1 Базовые модели системного анализа

Практически любая методика системного анализа в качестве основы использует одну из базовых моделей или их некоторую комбинацию. Высокий уровень абстрактности этих моделей позволяет использовать их для любых типов систем, причем для описания различных аспектов систем, таких как цели, задачи, функции, структуры. Различные методологии, используя те или иные сочетания базовых моделей системного анализа применительно к тем или иным аспектам сложной системы, предлагают более конкретные способы формирования моделей [3, 7, 8, 9, 24, 47]. Например, методика дерева целей, предназначенная для этапа целевыявления, использует как основу декомпозиционную модель состава применительно к целям сложной системы. При этом предлагаются конкретные способы формирования модели. Практически любая технология явно или неявно использует системный подход. Так, в основе регламентирующих процедур проектирования, как правило, лежит системная последовательность принятия решений. Методики проектирования зачастую базируются на различных методологиях системного анализа и общих процедурах принятия решений.

2 Модель черного ящика

Первым наиболее простым и абстрактным уровнем описания системы является модель "черного ящика". В этом случае предполагается, что выделенная система связана со средой через совокупность входов и выходов (рис. 7.1). Выходы модели описывают результаты деятельности системы, а входы - ресурсы и ограничения. При этом предполагается, что мы ничего не знаем и не хотим знать о внутреннем содержании системы. Модель в этом случае отражает два важных и существенных ее свойства: целостность и обособленность от среды.

Такая модель, несмотря на ее внешнюю простоту и отсутствие сведений о внутренней структуре, оказывается часто полезной и достаточной для практического использования. Например, для анализа работоспособности телевизора необходимо проверить входы (шнур электропитания, антенну, ручки управления и настройки) и выходы (экран кинескопа и выходные динамики). Системное описание какого-либо производственного процесса необходимо начинать с анализа его информационных и материальных входов и выходов - планируемых и результирующих показателей деятельности, качества ресурсов и конечных продуктов и т.д. Следует отметить, что существует множество систем, внутреннее устройство которых невозможно либо нецелесообразно описывать, и в этом случае модель "черного ящика" является единственным вариантом их исследования. Например, мы не знаем, как устроен организм человека, в то же время необходимо знать влияние, оказываемое на него лекарственными препаратами и т.д. Формализация модели "черного ящика" основывается на задании двух множеств входных и выходных переменных, и никакие другие отношения между множествами не фиксируются. Недопустимо полагать, что построение модели "черного ящика" является тривиальной задачей, так как ответ на вопрос о содержании множеств не всегда однозначен. Построение модели "черного ящика" может быть сложной задачей из-за множественности входов и выходов системы (это обусловлено тем, что всякая реальная система взаимодействует с окружающей средой неограниченным числом способов). При построении модели из них надо отобрать конечное число. Критерием отбора является целевое назначение модели, существенность той ли иной связи по отношению к этой цели. Здесь, конечно, возможны ошибки, как раз не включенные в модель связи (которые все равно действуют) могут оказаться важными. Особое значение это имеет при определении цели, т.е. выходов системы. Реальная система вступает во взаимодействие со всеми объектами окружающей Среды, поэтому важно учесть все наиболее существенное. В результате главная цель сопровождается заданием дополнительных целей. Построение модели основывается на выборе из бесконечного множества связей системы со средой их конечного множества, адекватно отражающего цели исследования. Очевидно, что такие модели не надо сводить к моносистеме (т.е. системе с одним входом и выходом), а для обоснования необходимого и достаточного количества параметров множеств входов и выходов широко использовать методы математической статистики, привлекать опытных экспертов. При построении модели системы в виде "черного ящика" существует опасность неполноты перечня входов и выходов, вследствие чего важные из них могут быть сочтены несущественными либо быть неизвестны.

