемы устанавливаются новые связи и отношения, часть которых обусловливает желаемый выход, а другая часть определят непредвиденные возможности и ограничения, которые могут стать источником будущих проблем.

Т аковы в общих чертах основные представления системного анализа как методологии решения проблем.

Применение системного анализа на практике может происходить в двух ситуациях:

· исходным пунктом является появление новой проблемы;

· исходным пунктом является новая возможность, найденная вне непосредственной связи с данным кругом проблем.

Заметим, что определение точного перечня частных функций, обеспечивающих реализацию перечисленных этапов решения новой проблемы - это предмет самостоятельного исследования, необходимость и значение которого не могут быть переоценены.

Решение проблемы в ситуации новой проблемы проводится по следующим основным этапам:

1. обнаружение проблемы (идентификация симптомов);

2. оценка ее актуальности;

3. определение цели и принуждающих связей;

4. определение критериев;

5. вскрытие структуры существующей системы;

6. определение дефектных элементов существующей системы, ограничивающих получение заданного выхода;

7. оценка веса влияния дефектных элементов на определяемые критериями выходы системы;

8. определение структуры для построения набора альтернатив;

9. оценка альтернатив и выбор альтернатив для реализации;

10. определение процесса реализации;

11. согласование найденного решения;

12. реализация решения;

13. оценка результатов реализации и последствий решения проблемы.

Реализация новой возможности проходит другим путем.
Использование данной возможности в данной области зависит от наличия в ней или в смежных областях актуальной проблемы, нуждающейся для своего разрешения в такой возможности. Использование возможностей в отсутствие проблем может таить в себе, как минимум, бесполезную растрату ресурсов.

Использование возможностей при наличии проблем, но игнорирующее проблемы, превращающееся в самоцель, может способствовать углублению и обострению проблемы.

Развитие науки и техники приводит к тому, что возникновение ситуации новой возможности становится заурядным явлением. Это требует серьезного анализа ситуации при появлении новой возможности. Возможность утилизируется, если лучшая альтернатива включает в себя эту возможность. В противоположном случае возможность может остаться неиспользованной.

Одна из задач, возникающих при использовании методологии системного анализа для решения проблемы, состоит в том, чтобы выделить полезные, ценные элементы эвристического процесса и применить их совместно с методологией. Таким образом, задача состоит в том, чтобы внести структуру в слабоструктурированный процесс.

При этом необходимо выполнить, по крайней мере, следующие основные требования:

1) процесс решения проблемы должен быть изображен с помощью диаграмм потока (последовательности или структуры процесса) с указанием точек принципиальных решений;

2) этапы процесса нахождения принципиальных решений должны быть описаны детально;

3) основные альтернативы и способы их получения должны быть демонстрируемыми;

4) предположения, сделанные для каждой альтернативы, должны быть определены;

5) критерий, с помощью которого выносятся суждения о каждой альтернативе, должен быть полностью определен;

6) детальное представление данных, взаимоотношения между данными и процедурами, с помощью которых данные должны быть оценены, должно являться частью любого решения;

7) важнейшие альтернативные решения и доводы, необходимые для объяснения причин исключения отклоненных решений, должны быть показаны.

Эти требования не равны по важности, точности выражений или степени полноты и объективности. Каждое требование имеет самостоятельную ценность.

О днако, исходя из содержания упомянутых этапов решения новой проблемы, могут быть использованы методы: теории поиска и обнаружения, теории распознавания образов, статистики (в частности, факторного анализа), теории эксперимента, исследования операций и смежные модели (очереди, запасов, игровых ситуаций и др.), теории поведения (гомеостатические, динамические, самоорганизации и другие), теории классификации и упорядочения, синтеза сложных динамических систем, теории потенциальной достижимости, теории авторегулирования, прогнозирования, инженерной и когнитивной психологии, искусственного интеллекта и инженерии знаний и смежных с ними дисциплин, теории организации, социальной психологии и социологии.

3.2.1. Характеристика системного анализа как научной дисциплины

Проблема возрастающей трудности управления экономическими процессами, характерная для всех развитых стран, породила целый ряд научных дисциплин. Их цель - создание концепций, позволяющих объяснить сложные экономические явления; выработать конкретные методы и формы управления экономическими процессами. Для всего этого комплекса дисциплин характерно широкое использование метода моделирования, применение математического аппарата, заимствование понятий и методов точных и технических наук.

Одна из таких научно-прикладных дисциплин– системный анализ, основанный на системном подходе к рассмотрению изучаемых экономических объектов и явлений. Системный анализ – это научный, всесторонний подход к принятию решений. Вся проблема изучается в целом, определяются цели развития объекта управления и различные пути их реализации в свете возможных последствий. При этом возникает необходимость согласования работы различных частей объекта управления, отдельных исполнителей, с тем, чтобы направить их на достижение обшей цели.

Системный анализ - это совокупность определенных научных методов и практических приемов решения разнообразных проблем, возникающих во всех сферах целенаправленной деятельности общества, на основе системного подхода и представления объекта исследования в виде системы. Характерным для системного анализа является то, что поиск лучшего решения проблемы начинается с определения и упорядочения целей деятельности системы, при функционировании которой возникла данная проблема. При этом устанавливается соответствие между этими целями, возможными путями решения возникшей проблемы и потребными для этого ресурсами.

Системный анализ – это методология общей теории систем, заключающаяся в исследовании любых объектов посредством представления их в качестве систем, проведения их структуризации и последующего анализа. Общая теория систем – научная дисциплина, разрабатывающая методологические принципы исследования систем.

Системный анализ характеризуется упорядоченным, логически обоснованным подходом к исследованию проблем и использованию существующих методов их решения, которые могут быть разработаны в рамках других наук.

Целью системного анализа является выявление проблемы, ее причин, предсказание ее развития, выработка и обоснование рекомендаций по решению проблемы.

Объект системного анализа в теоретическом аспекте - это процесс подготовки и принятия решений; в прикладном аспекте - различные конкретные проблемы, возникающие при создании и функционировании систем.

Предмет системного анализа – полная и всесторонняя проверка различных вариантов действий с точки зрения количественного и качественного сопоставления затраченных ресурсов с получаемым эффектом.

В прикладном плане системный анализ вырабатывает рекомендации по созданию принципиально новых или усовершенствованных систем. Рекомендации по улучшению функционирования существующих систем касаются самых различных проблем, в частности ликвидации нежелательных ситуаций (например, ухудшение финансово-экономического положения предприятия), вызванных изменением как внешних по отношению к изучаемой системе факторов, так и внутренних.

Системный анализ имеет двойственную природу: с одной стороны, это теоретическое и прикладное научное направление, использующее в практических целях достижения многих других наук, как точных (математика), так и гуманитарных (экономика, социология), а с другой стороны, это искусство. В нем сочетаются объективные и субъективные аспекты, причем последние присущи как самому процессу системного анализа, так и процессу принятия решения на основе его данных.

Системному анализу присущи определенные принципы, логические элементы, определенная этапность и методы проведения.

Применение системного анализа в управленческой деятельности позволяет:

· определить и упорядочить элементы, цели, параметры, задачи, ресурсы и структуру организационных систем;

· выявить внутренние свойства организационных систем, определяющие их поведение;

· выделить и классифицировать связи между элементами ЛС;

· выявить нерешенные проблемы, узкие места, факторы неопределенности, влияющие на функционирование, возможные решения;

· формализовать слабоструктурированные проблемы, раскрыть их содержание и возможные последствия;

· выделить перечень и указать целесообразную последовательность выполнения задач функционирования организационных систем и отдельных ее элементов;

· разработать модели, характеризующие решаемую проблему со всех основных сторон и позволяющие «проигрывать» возможные варианты действий и т.п.

3.2.2. Основные понятия системного анализа

Система – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство. Элемент системы – некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных свойств и реализующий в системе определенный закон функционирования , внутренняя структура которого не рассматривается.

Подсистема – часть системы, выделенная по определенному признаку, обладающая некоторой самостоятельностью и допускающая разложение на элементы в рамках данного рассмотрения. Связь – вид отношений между элементами, который проявляется как некоторый обмен, взаимодействие. Связи могут быть структурные, функциональные, пространственно-временные, каузальные (причинно-следственные), информационные.

На рис.3.1 представлен общий вид системы.

Рис.3.1. Система в общем виде

Первая часть любой системы – ее вход , который состоит из элементов, классифицируемых по их роли в процессах, протекающих в системе. Входной сигнал может быть разделен на три подмножества:

· неуправляемых входных сигналов , преобразуемых рассматриваемой системой;

· воздействий внешней среды , представляющих шум, помехи;

· управляющих сигналов (событий) , появление которых приводит к переводу элемента из одного состояния в другое.

Первый элемент входа - тот, над которым осуществляется некоторый процесс, или операция. Этот вход есть или будет «нагрузкой» системы (сырье, материалы, энергия, информация и др.).

Вторым элементом входа системы является внешняя (окружающая) среда, под которой понимается совокупность факторов и явлений, воздействующих на процессы системы и не поддающиеся прямому управлению со стороны ее руководителей. Не контролируемые системами факторы внешней среды обычно можно разбить на две категории: случайные, характеризуемые законами распределения, неизвестными законами или действующие без всяких законов (например, природные условия); факторы, находящиеся в распоряжении системы, являющейся внешней и активно действующей по отношению к рассматриваемой системе (например, законы, нормативно-правовые документы, целевые установки). Цели внешней системы могут быть известны, известны неточно, вовсе неизвестны.

Третий элемент входа обеспечивает размещение и перемещение компонентов системы, например различных инструкции, положений, приказов, то есть задает законы ее организации и функционирования, цели, ограничительные условия и др.

