ББК 3

М35

Матюхина Л. Я., Рябухин С. И. Теория систем и системный анализ : учеб. пособие. - Хабаровск : РИЦ ХГАЭП, 2007. - 100 с. ISBN 978-5-7823-0328-0

В настоящем учебном пособии изложены основные положения теории систем и системного анализа: определения, классификации, топологии систем И ИДОЙ функцио­нирования систем; задачи анализа и синтеза систем; принципы системного анвлиэп; ме­тоды моделирования и проектирования систем. Подробно и не примерах рмомотрены известные методы качественного и количественного оценивания ОНетвМ! МвТОД анализа иерархий, метод «дерева целей», методы морфологического еннтеи, методы Принятия решения в условиях неопределенности и риска. Большое внимание УДМ1Н0 информа­ционному подходу, анализу информационных ресурсов в рюличмык еиетвМЯХ (Оисте-мах управления, экономических, социальных), а также проектированию вргвННШИОН-ных систем.

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов вузов ОМЦШЫТООТи 080801 «Прикладная информатика в экономике» и других специйЛМЮОТвй, изучающих дисциплину «Системный анализ»

Рецензенты:

д-р тех. наук, проф., зав.лаб. ВЦ ДВО РАН И. А, КривОШвев д-р филос. наук, проф., завкафедрой «Экономической кибернетики»

ТОГУ К.ТПазюк

> Л. Я. Матюхина, 2007 С. И. Рябухин, 2007 Хабаровская государственная академия экономики и права, 2007

Оглавление

Предисловие 4

Введение 6

1. Системы и закономерности их функционирования и развития 7

1. Теория систем. Методологические основания системного анализа 7

2. Определение понятия «система» 8

3. Классификация систем 10

4. Системы с управлением 13

5. Основные определения, характеризующие функционирование и структуру систем

14

1.5.1. Классификация связей 15

1.6. Методы и модели теории систем 17

2. Системный подход к анализу систем 20

1. Исторические аспекты системного подхода 20

2. Системный подход как общеметодический принцип исследования систем управления 24

3. Задачи анализа систем управления 25

4. Задачи синтеза систем управления 27

5. Принципы системного анализа 28

Контрольные вопросы и задания 29

3. Основы оценки сложных систем 30

1. Типы шкал измерения 30

2. Показатели и критерии качества систем 33

3. Показатели и критерии эффективности функционирования систем 34

4. Методы качественного оценивания систем 35

5. Методы количественного оценивания систем 38

6. Метод анализа иерархий 41

7. Имитационное моделирование 46

Контрольные вопросы и задания 48

4. Методики анализа целей и функций СУ 49

1. Классификация целей 49

2. Структуры целей 51

3. Автоматизация целевых программ 56

4. Дерево целей. Дерево решений 58

Контрольные вопросы и задания 62

5. Системы организационного управления 62

1. Развитие систем организационного управления 62

2. Структуры и уровни организации 66

3. Проектирование организационных структур 72

Контрольные вопросы и задания 75

6. Системное описание экономического анализа 76

Контрольные вопросы и задания 82

7. Анализ информационных ресурсов 83

Контрольные вопросы и задания 91

Словарь терминов 91

Библиографический список 98

Предисловие

Материал настоящего учебного пособия соответствует требованиям образовательного стандарта России к учебной дисциплине «Теория систем и системный анализ» и раскрывает такие понятия, как:

• системы и закономерности их функционирования и развития;

• переходные процессы, принцип обратной связи;

• методы и модели теории систем;

• управляемость, достижимость, устойчивость;

• элементы теории адаптивных систем;

• информационный подход к анализу систем;

- основы системного анализа: система и ее¹ свойства; дескриптивные и конструктивные определения в системном анализе; принципы сис­ темности и комплексности; принцип моделирования; типы шкал;

- понятие цели и закономерности целеобраэования: определение цели; закономерности целеобразования; виды и формы представления структур целей (сетевая структура или сеть, иерархическая структу­ ра, страты и эшелоны); методики анализа целей и функций систем управления;

- соотношения категорий типа: событие, явление, поведение;

- функционирование систем в условиях неопределенности;

- управление в условиях риска;

- конструктивное определение экономического анализа: системное описание экономического анализа; модель как средство экономиче­ ского анализа;

• принципы разработки аналитических экономико-математических моделей;

• понятие имитационного моделирования экономических процессов;

• факторный анализ финансовой устойчивости при использовании ор­ динальной шкалы;

• методы организации сложных экспертиз;

• анализ информационных ресурсов;

• развитие систем организационного управления.