3 Модель состава системы

При рассмотрении любой системы, прежде всего, обнаруживается, что ее целостность и обособленность выступают как внешние свойства. Вместе с тем внутренняя структура системы также является многообразной, неоднородной и состоит из множества функциональных элементов. При детальном рассмотрении система может быть разбита на части: неделимые (элементы) и состоящие более чем из одного элемента (подсистемы). В результате описания этих подсистем и элементов получается модель состава системы. Например, если в качестве системы рассматривать производственное подразделение, то в качестве подсистемы выступают производственные участки, а в качестве отдельных элементов - оборудование, сырье, рабочие. Система телевидения состоит из следующих подсистем: аппаратура передачи, каналы связи, аппаратура приема. Главная трудность в построении модели состава системы заключается в том, что границы разбиения модели состава системы на подсистемы и элементы определяются целями системы и являются относительными, условными. Таким образом, построение модели состава в силу многообразия природы и форм элементов – сложный процесс, что объясняется тремя факторами:

1) неоднозначностью понятия "элементарного элемента";

2) многоцелевым характером объекта, объективно требующим выделения под каждую цель соответствующего ей состава;

3) условностью (субъективностью) процедуры деления целого на части (системы на подсистемы, элементы).

Последовательная декомпозиция системы на подсистемы приводит к формированию иерархической древовидной структуры. Многоуровневые иерархии различных систем, имея одинаковую древесную форму, могут существенно отличаться по содержанию. При описании сложной системы требуется найти компромисс между простотой описания и необходимостью учета поведенческих особенностей сложной системы. Разрешение этой дилеммы ищется в иерархическом подходе. Система задается семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения различных уровней абстрагирования. Существует три типа иерархических систем: "страты", "слои" и "эшелоны".

1) уровень описания, или абстрагирования, - страта;

2) уровень сложности принимаемого решения - слой; 114

3) организационный уровень - эшелон.

Страты. Этот вид иерархии позволяет описывать систему на разных уровнях абстрагирования, т.е. детальности описания. Уровни абстрагирования называют "стратами". На каждой страте имеется свой собственный набор терминов, концепций и принципов.

Слои. Это понятие иерархии относится к процессам принятия сложных решений. Этот вид иерархии позволяет описать сложную проблему принятия решений в виде совокупности последовательно расположенных более простых подпроблем, решение которых позволяет решить и исходную проблему. В любой ситуации принятия решения существуют две особенности:

1. когда приходит время принимать решение, принятие и выполнение решения желательно ускорить;

2. прежде чем принять решение, следует хорошо оценить создавшуюся ситуацию.

Эшелоны. Это понятие иерархии подразумевает, что:

1. система состоит из семейства четко выделенных взаимодействующих подсистем;

2. некоторые из подсистем являются принимающими решения элементами;

3. принимающие решения элементы располагаются иерархически, т.е. некоторые из них находятся под влиянием или управляются другими решающими элементами. Уровень в такой системе - эшелон. Этот вид иерархии относится не к моделям состава, а к моделям структуры. Это понятие иерархии относится к многоуровневым и многоцелевым системам принятия решений. В таких системах принимающие решение элементы располагаются иерархически в том смысле, что некоторые из них управляются другими решающими элементами. При этом элементы верхнего уровня хотя и обусловливают целенаправленную деятельность элементов нижних уровней, но не полностью управляют ею. Принимающим решения элементам предоставлена некоторая свобода в выборе их собственных решений. Наиболее характерный пример систем такого рода – формальные организации людей.