Вторая часть системы - это операции, процессы или каналы , через которые проходят элементы входа. Система должна быть устроена таким образом, чтобы необходимые процессы (производственные, подготовки кадров, материально-технического снабжения и др.) воздействовали по определенному закону на каждый вход, в соответствующее время для достижения желаемого выхода.

Третья часть системы - выход , являющийся продуктом или результатом ее деятельности. Система на своем выходе должна удовлетворять ряду критериев, важнейшие из которых - стабильность и надежность. По выходу судят о степени достижения целей, поставленных перед системой. Выходной сигнал представляется совокупностью характеристик системы .

Характеристика – то, что отражает некоторое свойство элемента системы, задается как <имя, область допустимых значений>. Некоторые авторы термином параметр называют только количественные характеристики, другие отождествляют понятия параметра и характеристики.

Законом функционирования , описывающим процесс функционирования элемента системы во времени, называется зависимость .

Оператор преобразует независимые переменные в зависимые и отражает поведение элемента (системы) во времени - процесс изменения состояния элемента (системы), оцениваемый по степени достижения цели его функционирования. Понятие поведения принято относить только к целенаправленным системам и оценивать по показателям.

Цель – ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенный промежуток времени. Цель может задаваться требованиями к показателям результативности, ресурсоемкости, оперативности функционирования системы либо к траектории достижения заданного результата. Как правило, цель для системы определяется старшей системой, а именно той, в которой рассматриваемая система является элементом.

Качество – совокупность существенных свойств объекта, обусловливающих его пригодность для использования по назначению.

Показатель – характеристика, отражающая качество системы или целевую направленность процесса. Состояние системы – множество значений характеристик системы в данный момент времени. Процесс – совокупность состояний системы, упорядоченных по изменению какого-либо параметра. Эффективность процесса – степень его приспособленности к достижению цели. Критерий эффективности – обобщенный показатель и правило выбора лучшей системы (лучшего решения), например, . Структура – совокупность образующих систему элементов и связей между ними. Ситуация – совокупность состояний системы и среды в один и тот же момент времени. Проблема – несоответствие между существующим и целевым состоянием системы при данном состоянии среды в рассматриваемый момент времени.

Открытые системы – это системы, которые обмениваются материально-информационными ресурсами или энергией с окружающей средой регулярным и понятным образом.

Закрытые системы действуют с относительно небольшим обменом энергией или материалами с окружающей средой, например химическая реакция, протекающая в герметически закрытом сосуде.

Системы можно классифицировать на равновесные , слабо равновесные и сильно неравновесные. Для социально-экономических систем состояние равновесия может наблюдаться на относительно коротком промежутке времени. Для слабо равновесных систем небольшие изменения внешней среды дают возможность системе в новых условиях достичь состояния нового равновесия. Сильно неравновесные системы, которые весьма чувствительны к внешним воздействиям, под влиянием внешних сигналов, даже небольших по величине, могут перестраиваться непредсказуемым образом.

По типу составных частей, входящих в систему, последние можно классифицировать на машинные (автомобиль, станок), типа «человек-машина » (самолет-пилот) и типа «человек-человек » (коллектив организации).

Одна из возможных классификаций систем приведена в табл.3.1.

Таблица 3.1

Классификация систем

Признак классификации	Вид систем
Сложность	Простая, сложная, большая
Изменение во времени	Статическая, динамическая
Взаимосвязь с окружающей средой	Закрытая, открытая
Предвидение развития	Детерминированная, стохастическая
Реакция на изменение окружающей среды	Адаптивная, неадаптивная
Устойчивость к возмущающим воздействиям	Равновесная, слабо равновесная, сильно неравновесная
По типу составных частей	Техническая, социо-техническая, социальная

Следует различать сложные и большие системы. Сложная система – система с разветвленной структурой и значительным количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (подсистем), имеющих разные по своему типу связи, способная сохранять частичную работоспособность при отказе отдельных элементов (свойство робастности ). Большая система – сложная система, имеющая ряд дополнительных признаков: наличие подсистем, имеющих собственное целевое назначение, подчиненное общему целевому назначению всей системы; большое число разнообразных связей (материальных, информационных, энергетических и т.п.); внешние связи с другими системами; наличие в системе элементов самоорганизации.

Важнейшими характерными чертами больших систем являются:

1) целенаправленность и управляемость системы, наличие у всей системы общей цели и назначения, задаваемых и корректируемых в системах более высоких уровней;

2) сложная иерархическая структура организации системы, предусматривающая сочетание централизованного управления с автономностью частей;

3) большой размер системы, то есть большое число частей и элементов, входов и выходов, разнообразие выполняемых функций и т.д.;

4) целостность и сложность поведения. Сложные, переплетающиеся взаимоотношения между переменными, включая петли обратной связи, приводят к тому, что изменение одной влечет изменение многих других переменных.

К большим системам относятся крупные производственно-экономические системы (например, холдинги), города, строительные и научно-исследовательские комплексы.

Справиться с задачами анализа больших сложных систем можно лишь тогда, когда в нашем распоряжении будет надлежащим образом организованная система исследования, элементы которой подчинены общей цели. Таково основное содержание закона необходимого разнообразия Эшби , из которого вытекает важная практическая рекомендация. Чтобы всесторонне изучить экономическую систему и уметь управлять ею, необходимо создать систему исследования, сравнимую по своей сложности с экономической; невозможно эффективно управлять большой системой с помощью простой системы управления, она требует сложного управляющего механизма. По мере роста сложности решаемых задач должна повышаться возможность системы управления решать эти задачи. Большие организации требуют сложных, многосторонних планов.

К числу понятий, на которых основаны важные принципы управления системами, относится понятие обратной связи (рис.3.2).

Рис.3.2. Обратная связь

Именно оно способствовало установлению принципиальных аналогий между организацией управления в таких качественно различных системах, как машины, живые организмы и коллективы людей. С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информацию о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

В изменяющейся среде или под воздействием различных «возмущений», которые достигают порога устойчивости, система может прекратить существование, превращаться в другую систему или распадаться на составные элементы. Например, банкротство предприятий.

Способность системы оставаться устойчивой через изменения своей структуры и поведения называется ультрастабильностью . Так, многие современные, прежде всего крупные, компании обеспечивают высокий уровень своей стабильности за счет высокой приспособляемости к внешним и внутренним условиям своего функционирования. Такие компании своевременно прекращают одни направления своей деятельности и начинают другие, вовремя выходят на новые рынки и покидают бесперспективные.

Свойство – сторона объекта, обуславливающая его отличие от других объектов или сходство с ними и проявляющаяся при взаимодействии с другими объектами. При взаимодействии с внутренними элементами или с внешними объектами выделяют соответственно внутренние и внешние свойства. Одна из основных целей системного анализа – выявление внутренних свойств системы, определяющих ее поведение и являющихся причинами внешних свойств. По структуре свойства делят на простые и сложные (интегральные). Внешние простые свойства доступны непосредственному наблюдению, внутренние свойства конструируются в нашем сознании логически и не доступны наблюдению.

Существуют следующие четыре свойства, которыми должен обладать объект, чтобы его можно было считать системой.

1. Целостность и членимость . Системой является целостная совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, но в целях анализа система может быть условно разделена на отдельные элементы.

2. Связи – это то, что соединяет объекты и свойства в системном процессе в целое. Между элементами системы существуют связи, которые определяют интегративные качества системы. Связи между элементами системы должны быть более мощными, чем связи отдельных элементов с внешней средой.

3. Организация – это внутренняя упорядоченность, согласованность взаимодействия элементов системы, определенная структура связей между элементами системы.

4. Интегративные качества (эмерджентность, системный эффект, синергетический эффект) – качества, присущие системе в целом, но не свойственные ни одному из ее элементов в отдельности.

3.2.3. Принципы системного анализа

Системный анализ основывается на множестве принципов , т.е. положениях общего характера, обобщающих опыт работы человека со сложными системами.

К наиболее важным относятся следующие принципы.

Принцип конечной цели заключается в абсолютном приоритете глобальной цели и имеет следующие правила:

1) для проведения системного анализа необходимо в первую очередь сформулировать основную цель исследования;

2) анализ следует вести на базе уяснения основной цели исследуемой системы, что позволит определить ее основные свойства, показатели качества и критерии оценки;

3) при синтезе систем любую попытку изменения или совершенствования существующей системы надо оценивать относительно того, помогает или мешает она достижению конечной цели;

4) цель функционирования искусственной системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система является составной частью.

Принцип измерения . О качестве функционирования какой-либо системы можно судить только применительно к системе более высокого порядка. Другими словами, для определения эффективности функционирования системы надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних свойств исследуемой системы относительно целей и задач суперсистемы.

Принцип единства . Это совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов). Принцип ориентирован на «взгляд внутрь» системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе.

Принцип связности . Рассмотрение любой части совместно с ее окружением подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами системы и выявление связей с внешней средой (учет внешней среды). В соответствии с этим принципом систему в первую очередь следует рассматривать как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой суперсистемой или старшей системой.

Принцип иерархии . Полезно введение иерархии частей и их ранжирование, что упрощает разработку системы и устанавливает порядок рассмотрения частей.

Принцип функциональности утверждает, что любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей. В случае придания системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему. Поскольку выполняемые функции составляют процессы, то целесообразно рассматривать отдельно процессы, функции, структуры. В свою очередь, процессы сводятся к анализу потоков различных видов: материальный поток; поток энергии; поток информации; смена состояний. С этой точки зрения структура есть множество ограничений на потоки в пространстве и во времени.

Принцип развития . Это учет изменяемости системы, ее способности к развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации. В основу синтезируемой системы требуется закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования. Обычно расширение функций предусматривается за счет обеспечения возможности включения новых модулей, совместимых с уже имеющимися. С другой стороны, при анализе принцип развития ориентирует на необходимость учета предыстории развития системы и тенденций, имеющихся в настоящее время, для вскрытия закономерностей ее функционирования.