Учебное пособие состоит из введения, семи глав и словаря терминов.

В первой главе рассматриваются основные определения теории сис­тем, классификация и моделирование систем.

Во второй главе описываются принципы системного подхода и систем­ного анализа, а также задачи анализа и синтеза систем управления.

В третьей главе рассматриваются типы шкал измерения, показатели и критерии качества систем и эффективности их функционирования, методы качественного и количественного оценивания систем.

Четвертая глава посвящена целям, их классификации, видам структур целей и автоматизации целевых программ.

В пятой главе рассматриваются типы организаций, виды организаци­онных структур и их проектирование.

В шестой главе рассматривается экономический анализ и его методы (финансовый анализ, бухучёт и т.д.) с точки зрения системного подхода.

Седьмая глава посвящена анализу информационных ресурсов.

В конце каждой главы приведён список вопросов для самоконтроля.

Пособие может быть рекомендовано студентам, обучающимся по дру­гим компьютерным и информационным специальностям.

Введение

Средством повышения эффективности управления являются совершен­ствование систем с управлением и автоматизация информационных сис­тем, которые невозможно реализовать без системного подхода и системно­го анализа. Системный подход, предполагающий интеграцию научного знания, ориентирует исследователя на весь комплекс проблем от вербаль­ного описания объекта до построения формальных моделей. Системный анализ определяет методику проведения исследования объекта, включаю­щую разработку методик структуризации целей. Под информационной системой понимается система, предназначенная для сбора, обработки и распространения информации в целях управления. Вопросы архитектуры таких систем, их проектирования и организации управления информаци­онным процессом, оставаясь тесно связанными с обоснованностью и эф­фективностью управленческих решений, определяют главное направление: создание автоматизированного предприятия, охватывающего весь произ­водственный цикл (ИАСУ). При этом обеспечивается автоматизация про­цессов стратегического планирования, экономического и технического развития предприятия, маркетинговых и научных исследований, проекти­рование новых видов продукции и др.

Так как дисциплина «Теория систем и системный анализ» является ба­зовой для специальности 080801 «Прикладная информатика (по облас­тям)», то структура и содержание учебного пособия в значительной степе­ни приближены к программе дисциплины.

1. Системы и закономерности их функционирования и развития 1.1. Теория систем. Методологические основания системного анализа

Теория систем — это современное учение о структуре реальности, о «возникновении, существовании, изменении и развитии систем природы, общества и мышления» [1]. Общая теория систем (ОТС) исходит из все­общих предпосылок, имеющих философский характер. В то же время ОТС является не метатеорией, а особой системной методологией. Она опреде­ляет совокупность требований при исследовании систем любой природы. Как всякая теория, она позволяет делать обобщения, предсказания, даёт объяснения, ставит новые вопросы и исправляет ошибки.

Однако только в рамках ОТС осуществляется интеграция накоплен­ных знаний на общем для науки языке, и проводятся чёткие связи с важ­нейшими научными теориями и принципами.

Первым основным методологическим требованием ОТС является представление объектов системами и вывод на этой основе их системных признаков. Такие представления привели к открытию электронов, прото­нов, генов и хромосом ещё до возникновения ОТС, но класс кибернетиче­ских систем управления и контроля уже является следствием развития об­щей теории систем.

Вторым основным методологическим требованием ОТС является по­строение системы объектов данного рода с последующим анализом и из­влечением следствий такого построения. Например, это могут быть сис­темные таблицы или другие графические выражения системы объектов.

Закон системности ОТС утверждает: «материальные и идеальные объекты суть системы и любые объекты-системы в объективной или субъ­ективной реальности непременно принадлежат или должны принадлежать хотя бы одной системе объектов одного и того же рода». Применение это­го закона на практике приводит к существенному обогащению данной от­расли знаний, подытоживая результаты предшествующего этапа развития, и ставит новые задачи, способствующие дальнейшему развитию. В мето­дологическом плане это ведет к «системному идеалу» научного объясне­ния и понимания, к системному образцу постановки проблем, проведения исследований, анализа их результатов.