4 Модель структуры системы

Простота и доступность моделей "черного ящика" и состава позволяет решать с их использованием множество практических задач. Вместе с тем для более детального (глубокого) изучения систем необходимо устанавливать в модели состава отношения (связи) между элементами. Описание системы через совокупность необходимых и достаточных для достижения целей отношений между элементами называется моделью структуры системы. Перечень связей между элементами, на первый взгляд, является несколько отвлеченной, абстрактной моделью. В данном случае речь должна идти о целевом (проблемном) анализе взаимосвязей между элементами, т.е. выделении из бесконечного числа связей необходимого и достаточного их количества в соответствии с имеющимися целями и дальнейшем их изучении. Например, при анализе работоспособности ПЭВМ, убедившись в работе каждого элемента в отдельности, необходимо проанализировать наиболее существенные интерфейсы: между процессором и терминалом, между клавиатурой и процессором, между процессором и внешней памятью. Все структурные схемы имеют нечто общее, что побудило рассматривать их как особый объект математических исследований. Наиболее общей математической моделью описания структурной схемы являются различные графовые модели. Графы могут изображать любые структуры. При этом некоторые типы структур, имеющие важные для практики особенности, выделены в специальные классы. Так, например, для производственного процесса в качестве его топологического описания обычно используется понятие производственно-технологической структуры, под которой будем понимать совокупность элементарных производств и видов деятельности, упорядоченную в соответствии с технологической последовательностью получения промежуточных и конечных продуктов деятельности системы. В формализованном виде производственно-технологическая структура представляется в виде графа типа "сеть", где вершины – "элементарные" хозяйственные подразделения, реализующие процессы преобразования ресурсов в конечные (промежуточные) продукты, а дуги - промежуточные продукты либо другие ресурсы, производимые (представляемые) одними подразделениями и потребляемые другими. Если же в качестве объекта исследования будем рассматривать территориально-распределенные вычислительные сети, то их описание производится, как правило, в виде линейных (общая шина), кольцевых, звездообразных либо полно-связных структур. Рассмотрим структуры, описывающие организационные системы. Опыт проектирования организационных систем показывает, что для синтеза оргструктуры существенными являются отношения подчиненности, отношения полномочий и информационные отношения между организационными единицами. Таким образом, необходимо проектирование трех типов структур:

− Структуры подчиненности (распределения власти). Как правило, структуры этого вида изображают в виде иерархии: руководитель располагается на более высоком уровне, чем тот, кем он непосредственно руководит.

− Структуры полномочий (распределения ответственности). Структура полномочий обычно идентична структуре подчиненности, т.е. обе структуры изображаются с помощью одинаковых графов. Однако само содержание отношений в этихьструктурах различно.

− Структуры коммуникаций (распределения информации). Структуры коммуникаций гораздо разнообразнее и не ограничиваются структурами типа иерархии. Дело в том, что кроме "вертикальных" потоков информации вниз и вверх по иерархии подчиненности, в любой организации всегда присутствуют и "горизонтальные", и "перекрестные" информационные связи. Более того, кроме формальной структуры упорядоченных потоков информации, в каждой организации существуют и потоки неформальных сообщений. Изучение неформальной структуры коммуникаций может помочь совершенствованию формальной структуры.

5. Этапы построения дерева целей

1. Формулировка стратегической цели.  Это вершина дерева, так же может быть глобальная большая и очень сложная цель, в отличии от стратегической, в возможности ее конечной достижимости. (пример, стратегическая – увеличение продаж, глобальная – увеличение капитала в определенную сумму; стратегическая – личностный рост, глобальная – выучить 5 ин. языков). Эта цель отвечает на вопросы: что я (мы, организация) хотим получить или получать в прошествии такого-то срока? Кем я хочу быть? Чего хотим достигнуть или достигать? Ответ –  записываем в вершину.

2. Записываем условия, под-цели способствующие  осуществления глобальной стратегической цели. Отвечая на вопросы: при каких условиях возможна реализация поставленной цели? Какие задачи или цели нужно решить, что бы осуществить цель номер 1? См. пример ниже.

2.1. Выделить те цели и задачи, условия, которые зависят напрямую от нас (себя), или поддаются косвенному нашему влияния, или наоборот – являются абсолютно от нас независимыми.  Обычно это формулируют как внутренними, внешними или косвенными условиями. Подпишите,  соответственно, условия, цели или задачи. Этот пункт можно пропустить. Но иногда он тоже нужен.

3. Дробим дальше цели,  делаем ту же процедуру, что и в случае в п.2, но только в отношении 2-го ряда  целей. Наша задача выстроить последовательную иерархию до тех пор, пока все цели на сведутся к реализации конкретной мелкой задачи, то ли разово выполненной, то ли находящейся в постоянном цикле.

6.Методы генерации решений.

Все множество управленческих решений в зависимости от новизны проблемной ситуации можно разделить на три типа:

• стандартные решения,

• усовершенствованные решения,

• оригинальные решения.