3.2.4. Структура системного анализа

На рис.3.3 представлен общий циклический подход к решению проблем. В процессе функционирования реальной системы выявляется проблема практики как несоответствие существующего положения дел требуемому. Для решения проблемы проводится системное исследование (декомпозиция, анализ и синтез) системы, снимающее проблему. В ходе синтеза осуществляется оценка анализируемой и синтезируемой систем. Реализация синтезированной системы в виде предлагаемой физической системы позволяет провести оценку степени снятия проблемы практики, и принять решение на функционирование модернизированной (новой) реальной системы.

Основными задачами системного анализа являются (табл.3.2):

· задача декомпозиции означает представление системы в виде подсистем, состоящих из более мелких элементов;

· задача анализа – нахождение различного рода свойств системы, ее элементов и окружающей среды с целью определения закономерностей поведения системы;

· задача синтеза – на основе полученных знаний о системе, создать модель системы, определить ее структуру, параметры, обеспечивающие эффективное функционирование системы, решение задач и достижение поставленных целей.

Рис.3.3. Общий подход к решению проблем с позиций системного анализа

Таблица 3.2

Основные задачи и функции системного анализа

Структура системного анализа
Декомпозиция	Анализ	Синтез
Определение и декомпозиция общей цели, основной функции	Функционально-структурный анализ	Разработка модели системы
Выделение системы из среды	Морфологический анализ (анализ взаимосвязи компонентов)	Структурный синтез
Описание воздействующих факторов	Генетический анализ (анализ предыстории, тенденций, прогнозирование)	Параметрический синтез
Описание тенденций развития, неопределенностей	Анализ аналогов	Оценивание системы
Описание как «черного ящика»	Анализ эффективности
Функциональная, компонентная и структурная декомпозиция	Формирование требований к создаваемой системе

На этапе декомпозиции , обеспечивающем общее представление системы, осуществляются:

1. Определение и декомпозиция общей цели исследования и основной функции системы как ограничение траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций.

2. Выделение системы из среды (разделение на систему/«несистему») по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы.

3. Описание воздействующих факторов.

4. Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.

5. Описание системы как «черного ящика».

6. Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений между элементами) декомпозиции системы.

Глубина декомпозиции ограничивается. Декомпозиция должна прекращаться, если необходимо изменить уровень абстракции – представить элемент как подсистему. Если при декомпозиции выясняется, что модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика», то в этом случае произошло изменение уровня абстракции. Это означает выход за пределы цели исследования системы и, следовательно, вызывает прекращение декомпозиции.

В автоматизированных методиках типичной является декомпозиция модели на глубину 5-6 уровней. На такую глубину декомпозируется обычно одна из подсистем. Функции, которые требуют такого уровня детализации, часто очень важны, и их детальное описание дает ключ к секретам работы всей системы.

В общей теории систем доказано, что большинство систем могут быть декомпозированы на базовые представления подсистем. К ним относят: последовательное (каскадное) соединение элементов, параллельное соединение элементов, соединение с помощью обратной связи.

Проблема проведения декомпозиции состоит в том, что в сложных системах отсутствует однозначное соответствие между законом функционирования подсистем и алгоритмом, его реализующим. Поэтому осуществляется формирование нескольких ва­риантов (или одного варианта, если система отображена в виде иерархической структуры) декомпозиции системы.

Рассмотрим некоторые наиболее часто применяемые стратегии декомпозиции.

Функциональная декомпозиция . Декомпозиция базируется на анализе функций системы. При этом ставится вопрос что делает система, независимо от того, как она работает. Основанием разбиения на функциональные подсистемы служит общность функций, выполняемых группами элементов.

Декомпозиция по жизненному циклу . Признак выделения подсистем – изменение закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы «от рождения до гибели». Рекомендуется применять эту стратегию, когда целью системы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов в выходы.

Декомпозиция по физическому процессу . Признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Хотя эта стратегия полезна при описании существующих процессов, результатом ее часто может стать слишком последовательное описание системы, которое не будет в полной мере учитывать ограничения, диктуемые функциями друг другу. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Применять эту стратегию следует, только если целью модели является описание физического процесса как такового.

Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция). Признак выделения подсистем – сильная связь между элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (информационных, логических, иерархических, энергетических и т.п.). Силу связи, например, по информации можно оценить коэффициентом информационной взаимосвязи подсистем к = N / N o , где N – количество взаимоиспользуемых информационных массивов в подсистемах, N 0 - общее количество информационных массивов. Для описания всей системы должна быть построена составная модель, объединяющая все отдельные модели. Рекомендуется использовать разложение на подсистемы, только когда такое разделение на основные части системы не изменяется. Нестабильность границ подсистем быстро обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

На этапе анализа , обеспечивающем формирование детального представления системы, осуществляются:

1. Функционально-структурный анализ существующей системы, позволяющий сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает уточнение состава и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовлияний подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание пространства состояний Z, задание параметрического пространства Т, в котором задано поведение системы, анализ целостности системы, формулирование требований к создаваемой системе.

2. Морфологический анализ – анализ взаимосвязи компонентов.

3. Генетический анализ – анализ предыстории, причин развития ситуации, имеющихся тенденций, построение прогнозов.

4. Анализ аналогов.

5. Анализ эффективности (по результативности, ресурсоемкости, оперативности). Он включает выбор шкалы измерения, формирование показателей эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, непосредственно оценивание и анализ полученных оценок.

6. Формирование требований к создаваемой системе, включая выбор критериев оценки и ограничений.

Этап синтеза системы, решающей проблему, представлен в виде упрощенной функциональной диаграммы на рис.3.4.

Рис.3.4. Упрощенная функциональная диаграмма этапа синтеза системы, решающей проблему

На этом этапе осуществляются:

1. Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата, моделирование, оценка модели по критериям адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения).

2. Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.

3. Синтез параметров системы, снимающей проблему.

4. Оценивание вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта).

Оценка степени снятия проблемы проводится при завершении системного анализа.

Наиболее сложными в исполнении являются этапы декомпозиции и анализа. Это связано с высокой степенью неопределенности, которую требуется преодолеть в ходе исследования. Рассмотрим процесс формирования общего и детального представления системы, включающий девять основных стадий.

Формирование общего представления системы

Стадия 1 . Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) системы. Формирование (выбор) основных предметных понятий, используемых в системе. На этой стадии речь идет об уяснении основных выходов в системе. Именно с этого лучше всего начинать ее исследование. Должен быть определен тип выхода: материальный, энергетический, информационный, они должны быть отнесены к каким-либо физическим или другим понятиям (выход производства – продукция (какая?), выход системы управления – командная информация (для чего? в каком виде?), выход автоматизированной информационной системы – сведения (о чем?) и т.д.).

Стадия 2 . Выявление основных функций и частей (модулей) в системе. Понимание единства этих частей в рамках системы. На этой стадии происходит первое знакомство с внутренним содержанием системы, выявляется, из каких крупных частей она состоит и какую роль каждая часть играет в системе. Это стадия получения первичных сведений о структуре и характере основных связей. Такие сведения следует представлять и изучать при помощи структурных или объектно-ориентированных методов анализа систем, где, например, выясняется наличие преимущественно последовательного или параллельного характера соединения частей, взаимной или преимущественно односторонней направленности воздействий между частями и т.п. Уже на этой стадии следует обратить внимание на так называемые системообразующие факторы, т.е. на те связи, взаимообусловленности, которые и делают систему системой.

Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осуществления; выявление стадийности, скачков, смен состояний в функционировании; в системах с управлением – выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе, ход событий, вводятся параметры состояния, рассматриваются факторы, влияющие на эти параметры, обеспечивающие течение процессов, а также условия начала и конца процессов. Определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли они осуществлению системой своих главных функций. Для управляемых систем уясняются основные управляющие воздействия, их тип, источник и степень влияния на систему.

Стадия 4 . Выявление основных элементов «несистемы», с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии решается ряд отдельных проблем. Исследуются основные внешние воздействия на систему (входы). Определяются их тип (вещественные, энергетические, информационные), степень влияния на систему, основные характеристики. Фиксируются границы того, что считается системой, определяются элементы «несистемы», на которые направлены основные выходные воздействия. Здесь же полезно проследить эволюцию системы, путь ее формирования. Нередко именно это ведет к пониманию структуры и особенностей функционирования системы. В целом данная стадия позволяет лучше уяснить главные функции системы, ее зависимость и уязвимость или относительную независимость во внешней среде.

Стадия 5 . Выявление неопределенностей и случайностей в ситуации их определяющего влияния на систему (для стохастических систем).

Стадия 6. Выявление разветвленной структуры, иерархии, формирование представлений о системе как о совокупности модулей, связанных входами-выходами.

Стадией 6 заканчивается формирование общих представлений о системе. Как правило, этого достаточно, если речь идет об объекте, с которым мы непосредственно работать не будем. Если же речь идет о системе, которой надо заниматься для ее глубокого изучения, улучшения, управления, то нам придется пойти дальше по спиралеобразному пути углубленного исследования системы.

Формирование детального представления системы

Стадия 7 . Выявление всех элементов и связей, важных для целей рассмотрения. Их отнесение к структуре иерархии в системе. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадии 6 и 7 тесно связаны друг с другом, поэтому их обсуждение полезно провести вместе. Стадия 6 – это предел познания «внутрь» достаточно сложной системы для лица, оперирующего ею целиком. Более углубленные знания о системе (стадия 7) будет иметь уже только специалист, отвечающий за ее отдельные части. Для не слишком сложного объекта уровень стадии 7 – знание системы целиком – достижим и для одного человека. Таким образом, хотя суть стадий 6 и 7 одна и та же, но в первой из них мы ограничиваемся тем разумным объемом сведений, который доступен одному исследователю.