В то же время мыслить системно — значит видеть и достигать необхо­димую степень порядка, организованности, понимать, куда направлен век­тор изменения ситуаций и как повлияют конкретные действия на отноше­ния с внешней и внутренней окружающей действительностью. 1.2. Определение понятия «система»

Понятие «система» относится к множеству объектов, ситуаций, явле­ний и процессов. Многообразие употреблений способствует и многообра­зию определений понятию «система» как содержательных, так и фор­мальных. Из 34 рассматриваемых и анализируемых В.Н.Садовских и А. И. Уемовым определений системы 27 фактически совпадают с представлени­ем о системе как особом «единстве», «целостности» или «целостном единстве». Таковы определения, предложенные Л. Берталанфи, К. Черри, Дж. Клиром, А. Раппопортом, В. И. Вернадским, О. Ланге, П. К. Анохи­ным, А. А. Блюменфельдом, И. В. Блаубергом, В. И. Садовским и Э. Г. Юдиным, то есть теми, кто является основателями теории систем. В со­временной формулировке определения «системы» дополнительно выделя­ется свойство целенаправленности системы.

Система — это определённое множество составляющих единство эле­ментов, связей и взаимодействий между ними и внешней средой, обра­зующие присущую данной системе целостность, качественную определён­ность и целенаправленность.

В этом определении элемент — это неделимая часть системы, которая характеризуется конкретными свойствами и определяется в данной систе­ме однозначно. Множество элементов является исходным пунктом конст­руирования системы как идеального объекта. При этом подразумевается, что при других целях и способах исследований, может быть иное расчле­нение того же объекта с выделением других элементов в рамках системы другого уровня. Вместе с тем необходимо понимание данной системы как элемента системы более высокого уровня. Таким образом, любое отдель­ное системное представление объекта является относительным и для опре­деления системы обычно используется иерархичные структуры, вклю­чающие надсистемы и подсистемы.

Другое направление в определении систем связано с формальными по­строениями теории множеств. Так, М. Месарович даёт определение сис­темы как подмножества декартова произведения атрибутов исследуемого объекта:

S=V,*V₂***V_n

где S — система;

Vi — / -й атрибут объекта, i = 1,2,...,п.

Следовательно, с точки зрения теоретико-множественного подхода, система представляется совокупностью отношений, определённых на множестве объектов. Такой подход не противоречит системному подходу, так как само множество и всю теорию множеств также можно рассматри­вать как системы. Дальнейшее развитие этот подход получил в определе­нии системы, предложенном Ю. А. Урманцевым.

Система — это множество объектов-систем, построенное по отношени­ям г множества отношений {R} , законам композиции z множества зако­нов композиций {Z} из «первичных» элементов m множества {М} , выде­ленного по основаниям а множества оснований {А} из универсума U. При этом {Z}, ({Z}, {R}), ({Z},{R},{M}) могут быть пустыми множествами.

Такое определение ориентировано на исследование предельно общих свойств систем независимо от их сущности и лежит в основе ОТС.

Рассмотрим теперь подход более низкого уровня общности, но позво­ляющий конструктивно описывать системы определённого класса, а имен­но — информационные системы (ИС).

Под ИС понимается организационно-техническая система, использую­щая информационные технологии для достижения определённых целей, в том числе целей управления. Относительно построения ИС систему мож­но рассматривать как семантическую модель. Пусть А — множество фик­сированных элементов предметной области с исследуемыми связями и от­ношениями между этими элементами, Ф — абстрактное множество:

Ф = < {М}, Р,, Р₂, .... Р_п>,

где {М} — множество элементов модели, соответствующее элементам предметной области,

JO

Pi - предикаты, отображающие наличие отношения между эле­ментами предметной области, i = l,2,...,n.

Модель — это изоморфизм А в Ф. Подмодель Фа — это кортеж

Фа<х,у,г,

где х-х (t) - входной сигнал, У~ У (О ~ выходной сигнал, z= z (t) - переменная состояния модели,

/и g — функционалы, задающие текущие значения выходного сигнала у (t) и внутреннего состояния z(t).

Подмодель Фв - это модель, определяющая структуру системы при её внутреннем рассмотрении. Понятие системы ориентировано на проведение преобразования из Фа в Фв. Система S—кортеж

S= < Ф_а, Ф_Ь, Ро (Фа, Ф_Ь) >,

где Ро (Фа, Фв) — предикат целостности, определяющий назначе­ние системы, семантику моделей Фа и Феи семантику преобразования. В дополнение к такому определению системы задают три аксиомы:

• для системы определены пространство состояний Z, в которых мо­ жет находиться система, и параметрическое пространство Т, в котором за­ дано поведение системы;

• пространство состояний Z содержит не менее двух элементов;

- система обладает свойством функциональной эмерджентности. Таким образом, система является совокупностью моделей или спосо­ бом отображения реальных объектов.