Правильно организованный мозговой штурм включает три обязательных этапа. Этапы отличаются организацией и правилами их проведения:

1. Постановка проблемы. Предварительный этап. В начале этого этапа проблема должна быть четко сформулирована. Происходит отбор участников штурма, определение ведущего и распределение прочих ролей участников в зависимости от поставленной проблемы и выбранного способа проведения штурма.

2. Генерация идей. Основной этап, от которого во многом зависит успех (см. ниже) всего мозгового штурма. Поэтому очень важно соблюдать правила для этого этапа:

   • Главное — количество идей. Не делайте никаких ограничений.

   • Полный запрет на критику и любую (в том числе положительную) оценку высказываемых идей, так как оценка отвлекает от основной задачи и сбивает творческий настрой.

   • Необычные и даже абсурдные идеи приветствуются.

   • Комбинируйте и улучшайте любые идеи.

3. Группировка, отбор и оценка идей. Этот этап часто забывают, но именно он позволяет выделить наиболее ценные идеи и дать окончательный результат мозгового штурма. На этом этапе, в отличие от второго, оценка не ограничивается, а наоборот, приветствуется. Методы анализа и оценки идей могут быть очень разными. Успешность этого этапа напрямую зависит от того, насколько "одинаково" участники понимают критерии отбора и оценки идей.

Метод разработки сценариев В некоторых проблемах искомое решение должно определить реальное будущее течение событий. В таких случаях альтернативами являются различные (воображаемые, но правдоподобные) последовательности действий и вытекающих из них событий, которые могут произойти в будущем с исследуемой системой. Эти последовательности имеют общее начало (настоящее состояние), но затем возможные состояния различаются все сильнее, что и приводит к проблеме выбора. Такие гипотетические альтернативные описания того, что может произойти в будущем, называют сценариями, а рассматриваемый метод – разработкой сценариев [48]. Сценарии-альтернативы представляют ценность для лиц, принимающих решения, только тогда, когда они не просто плод фантазии, а логически обоснованные модели будущего, которые после принятия решения можно рассматривать как прогноз, как приемлемый рассказ о том, "что случится, если...". Создание сценариев относится к типичным неформализуемым процедурам, представляет собой творческую, научную работу. Тем не менее, и в этом деле накоплен определенный опыт, имеются свои эвристики. Например, рекомендуется разрабатывать "верхний" и "нижний" сценарии – как бы крайние случаи, между которыми может находиться возможное будущее. Такой прием позволяет отчасти компенсировать или явно выразить неопределенности, связанные с предсказанием будущего. Иногда полезно включать в сценарий воображаемый активно противодействующий элемент, моделируя тем самым "наихудший случай". Кроме того, рекомендуется не разрабатывать детально (как ненадежные и непрактичные) сценарии, слишком "чувствительные" к небольшим отклонениям на ранних стадиях. Важными этапами создания сценариев являются: составление перечня факторов, влияющих на ход событий, со специальным выделением лиц, которые контролируют эти факторы прямо или косвенно; выделение аспектов борьбы с такими факторами как некомпетентность, халатность и недисциплинированность, бюрократизм и волокита; учет наличных ресурсов и т.д

.Морфологический анализ Метод морфологического анализа (МА) разработан в 30-е годы швейцарским астрономом Ф. Цвикки для конструирования астрономических приборов. МА основан на комбинаторике. Суть данного метода заключается в следующем. В проектируемом объекте выбирают группу основных признаков. В качестве признаков могут быть элементы конструкции либо функции элементов. Для каждого признака предлагаются различные альтернативные варианты его реализации. Затем предложенные варианты комбинируют между собой. Из всего множества получаемых комбинаций выбираются допустимые, а затем наиболее эффективные варианты по некоторым критериям качества

7 Методы Дельфи

Суть этого метода в том, чтобы с помощью серии последовательных действий – опросов, интервью, мозговых штурмов – добиться максимального консенсуса при определении правильного решения. Анализ с помощью дельфийского метода проводится в несколько этапов, результаты обрабатываются статистическими методами.