При углубленной детализации важно выделять именно существенные для рассмотрения элементы (модули) и связи, отбрасывая все то, что не представляет интереса для целей исследования. Познание системы предполагает не всегда только отделение су­щественного от несущественного, но также уделение дополнительного внимания более существенному. Детализация должна затронуть и уже рассмотренную в стадии 4 связь системы с «несистемой». На стадии 7 совокупность внешних связей считается проясненной настолько, что можно говорить о доскональном знании системы.

Стадии 6 и 7 подводят итог общему, цельному изучению системы. Дальнейшие стадии уже рассматривают только ее отдельные стороны. Поэтому важно еще раз обратить внимание на системообразующие факторы, на роль каждого элемента и каждой связи, на понимание, почему они именно таковы или должны быть именно таковыми в аспекте единства системы.

Стадия 8 . Учет изменений и неопределенностей в системе. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных частей (модулей) на новые, позволяющие не только противостоять старению, но и повысить качество системы по сравнению с первоначальным состоянием. Такое совершенствование искусственной системы принято называть развитием. К нему также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей, накопление информации для лучшего ее использования, а иногда и перестройку структуры, иерархии связей.

Основные неопределенности в стохастической системе считаются исследованными на стадии 5. Однако недетерминированность всегда присутствует и в системе, не предназначенной работать в условиях случайного характера входов и связей. Добавим, что учет неопределенностей в этом случае обычно превращается в исследование чувствительности важнейших свойств (выходов) системы. Под чувствительностью понимают степень влияния изменения входов на изменение выходов.

Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решения. Управляющие воздействия как системы управления. Для целенаправленных и других систем с управлением данная стадия имеет большое значение. Основные управляющие факторы были уяснены при рассмотрении стадии 3, но там это носило характер общей информации о системе. Для эффективного введения управлений или изучения их воздействий на функции системы и процессы в ней необходимо глубокое знание системы. Именно поэтому мы говорим об анализе управлений только сейчас, после всестороннего рассмотрения системы. Напомним, что управление может быть чрезвычайно разнообразным по содержанию – от команд специализированной управляющей ЭВМ до министерских приказов.

Однако возможность единообразного рассмотрения всех целенаправленных вмешательств в поведение системы позволяет говорить уже не об отдельных управленческих актах, а о системе управления, которая тесно переплетается с основной системой, но четко выделяется в функциональном отношении.

На данной стадии выясняется, где, когда и как (в каких точках системы, в какие моменты, в каких процессах, скачках, выборах из совокупности, логических переходах и т.д.) система управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо. При введении управлений в системе должны быть исследованы варианты перевода входов и постоянных параметров в управляемые, определе­ны допустимые пределы управления и способы их реализации.

Стадии 6-9 были посвящены углубленному исследованию системы. Далее идет специфическая стадия моделирования. О создании модели можно говорить только после полного изучения системы.

«Содержание и технология системного анализа» →

Глава 11, Основы системного анализа

11.1. Основные разновидности системного анализа

Виды системного анализа

Системный анализ представляет собой важный объект методологических исследований и одно из наиболее бурно развивающихся научных направлений. Ему посвящено множество монографий и статей. Наиболее известные его исследовател: В. Г. Афанасьев, Л. Бер-таланфи, И. В. Блауберг, А. А. Богданов, В. М. Глушков, Т. Гоббс, О. Конт, В. А. Карташов, С. А. Кузьмин, Ю. Г. Марков, Р. Мертон, М. Месарович, Т. Парсонс, Л. А. Петрушенко, В. Н. Садовский, М. И. Сетров, Г. Спенсер, В. Н. Спицнадель, Я. Такахара, В. С. Тюх-тин, А. И. Уемов, У. Черчмен, Э. Г., Юдин и др.

Популярность системного анализа ныне столь велика, что можно перефразировать известный афоризм выдающихся физиков Уильяма Томсона и Эрнеста Резерфорда относительно науки, которую можно разделить на физику и собирание марок. Действительно, среди всех методов анализа системный - настоящий король, а все другие методы можно с уверенностью отнести к его невыразительной прислуге.

Вместе с тем всякий раз, когда ставится вопрос о технологиях системного анализа, сразу же возникают непреодолимые трудности, связанные с тем, что устоявшихся интеллектуальных технологий системного анализа в практике нет. Имеется только некоторый опыт применения системного подхода в различных странах. Таким образом, налицо проблемная ситуация, характеризующаяся постоянно нарастающей потребностью технологического освоения системного анализа, которое разработано весьма недостаточно.

Ситуация усугубляется не только тем, что не разработаны интеллектуальные технологии системного анализа, но и тем, что нет однозначности в понимании самого системного анализа. Это несмотря на то что уже 90 лет прошло со времени выхода в свет основополагающего труда в области теории систем - «Тектологии» А. А. Богданова, и почти полстолетия насчитывает история развития системных идей.

Достаточно рельефно выделяются несколько вариантов понимания сущности системного анализа:

• Отождествление технологии системного анализа с технологией научного исследования. При этом для самого системного анализа в этой технологии практически не находится места.
• Сведение системного анализа к системному конструированию. По сути системно-аналитическая деятельность отождествляется с системотехнической деятельностью.
• Очень узкое понимание системного анализа, сведение его к одной из его составляющих, например к структурно-функциональному анализу.
• Отождествление системного анализа системным подходом в аналитической деятельности.
• Понимание системного анализа как исследования системных закономерностей.
• В узком смысле под системным анализом довольно часто понимают совокупность математических методов исследования систем.
• Сведение системного анализа к совокупности методологических средств, которые используются для подготовки, обоснования и осуществления решений по сложным проблемам.

В этом случае то, что называют системным анализом, представляет собой недостаточно интегрированный массив методов и приемов системной деятельности. В табл. 31 дана характеристика основных видов системной деятельности, среди которых фактически теряется системный анализ.

Виды деятельности	Цель деятельности	Средства деятельности	Содержание деятельности
Системное познание	Получение знания	Знания, методы познания	Изучение объекта и его предмета
Системный анализ	Понимание проблемы	Информация, методы ее анализа	Рассмотрение проблемы посредством методов анализа
Системное моделирование	Создание модели системы	Методы моделирования	Построение формальной или натурной модели системы
Системное конструирование	Создание системы	Методы конструирования	Проектирование и опредмечивание системы
Системная диагностика	Диагноз системы	Методы диагностики	Выяснение отклонений от нормы в структуре и функциях системы
Системная оценка	Оценка системы	Теория и методы оценки	Получение оценки системы, ее значимости

Таблица 31 — Виды системной деятельности и их характеристика

Следует подчеркнуть, что ныне практически не встречаются научные и педагогические разработки в различных областях управления, в которых не уделялось бы внимание системному анализу. При этом его вполне справедливо рассматривают как эффективный метод изучения объектов и процессов управления. Однако практически отсутствует анализ «точек» приложения системной аналитики к решению конкретных управленческих задач и ощущается дефицит технологических схем такого анализа. Системный анализ в управлении представляет ныне не развитую практику, а нарастающие ментальные декларации, не имеющие какого-либо серьезного технологического обеспечения.

Методология системного анализа

Методология системного анализа представляет собой довольно сложную и пеструю совокупность принципов, подходов, концепций и конкретных методов. Рассмотрим ее основные составляющие.

Под принципами понимаются основные, исходные положения, некоторые общие правила познавательной деятельности, которые указывают направление научного познания, но не дают указания на конкретную истину.Это выработанные и исторически обобщенные требования к познавательному процессу, выполняющие важнейшие регулятивные роли в познании . Обоснование принципов - первоначальный этап построения методологической концепции.

К важнейшим принципам системного анализа следует отнести принципы элементаризма, всеобщей связи, развития, целостности, системности, оптимальности, иерархии, формализации, нормативности и целеполагания. Системный анализ представляется интегралом данных принципов. В табл. 32 представлена их характеристика в аспекте системного анализа.

Принципы системного анализа	Характеристика
Элементаризма	Система представляет собой совокупность взаимосвязных элементарных составляющих
Всеобщей связи	Система выступает как проявление универсального взаимодействия предметов и явлений
Развития	Системы находятся в развитии, проходят этапы возникновения, становления, зрелости и нисходящего развития
Целостности	Рассмотрение любого объекта, системы с точки зрения внутреннего единства, отделенности от окружающей среды
Системности	Рассмотрение объектов как системы, т.е. как целостности, которая не сводится к совокупности элементов и связей
Оптимальности	Любая система может быть приведена в состояние наилучшего ее функционирования с точки зрения некоторого критерия
Иерархии	Система представляет собой соподчиненное образование
Формализации	Любая система с большей или меньшей корректностью может быть представлена формальными моделями, в том числе формально-логическими, математическими, кибернетическими и др.
Нормативности	Любая система может быть понята только в том случае, если она будет сравниваться с некоторой нормативной системой
Целеполагания	Любая система стремится к определенному предпочтительному для него состоянию, выступающему в качестве цели системы

Таблица 32 — Принципы системного анализа и их характеристика

Методологические подходы в системном анализе объединяют совокупность сложившихся в практике аналитической деятельности приемов и способов реализации системной деятельности. Наиболее важными среди них выступают системный, структурно-функциональный, конструктивный, комплексный, ситуационный, инновационный, целевой, деятельностный, морфологический и программно-целевой подходы. Их характеристика представлена в табл. 33.

Подходы в системном анализе	Характеристика подходов в системном анализе
Системный	Несводимость свойств целого к сумме свойств элементов Поведение системы определяется как особенностями отдельных элементов, так и особенностями ее структуры Существует зависимость между внутренними и внешними функциями системы Система находится во взаимодействии с внешней средой, обладает соответствующей ей внутренней средой Система представляет собой развивающуюся целостность
Структурно-функциональный	Выявление структуры (или функций) системы Установление зависимости между структурой и функциями системы Построение соответственно функций (или структуры) системы
Конструктивный	Реалистический анализ проблемы Анализ всех возможных вариантов разрешения проблемы Конструирование системы, действие по разрешению проблемы
Комплексный	Рассмотрение всех сторон, свойств, многообразия структур, функций системы, ее связей со средой Рассмотрение их в единстве Выяснение степени значимости взятых в единстве характеристик системы в ее сущности
Проблемный	Выделение проблемы как противоречия между какими-либо сторонами объекта, определяющими его развитие Определение типа проблемы, ее оценка Выработка способов разрешения проблемы
Ситуационный	Выделение проблемного комплекса, лежащего в основе ситуации Выделение основных характеристик ситуации Установление причин возникновения ситуация и следствий их развертывания Оценка ситуации, её прогнозирование Разработка программы деятельности в данной ситуации
Инновационный	Констатация проблемы обновления Формирование модели нововведения, обеспечивающего разрешение проблемы Внедрение нововведения Управление нововведением, его освоение и реализация
Нормативный	Констатация проблемы системы Установление рациональных норм системы Преобразование системы в соответствии с нормами
Целевой	Определение цели системы Декомпозиция цели на простые составляющие Обоснование целей Построение «дерева целей» Оценка экспертами всех «ветвей» «дерева целей» относительно времени и ресурсов достижения
Деятельностный	Определение проблемы Определение объекта деятельности Формулировка целей и задач деятельности Определение субъекта деятельности Формирование модели деятельности Осуществление деятельности
Морфологический	Максимально точное определение проблемы Нахождение наибольшего числа в пределах всех возможных вариантов разрешения проблемы Реализация системы путем комбинирования основных структурных элементов или признаков Применение методов морфологического моделирования: систематического покрытия поля; отрицания и конструирования; морфологического ящика; сопоставления совершенного с дефектным, обобщения и др.
Программно-целевой	Определение проблемы Формулирование целей Построение программы достижения целей

Таблица 33 — Характеристика основных подходов в системном анализе

Важнейшей, если не главной составной частью методологии системного анализа выступают методы. Их арсенал довольно велик. Разнообразны и подходы авторов при их выделении. Ю. И. Черняк методы системного исследования делит на четыре группы: неформальные, графические, количественные и моделирование . А. В. Игнатьева и М. М. Максимцов дают классификацию методов исследования систем управления, разделяя их на три основные группы: 1) методы, основанные на использовании знаний и интуиции специалистов; 2) методы формализованного представления систем и 3) комплексированные методы.

По нашему мнению, методы системного анализа еще не получили достаточно убедительной классификации в науке. Поэтому прав В. Н. Спицнадель, который отмечает, что, к сожалению, в литературе отсутствует классификация этих методов, которая была бы принята единогласно всеми специалистами . Приведенная табл. 34 представляет разработанный автором возможный вариант такой классификации. В качестве оснований классификации предлагается использовать тип знания, обрабатываемый методом; способ реализации, в качестве которого могут выступать либо интуиция, либо знание; выполняемые функции, сводящиеся к получению, представлению и обработке информации; уровень знания - теоретический либо эмпирический; форма представления знания, которая может быть качественной либо количественной.

Основание классификации	Методы системного анализа
Тип знания	Философские методы (диалектический, метафизический и т.п.) Общенаучные методы (системный, структурно-функциональный, моделирование, формализация и т. п.) Частнонаучные методы (свойственны для конкретной науки: методы моделирования социальных, биологических систем и т. п.) Дисциплинарные методы (применяются в той или иной дисциплине, входящей в какую-нибудь отрасль науки, семиотические, лингвистические и т. п.)
Способ реализации	Интуитивные методы («мозговая атака», «сценарии», экспертные методы и т. п.) Научные методы (анализ, классификация, системного моделирования, методы логики и теории множеств и т. п.)
Выполняемые функции	Методы получения информации (системное наблюдение, описание, экспертные методы, игровые методы и т. п.) Методы представления информации (группировка, классификация и т. п.) Методы анализа информации (классификация, обобщение, методы анализа информационных систем и т. п.)
Уровень знания	Теоретические методы (анализ, синтез, теоретизация и т. п.) Эмпирические методы (игровые методы, морфологические методы, экспертные оценки и т. п.)
Форма представления знания	Качественные методы, опирающиеся на качественный подход к объекту (метод «сценариев», морфологические методы) Количественные методы, использующие аппарат математики (метод « Дельфи», статистические методы, методы теории графов, комбинаторики, кибернетики, логики, теории множеств, лингвистики, исследования операций, семиотики, топологии и т. п.)

Таблица 34 — Методы системного анализа

Методологический комплекс системного анализа был бы неполным, если в нем не выделить его теоретический ансамбль. Теория является не только отражением действительности, но и методом ее отражения, т.е. она выполняет методологическую функцию. На этом основании системные теории включаются в системный методологический комплекс. Наиболее важные системные теории, которые воздействуют на анализ, представлены в табл. 35.

Название	Авторы	Характеристика
Общая теория систем (несколько вариантов)	А. А. Богданов, Л. Берталанфи, М. Месарович, У. Росс Эшби, A. И. Уемов, B. С. Тюхтин, Ю. А. Урманцев и др.	Формирование понятийного аппарата систем Попытка создания строгой теории Выявление общих закономерностей функционирования и развития систем любой природы
Структурализм (несколько вариантов)	К. Леви-Стросс, М. П. Фуко, Ж. Лакан, Р. Барт, Л. Гольдман, А. Р. Радклифф-Браун и др.	Выявление структур, имеющихся в культуре Применение структурных методов в изучении различных продуктов человеческой деятельности в целях выявления логики порождения, строения и функционирования объектов духовной культуры. Выделение и анализ эпистем - способов фиксации связей между словами и вещами
Функционализм (несколько вариантов)	Г. Спенсер, Т. Парсонс, Б. Малиновский, Р. Мертон, Н. Луман, К. Гемпель, Ч. Миллс и др.	Выявление функций как наблюдаемых следствий, которое служит саморегуляции и адаптации системы Исследование функциональных потребностей и их обеспечения структурами Выделение явных и латентных функций, функций и дисфункций Исследование проблем адаптации и саморегуляции систем
Структурный функционализм (несколько вариантов)	Р. Бейлз, Р. Мак-Айвера, Р. Мертон, Т. Парсонс, Н. Смелсер, Э. Шилз и др.	Равновесие и спонтанная регуляция систем Наличие в обществе инструментальной и функциональной рациональности Общество как система имеет технико-экономическую, профессиональную и стратификационную структуры
Системно-кибернетические теории	Н. Винер, У. Росс Эшби, Р. Акофф, Ст. Бир, В. М. Глушков и др.	Выделение общих законов управления Гомеостатический, целевой, управленческий характер систем Наличие прямой и обратной отрицательной и положительной обратной связей Процессы управления рассматриваются как процессы переработки информации Теория автоматического регулирования Теория информации Теория оптимального управления Теория алгоритмов Становление химической, технической, экономической и т.п. кибернетики
Математические теории систем (несколько вариантов)	М. Месарович, Л. В. Кантарович, В. С. Немчинов и др.	Математические определения систем, основанные на теории множеств, логике, математическом программировании, теории вероятностей и статистике Математические описания структуры, функций и состояний систем
Синергетика	И. И. Пригожин, Г. Хаген	Исследование процессов самоорганизации в системах любой природы Объяснение поведения сложных нелинейных систем, находящихся в неравновесных состояниях спонтанным образованием структур Роль динамического хаоса и флуктуаций в развитии системы Наличие многообразия путей развития систем в условиях хаоса

Из табл. 35 следует, что системная теория развивается по нескольким направлениям. Практически исчерпывает себя такое направление, как общая теория систем, сформировался структурализм, функционализм и структурный функционализм в обществознании, биологии, получили развитие системно-кибернетические и математические теории. Наиболее перспективным направлением ныне является синергетика, которая дает объяснение нестационарным системам, с которыми человек сталкивается все чаще в условиях перехода к постиндустриальной динамике жизни.

Виды системного анализа

Многообразие методологии системного анализа выступает питательной почвой для развития разновидностей системного анализа, под которыми понимаются некоторые сложившиеся методологические комплексы. Заметим, что вопрос о классификации разновидностей системного анализа еще не разработан в науке. Имеются отдельные подходы к этой проблеме, которые встречаются в некоторых работах . Довольно часто виды системного анализа сводят к методам системного анализа или к специфике системного подхода в системах различной природы. На самом деле бурное развитие системного анализа приводит к дифференциации его разновидностей по многим основаниям, в качестве которых выступают: назначение системного анализа; направленность вектора анализа; способ его осуществления; время и аспект системы; отрасль знания и характер отражения жизни системы. Классификация по этим основаниям приведена в табл. 36.

Основание классификации	Виды системного анализа	Характеристика
Назначение системного анализа	Исследовательский системный	Аналитическая деятельность строится как исследовательская деятельность, результаты используются в науке
	Прикладной системный	Аналитическая деятельность представляет собой специфическую разновидность практической деятельности, результаты используются в практике
Направленность вектора анализа	Дескриптивный или описательный	Анализ системы начинается со структуры и идет к функциям и цели
	Конструктивный	Анализ системы начинается с ее цели и идет через функции к структуре
Способ осуществления анализа	Качественный	Анализ системы с точки зрения качественных свойств, характеристик
	Количественный	Анализ системы с точки зрения формального подхода, количественного представления характеристик
Время системы	Ретроспективный	Анализ систем прошлого и их влияния на прошлое и историю
	Актуальный (ситуационный)	Анализ систем в ситуациях настоящего и проблем их стабилизации
	Прогностический	Анализ систем будущего и путей их достижения
Аспекты системы	Структурный	Анализ структуры
	Функциональный	Анализ функций системы, эффективности ее функционирования
	Структурно-функциональный	Анализ структуры и функций, а также их взаимозависимости
Масштаб системы	Макросистемный	Анализ места и роли системы в более крупных системах, которые ее включают
	Микросистемный	Анализ систем, которые включают в себя данную и воздействуют на свойства данной системы
Отрасль знания	Общий системный	Опирается на общую теорию систем, осуществляется с общих системных позиций
	Специальный системный	Опирается на специальные теории систем, учитывает специфику природы систем
Отражение жизни системы	Витальный	Предполагает анализ жизни системы, основных этапов ее жизненного пути
	Генетический	Анализ генетики системы, механизмов наследования

Таблица 36 — Характеристика разновидностей системного анализа

Данная классификация позволяет диагностировать каждую конкретную разновидность системного анализа. Для этого надо «пройти» по всем основаниям классификации, выбирая ту разновидность анализа, которая наилучшим образом отражает свойства применяемой разновидности анализа.

Предметная область - раздел науки, изучающий предметные аспекты системных процессов и системные аспекты предметных процессов и явлений. Это определение можно считать системным определением предметной области .

Системный анализ - совокупность понятий, методов, процедур и технологий для изучения, описания, реализации явлений и процессов различной природы и характера, междисциплинарных проблем; это совокупность общих законов, методов, приемов исследования таких систем.

Системный анализ - методология исследования сложных, часто не вполне определенных проблем теории и практики.

Строго говоря, различают три ветви науки, изучающей системы:

системологию (теорию систем) которая изучает теоретические аспекты и использует теоретические методы (теория информации , теория вероятностей, теория игр и др.);

системный анализ (методологию, теорию и практику исследования систем), которая исследует методологические, а часто и практические аспекты и использует практические методы (математическая статистика, исследование операций, программирование и др.);

системотехнику, системотехнологику (практику и технологию проектирования и исследования систем).

За термин системотехнологика ответственность несет автор. Такое деление достаточно условно.

Общим у всех этих ветвей является системный подход, системный принцип исследования - рассмотрение изучаемой совокупности не как простой суммы составляющих (линейно взаимодействующих объектов), а как совокупности нелинейных и многоуровневых взаимодействующих объектов.

Любую предметную область также можно определить как системную.

Пример. Информатика - наука, изучающая информационно-логические и алгоритмические аспекты системных процессов, системные аспекты информационных процессов. Это определение можно считать системным определением информатики .

Системный анализ тесно связан с синергетикой . Синергетика - междисциплинарная наука, исследующая общие идеи, методы и закономерности организации (изменения структуры, ее пространственно-временного усложнения) различных объектов и процессов, инварианты (неизменные сущности) этих процессов. "Синергический" в переводе означает "совместный, согласованно действующий". Это теория возникновения новых качественных свойств, структур на макроскопическом уровне.

Системный анализ тесно связан и с философией. Философия дает общие методы содержательного анализа, а системный анализ - общие методы формального, межпредметного анализа предметных областей , выявления и описания, изучения их системных инвариантов. Можно дать и философское определение системного анализа: системный анализ - это прикладная диалектика.

Системный анализ предоставляет к использованию в различных науках, системах следующие системные методы и процедуры:

абстрагирование и конкретизация;

анализ и синтез, индукция и дедукция;

формализация и конкретизация;

композиция и декомпозиция;

линеаризация и выделение нелинейных составляющих;

структурирование и реструктурирование;

макетирование;

реинжиниринг;

алгоритмизация;

моделирование и эксперимент;

программное управление и регулирование;

распознавание и идентификация;

кластеризация и классификация;

экспертное оценивание и тестирование;

верификация

и другие методы и процедуры.

Имеются следующие основные типы ресурсов в природе и в обществе.

Вещество - наиболее хорошо изученный ресурс, который в основном представлен таблицей Д.И. Менделеева достаточно полно и пополняется не так часто. Вещество выступает как отражение постоянства материи в природе, как мера однородности материи.

Энергия - не полностью изученный тип ресурсов, например, мы не владеем управляемой термоядерной реакцией. Энергия выступает как отражение изменчивости материи, переходов из одного вида в другой, как мера необратимости материи.

Информация - мало изученный тип ресурсов. Информация выступает как отражение порядка, структурированности материи, как мера порядка, самоорганизации материи (и социума). Сейчас этим понятием мы обозначаем некоторые сообщения; ниже этому понятию мы посвятим более детальное обсуждение.

Человек - выступает как носитель интеллекта высшего уровня и является в экономическом, социальном, гуманитарном смысле важнейшим и уникальным ресурсом общества, рассматривается как мера разума, интеллекта и целенаправленного действия, мера социального начала, высшей формы отражения материи (сознания).

Организация (или организованность) выступает как форма ресурсов в социуме, группе, которая определяет его структуру, включая институты человеческого общества, его надстройки, применяется как мера упорядоченности ресурсов. Организация системы связана с наличием некоторых причинно-следственных связей в этой системе. Организация системы может иметь различные формы, например, биологическую, информационную, экологическую, экономическую, социальную, временную, пространственную, и она определяется причинно-следственными связями в материи и социуме.

Пространство - мера протяженности материи (события), распределения ее (его) в окружающей среде.

Время - мера обратимости (необратимости) материи, событий. Время неразрывно связано с изменениями действительности.

Можно говорить о различных полях, в которые "помещен" человек , - материальном, энергетическом, информационном, социальном, об их пространственных, ресурсных (материя, энергия , информация ) и временных характеристиках.

Пример. Рассмотрим простую задачу - пойти утром на занятия в вуз. Эта часто решаемая студентом задача имеет все аспекты:

материальный, физический аспект - студенту необходимо переместить некоторую массу, например, учебников и тетрадей на нужное расстояние;

энергетический аспект - студенту необходимо иметь и затратить конкретное количество энергии на перемещение;

информационный аспект - необходима информация о маршруте движения и месторасположении вуза и ее нужно обрабатывать по пути своего движения;

человеческий аспект - перемещение, в частности, передвижение на автобусе невозможно без человека , например, без водителя автобуса;

организационный аспект - необходимы подходящие транспортные сети и маршруты, остановки и т.д.;

пространственный аспект - перемещение на определенное расстояние;

временной аспект - на данное перемещение будет затрачено время (за которое произойдут соответствующие необратимые изменения в среде, в отношениях, в связях).

Все типы ресурсов тесно связаны и сплетены. Более того, они невозможны друг без друга, актуализация одного из них ведет к актуализации другого.

Пример. При сжигании дров в печке выделяется тепловая энергия , тепловая энергия используется для приготовления пищи, пища используется для получения биологической энергии организма, биологическая энергия используется для получения информации (например, решения некоторой задачи), перемещения во времени и в пространстве . Человек и во время сна расходует свою биологическую энергию на поддержание информационных процессов в организме; более того, сон - продукт таких процессов.

Социальная организация и активность людей совершенствует информационные ресурсы, процессы в обществе, последние, в свою очередь, совершенствуют производственные отношения.

Если классическое естествознание объясняет мир исходя из движения, взаимопревращений вещества и энергии , то сейчас реальный мир, объективная реальность могут быть объяснены лишь с учетом сопутствующих системных, и особенно системно-информационных и синергетических процессов.

Особый тип мышления - системный , присущий аналитику, который хочет не только понять суть процесса, явления, но и управлять им. Иногда его отождествляют с аналитическим мышлением, но это отождествление не полное. Аналитическим может быть склад ума, а системный подход есть методология, основанная на теории систем.

Предметное (предметно-ориентированное) мышление - это метод (принцип), с помощью которого можно целенаправленно (как правило, с целью изучения) выявить и актуализировать, познать причинно-следственные связи и закономерности в ряду частных и общих событий и явлений. Часто это методика и технология исследования систем.

Системное (системно-ориентированное) мышление - это метод (принцип), с помощью которого можно целенаправленно (как правило, с целью управления) выявить и актуализировать, познать причинно-следственные связи и закономерности в ряду общих и всеобщих событий и явлений. Часто это методология исследования систем.

При системном мышлении совокупность событий, явлений (которые могут состоять из различных составляющих элементов) актуализируется, исследуется как целое, как одно организованное по общим правилам событие, явление, поведение которого можно предсказать, прогнозировать (как правило) без выяснения не только поведения составляющих элементов, но и качества и количества их самих. Пока не будет понятно, как функционирует или развивается система как целое, никакие знания о ее частях не дадут полной картины этого развития.

Пример. В соответствии с принципом системного мышления общество состоит из людей (и, разумеется, из общественных институтов). Каждый человек - также система (физиологическая, например). У человека , в свою очередь, существуют присущие ему как организму системы, например, система кровообращения. Когда люди взаимодействуют с другими людьми, образуются новые системы - семья, этнос и др. Это взаимодействие может происходить на уровне общественных институтов, отдельных людей (например, социальные взаимодействия) и даже отдельных систем кровообращения (например, при прямом переливании крови).

В соответствии с принципом системного подхода, каждая система влияет на другую систему. Весь окружающий мир - взаимодействующие системы. Цель системного анализа - выяснить эти взаимодействия, их потенциал и "направить их на службу человека ".

Предметный аналитик (предметно-ориентированный или просто аналитик) - человек , профессионал, изучающий, описывающий некоторую предметную область , проблему в соответствии с принципами и методами, технологиями этой области. Это не означает "узкое" рассмотрение этой проблемы, хотя подобное часто встречается.

Системный (системно-ориентированный) аналитик - человек , профессионал высокого уровня (эксперт), изучающий, описывающий системы в соответствии с принципами системного подхода, анализа, т.е. изучающий проблему комплексно. Ему присущ особый склад ума, базирующийся на мультизнаниях, достаточно большом кругозоре и опыте, высоком уровне интуиции предвидения, умении принимать целесообразные ресурсообеспеченные решения. Его основная задача - помочь предметному аналитику принять правильное (сообразующееся с другими системами, не "ухудшающее" их) решение при решении предметных проблем, выявление и изучение критериев эффективности их решения.

Необходимые атрибуты системного анализа как научного знания:

наличие предметной сферы - системы и системные процедуры;

выявление, систематизация, описание общих свойств и атрибутов систем;

выявление и описание закономерностей и инвариантов в этих системах;

актуализация закономерностей для изучения систем, их поведения и связей с окружающей средой;

накопление, хранение, актуализация знаний о системах (коммуникативная функция).

Системный анализ базируется на ряде общих принципов, среди которых:

принцип дедуктивной последовательности - последовательного рассмотрения системы по этапам: от окружения и связей с целым до связей частей целого (см. этапы системного анализа подробнее ниже);

принцип интегрированного рассмотрения - каждая система должна быть неразъемна как целое даже при рассмотрении лишь отдельных подсистем системы;

принцип согласования ресурсов и целей рассмотрения, актуализации системы;

принцип бесконфликтности - отсутствия конфликтов между частями целого, приводящих к конфликту целей целого и части.

Системно в мире все: практика и практические действия, знание и процесс познания, окружающая среда и связи с ней (в ней). Системный анализ как методология научного познания структурирует все это, позволяя исследовать и выявлять инварианты (особенно скрытые) объектов, явлений и процессов различной природы, рассматривая их общее и различное, сложное и простое, целое и части.

Любая человеческая интеллектуальная деятельность обязана быть по своей сути системной деятельностью, предусматривающей использование совокупности взаимосвязанных системных процедур на пути от постановки задачи, целей, планирования ресурсов к нахождению и использованию решений.

Пример. Любое экономическое решение должно базироваться на фундаментальных принципах системного анализа , экономики,информатики , управления и учитывать поведение человека в социально-экономической среде, т.е. должно базироваться на рациональных, социально и экономически обоснованных нормах поведения в этой среде.

Неиспользование системного анализа не позволяет знаниям (закладываемым традиционным образованием) превращаться в умения и навыки их применения, в навыки ведения системной деятельности (построения и реализации целенаправленных, структурированных, обеспеченных ресурсами конструктивных процедур решения проблем). Системно мыслящий и действующий человек , как правило, прогнозирует и считается с результатами своей деятельности, соизмеряет свои желания (цели) и свои возможности (ресурсы) учитывает интересы окружающей среды, развивает интеллект, вырабатывает верное мировоззрение и правильное поведение в человеческих коллективах.

Окружающий нас мир бесконечен в пространстве и во времени ; человек существует конечное время , располагая при реализации цели конечными ресурсами (материальными, энергетическими, информационными, людскими, организационными, пространственными и временными).

Противоречия между неограниченностью желания человека познать мир и ограниченной (ресурсами, неопределенностью) возможностью сделать это, между бесконечностью природы и конечностью ресурсов человечества, имеют много важных последствий, в том числе - и для самого процесса познания человеком окружающего мира. Одна из таких особенностей познания, которая позволяет постепенно, поэтапно разрешать эти противоречия: использование аналитического и синтетического образа мышления, т.е. разделения целого на части и представления сложного в виде совокупности более простых компонент, и наоборот, соединения простых и построения, таким образом, сложного. Это также относится и к индивидуальному мышлению, и к общественному сознанию, и ко всему знанию людей, и к самому процессу познания.

Пример. Аналитичность человеческого знания проявляется и в существовании различных наук, и в дифференциации наук, и в более глубоком изучении все более узких вопросов, каждый из которых сам по себе и интересен, и важен, и необходим. Вместе с тем, столь же необходим и обратный процесс синтеза знаний. Так возникают "пограничные" науки - бионика, биохимия, синергетика и другие. Однако это лишь одна из форм синтеза. Другая, более высокая форма синтетических знаний реализуется в науках о самых общих свойствах природы. Философия выявляет и описывает общие свойства всех форм материи; математика изучает некоторые, но также всеобщие отношения. К числу синтетических наук относятся системный анализ , информатика , кибернетика и др., соединяющие формальные, технические, гуманитарные и прочие знания.

Итак, расчлененность мышления на анализ, синтез и взаимосвязь этих частей является очевидным признаком системности познания.

Процесс познания структурирует системы, окружающий нас мир. Все, что не познано в данный момент времени , образует "хаос в системе", который, будучи необъясним в рамках рассматриваемой теории, заставляет искать новые структуры, новую информацию , новые формы представления и описания знаний, приводит к появлению новых ветвей знания; этот хаос также дает стимул и для развития умений и навыков исследователя.

Системный подход к исследованию проблем, системный анализ - следствие научно-технической революции, а также необходимости решения ее проблем с помощью одинаковых подходов, методов, технологий. Такие проблемы возникают и в экономике, и в информатике , и в биологии, и в политике и т.д.

RUP. Обследование организации (бизнес-анализ)

Цели

Цели бизнес-анализа заключаются в следующем:

понять структуру и динамику работы организации;

определить проблемы, возникающие в работе организации, и возможности их решения, направленного на повышение эффективности работы;

гарантировать, что заказчики, конечные пользователи и разработчики будут иметь одинаковое понимание деятельности организации;

вывести требования к программным системам, автоматизирующим работу организации.

Организация описывается как с внешней точки зрения – какие результаты предоставляются ее клиентам, так и с внутренней – роли, и их связи с деятельностью организации. Эта информация служит системным аналитикам в качестве связующей при определении требований к ПС. Бизнес-анализ вовсе не является обязательным для каждого проекта разработки ПС. Если заказчик имеет хорошо отлаженный производственный цикл, использует программные средства автоматизации, точно представляет себе, какие производственные задачи должна решать новая ПС в дополнение к уже автоматизированным, то проведение бизнес-анализа может не потребоваться.

Основным результатом бизнес-анализа является бизнес-модель , которая представляется на языке UML. Состав ее будет обсуждаться ниже. Здесь мы заметим, что UML позволяет строить модели любой системы, не обязательно программной, поэтому для описания работы организации используются те же логические и функциональные модели, что и для ПС. Единственное дополнение состоит в том, что в модели бизнеса должны присутствовать бизнес-исполнители – специалисты обследуемой организации, отвечающие за выполнение тех или иных работ.

Роли

В моделировании бизнеса участвуют:

бизнес-аналитик – специалист организации-разработчика, который возглавляет и координирует работы по моделированию бизнеса;

бизнес-разработчик – специалист организации-разработчика, который детализирует и уточняет бизнес модели, определяет бизнес-исполнителей их обязанности и действия;

заинтересованные лица – люди, предоставляющие информацию. Это могут быть бизнес-исполнители или клиенты организации, а также прочие люди, заинтересованные как в собственно результатах моделирования, так и в будущей ПС.

эксперт – представитель обследуемой организации, участвующий в разработке модели (консультации, организация встреч с заинтересованными лицами, оценка результатов). Эксперт, в частности, может быть одним из бизне-исполнителей.

Артефакты

При моделировании создаются следующие артефакты в виде текстовых документов и моделей, описанных на UML:

Документ «Видение бизнеса» – определяет цели проведение бизнес-анализа.

Структура организации – статическое описание подразделений организации и отношений подчиненности в виде диаграмм пакетов и/или классов.

Модель видов деятельности включает бизнес-актеров и виды деятельности организации. К числу бизнес-актеров относятся: заказчики, партнеры, поставщики, власти (представители закона, инспекция и др.), дочерние организации, собственники и инвесторы, внешние информационные системы. Бизнес-актеры помогают определить границы организации, которую требуется описать. Виды деятельности представляют собой бизнес-процессы. Модель видов деятельности представляется с помощью use case диаграмм.

Объектная модель включает бизнес-актеров, бизнес-исполнителей и бизнес-сущности, а также содержит описание их взаимодействий при реализации видов деятельности. Модель представляется на UML с помощью диаграмм классов и взаимодействий (последовательностей, коопераций, деятельностей), которые иногда называют технологическими сценариями.

Модель предметной области является подмножеством объектной модели. Она описывает основные бизнес-сущности и связи между ними. Эта модель представляется в виде диаграмм классов.

Глоссарий – текстовый документ, содержащий определения основных понятий, используемых в данном бизнесе.

Оценка деятельности организации – текстовый документ, описывающий текущее состояние организации, в которой будет использоваться ПС.

Бизнес-правила – текстовый документ, определяющий условия и ограничения, которым должен удовлетворять бизнес.

Дополнительные спецификации – текстовый документ, содержащий описание свойств бизнеса, не включенных в бизнес-модель.

Процесс

Процесс бизнес-анализа показан на рис.1.1 Построение всех предписываемых проекций модели бизнеса выполняется параллельно. Не всегда требуется создавать все проекции. В частности, иногда достаточно просто построить модель предметной области. Решение о составе модели принимает бизнес-аналитик. Все проекции модели разрабатываются параллельно. Например, при выявлении очередного бизнес-актера его включают в модель видов деятельности и в объектную модель, где показывается его взаимодействие с бизнес-исполнителями.

При построении бизнес-модели используют нормативные документы организации (устав, штатное расписание и др.), а также информацию, предоставляемую заинтересованными лицами, для чего проводятся интервью и совещания, заполняются анкеты и опросные листы.

Созданная в итоге бизнес-модель является основой для последующего моделирования ПС. Например, модель видов деятельности преобразовывается в модель ВИ. Такое преобразование может быть формализовано. Необходимо выделить те виды деятельности, которые подлежат автоматизации, и объявить их вариантами использования ПС, а также преобразовать бизнес-исполнителей в актеров, поскольку они являются внутренними сущностями организации, но внешними по отношению к системе. Модель предметной области включается как составная часть в логическую модель ПС, а технологические сценарии являются источником для определения потоков событий в ВИ.

Рис.1.1 - Технологический процесс бизнес-анализа

Системные исследования – термин, введенный в 70-х г.г. ХХ века для обобщения прикладных научных направлений, связанных с исследованием и проектированием сложных систем.

В этот период по мере развития научно-технического прогресса усложняются выпускаемые изделия и технология производства промышленной продукции, расширяется ее номенклатура и ассортимент, увеличивается частота сменяемости выпускаемых изделий и технологий, возрастает наукоемкость продукции. Усиливается воздействие человека на экосистему, что приводит к усложнению взаимоотношений человека с природой, к истощению ресурсов Земли, к экологическим проблемам (проблема загрязнения среды, необходимость сохранения и очистки водных ресурсов и т.д.). В результате усложняются процессы управления экологической и социально-экономической системами и научно-техническим прогрессом.

Для исследования перечисленных и других проблем развиваются разлчные направления фундаментальных и прикладных исследований: исследование операций, кибернетика, системотехника, системология и другие междисциплинарные направления, опирающиеся на теорию систем. Для того, чтобы не затруднять практических работников изучением особенностей этих направлений, их стали объединять общим термином системные исследования.

Системный анализ (СА) признается в настоящее время наиболее конструктивным из направлений системных исследований. Этот термин впервые появился в 1948 г. в работах корпорации RAND в связи с задачами военного управления. Получил распространение в отечественной литературе после перевода книги С. Оптнера «системный анализ деловых и промышленных проблем».

Системный анализ – междисциплинарный курс, обобщающий методологию исследования сложных технических, природных и социальных систем .

В настоящее время в современной научной литературе существует весьма большое количество близких по смыслу определений понятия «система». В теории иерархических многоуровневых систем под системой понимается целостный материальный объект или их совокупность, представляющие собой закономерно обусловленную совокупность функционально взаимодействующих элементов [Д7]. Элементы системы - относительно обособленные части системы (структурные элементы). Они, не являясь системами одного типа, при непосредственном взаимодействии между собой порождают систему. Подсистема - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы. Системы, обладающие многоуровневостью (иерархичностью) называются сложными системами. В других определениях системы понятие «цель» присутствует в неявном виде: по определению Ф.Е. Темникова) «система – организованное множество (в котором цель проявляется при раскрытии понятия организованности)», далее – в виде конечного результата, системообразующего критерия, функции (В.И. Вернадский, У.Р. Гибсон, П.К. Анохин). По определению Ю.И. Черняка, система есть отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойства объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания. В общем случае под системой понимают объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов и явлений в природе и обществе. Характеристики такой системы определяются как характеристиками составляющих систему элементов, так и характеристиками взаимосвязей между ними.

В данном курсе остановимся на следующем определении системы:

Система есть множество компонент, взаимодействующих друг с другом и служащих общему назначению, или цели.

Система имеет следующие основные характеристики (рис.1.1):

Компоненты.

Отношения (связи, посредством которых осуществляется взаимодействие между компонентами).

1. Внешняя среда.

   Вход, Выход.

   Интерфейс.

   Законы, правила, ограничения функционирования.

Системные характеристики можно описать следующим образом:

1. Компонент есть либо неделимая часть, либо агрегат, состоящий из частей и называемый подсистемой.

2. Компоненты взаимодействуют между собой таким образом, что функционирование одного влияет на функционирование другого компонента.

3. Система имеет границу, внутри которой содержатся все компоненты, и которая устанавливает пределы системы, отделяя ее от других систем.

4. Все компоненты работают вместе, чтобы достичь цель существования системы.

Рис. 1.1. Характеристики системы.

5. Система существует и функционирует внутри окружающей (внешней) среды – всего, что находится за границей системы. Окружающая среда влияет на систему и подвергается влиянию системы.

6. Система имеет множество входных и выходных объектов.

7. Точка, в которой система взаимодействует со средой, называется интерфейсом.

8. Система имеет законы, правила, ограничения функционирования.

Сложные динамические системы обладают следующими системообразующими факторами :

целостность и возможность декомпозиции на элементы O (объекты, подсистемы);

наличие стабильных связей (отношений) R между элементами O ;

упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру (Str );

наделение элементов параметрами (A O );

наличие синергетических (интегративных) свойств Q , которыми не обладают ни один из элементов системы;

наличие множества законов, правил и операций Z с вышеперечисленными атрибутами системы;

наличие цели функционирования и развития (G ).

В определении М. Месаровича выделены множество X входных объектов (воздействующих на систему) и множество Y выходных результатов, а между ними установлено обобщающее отношение пересечения, что можно отобразить как у автора определения:

Таким образом, система есть совокупность Syst ={O (A O ) , R , Str , Q , Z , G , S }.

Данное определение более полно отражает содержательную сторону системы, чем известные определения, основанные на первых трех признаках: элементах, связях и их упорядоченности в единое целое. Параметризация структурных элементов позволяет конкретизировать систему, придавать ей индивидуальность, а также выделять то множество свойств, которое присуще данной системе. При этом к свойствам системы можно отнести ее способность к адаптации, к самоорганизации, к обеспечению устойчивости, к выполнению различных сложных функций (самосохранения, саморазвития и т.д.). К свойствам системы можно отнести и ее способность к формированию целей функционирования и развития и к организации их достижения.

Наличие множества Z законов, правил и операций способствует созданию того формального аппарата, который позволяет на математическом (абстрактном) уровне строить из множества A элементов и множества R связей различные структуры систем, а также анализировать их и синтезировать системы с заданными свойствами.

Данное определение системы используется в дальнейшем при исследовании (анализе, моделировании) сложных управляемых систем с целью установления связи между структурой, параметрами и свойствами системы при их поведении в проблемных ситуациях.

Современный этап развития теории и практики характеризуется повышением уровня системности. Ученые, инженеры, представители различных профессий оперируют такими понятиями, как системный или комплексный подход. Полезность и важность системного подхода вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепринятой. Такая ситуация явилась отражением объективных процессов развития представлений о материальном мире, сформировалась под воздействием объективных факторов.

Свойство системности является всеобщим свойством материи. Современные научные данные и современные системные представления позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем. Причем части системы находятся в развитии, на разных стадиях развития, на разных уровнях системной иерархии и организации. Системность как всеобщее свойство материи проявляется через следующие составляющие: системность практической деятельности, системность познавательной деятельности и системность среды, окружающей человека.

Рассмотрим практическую деятельность человека, т. е. его активное и целенаправленное воздействие на окружающую среду. Покажем, что человеческая практика системна. Отметим очевидные и обязательные признаки системности: структурированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. По отношению к человеческой деятельности эти признаки очевидны. Всякое осознанное действие преследует определенную цель. Во всяком действии достаточно просто увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом легко убедиться, что эти составные части должны выполняться не в произвольном порядке, а в определенной их последовательности. Это и есть та самая определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности. Название для такого построения деятельности - алгоритмичностъ. Понятие алгоритма возникло сначала в математике и означало задание точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или другими математическими объектами. В настоящее время понятие алгоритма применяется к различным отраслям деятельности. Так говорят не только об алгоритмах принятия управленческих решений, об алгоритмах обучения, алгоритмах написания программ, но и об алгоритмах изобретательства . Алгоритмизуются такие виды деятельности как игра в шахматы, доказательство теорем и т. п. При этом делается отход от математического понимания алгоритма. Важно сознавать, что в алгоритме должна сохраняться логическая последовательность действий. При этом допускается, что в алгоритме определенного вида деятельности могут присутствовать неформализованные виды действия. Важно лишь, чтобы определенные этапы алгоритма успешно, хотя бы и неосознанно, выполнялись человеком.

Примеры систем.

1) Самолет - это летательный аппарат тяжелее воздуха с аэродинамическим принципом полета. При полете используются:

несущие поверхности самолета (крыло и оперение) для создания с помощью воздушной среды подъемной и управляющих сил,

силовая установка - для создания движущей силы за счет энергии находящегося на борту самолета топлива.

Для передвижения по земле - разбега, пробега и руления, а также для стоянки самолет снабжен системой опор - шасси. В соответствии с назначением самолеты имеют определенную целевую нагрузку, оборудование и снаряжение, систему управления.

Таким образом, самолет представляет собой сложную динамическую систему с развитой иерархической структурой, состоящую из взаимосвязанных по назначению, месту и функционированию элементов; в нем можно выделить подсистемы создания подъемной и движущей сил, обеспечения устойчивости и управляемости, жизнеобеспечения, обеспечения выполнения целевой функции и др.

2) Вычислительная сеть – сложная система, которая состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи).

Основное назначение вычислительных сетей - обеспечение взаимодействия удаленных пользователей на основе обмена данными по сети и совместное использование сетевых ресурсов (вычислительных машин, прикладных программ и периферийных устройств).

3) Университет – образовательное учреждение, которое реализует программы обучения разных уровней и проводит научные исследования по приоритетным направлениям. Цель функционирования системы образования – обеспечение современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства. Система управления университетом включает следующие подстистемы: организационная, учебная, финансовая, административно-хзяйственная, научно-исследовательская, управления кадрами, управления капитальным строительством, и др. Окружающая среда университета включает будущих (потенциальных) студентов, работодателей, институциональные учреждения, службы занятости и др. Университет взаимодействует с абитуриентами и предприятиями – пользователями образовательных услуг.

Приведенные примеры систем иллюстрируют наличие таких факторов системности, как целостность и возможность декомпозиции на элементы O (в вычислительной сети это вычислительные машины, средства связи и др.); наличие стабильных связей (отношений) R между элементами O ; упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру (Str ); наделение элементов параметрами (A O ); наличие синергетических (интегративных) свойств Q , которыми не обладают ни один из элементов системы (взаимодействие удаленных пользователей, Web-услуги, электронная коммерция); наличие множества законов, правил и операций Z с вышеперечисленными атрибутами системы; наличие цели функционирования и развития (G ).

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+