Базовым принципом метода является то, что некоторое количество независимых экспертов (часто несвязанных и не знающих друг о друге) лучше оценивает и предсказывает результат, чем структурированная группа (коллектив) личностей. Позволяет избежать открытых столкновений между носителями противоположенных позиций т.к. исключает непосредственный контакт экспертов между собой и, следовательно, групповое влияние, возникающее при совместной работе и состоящее в приспособлении к мнению большинства, даёт возможность проводить опрос экстерриториально, не собирая экспертов в одном месте (например, посредством электронной почты)

8 Методы экспертных оценок

Существует две группы экспертных оценок:

• Индивидуальные оценки основаны на использовании мнения отдельных экспертов, независимых друг от друга.

• Коллективные оценки основаны на использовании коллективного мнения экспертов.

Совместное мнение обладает большей точностью, чем индивидуальное мнение каждого из специалистов. Данный метод применяют для получения количественных оценок качественных характеристик и свойств. Например, оценка нескольких технических проектов по их степени соответствия заданному критерию, во время соревнования оценка судьями выступления фигуриста.

Известны следующие методы экспертных оценок:

• Метод ассоциаций. Основан на изучении схожего по свойствам объекта с другим объектом.

• Метод парных (бинарных) сравнений. Основан на сопоставлении экспертом альтернативных вариантов, из которых надо выбрать наиболее предпочтительные.

• Метод векторов предпочтений. Эксперт анализирует весь набор альтернативных вариантов и выбирает наиболее предпочтительные.

• Метод фокальных объектов. Основан на перенесении признаков случайно отобранных аналогов на исследуемый объект.

• Индивидуальный экспертный опрос. Опрос в форме интервью или в виде анализа экспертных оценок. Означает беседу заказчика с экспертом, в ходе которой заказчик ставит перед экспертом вопросы, ответы на которые значимы для достижения программных целей. Анализ экспертных оценок предполагает индивидуальное заполнение экспертом разработанного заказчиком формуляра, по результатам которого производится всесторонний анализ проблемной ситуации и выявляются возможные пути ее решения. Свои соображения эксперт выносит в виде отдельного документа.

• Метод средней точки. Формулируются два альтернативных варианта решения, один из которых менее предпочтителен. После этого эксперту необходимо подобрать третий альтернативный вариант, оценка которого расположена между значений первой и второй альтернативы.

9 Организационные структуры управления

Организационная структура аппарата управления - форма разделения труда по управлению производством. Каждое подразделение и должность создаются для выполнения определенного набора функций управления или работ. Для выполнения функций подразделения их должностные лица наделяются определенными правами на распоряжения ресурсами и несут ответственность за выполнение закрепленных за подразделением функций.

Схема организационной структуры управления отражает статическое положение подразделений и должностей и характер связи между ними.

Различают связи: - линейные (административное подчинение), - функциональные (по сфере деятельности без прямого административного подчинения), - межфункциональные, или кооперационные (между подразделениями одного и того же уровня).

В зависимости от характера связей выделяются несколько основных типов организационных структур управления: - линейная; - функциональная; - линейно-функциональная; - матричная; - дивизиональная; - множественная.

В линейной структуре управления каждый руководитель обеспечивает руководство нижестоящими подразделениями по всем видам деятельности. Достоинство - простота, экономичность, предельное единоначалие. Основной недостаток - высокие требования к квалификации руководителей. Сейчас практически не используется.

Функциональная организационная структура реализует тесную связь административного управления с осуществлением функционального управления (рис.15).

Д- директор; ФН - функциональные начальники; И - исполнители

Рис. 15. Функциональная структура управления

На рис. 15 административные связи функциональных начальников с исполнителями (И1 - И4) такие же, как и для исполнителя И5 (они не показаны в целях обеспечения ясности рисунка).

В этой структуре нарушен принцип единоначалия и затруднена кооперация. Практически она не используется.

Линейно-функциональная структура - ступенчатая иерархическая. При ней линейные руководители являются единоначальниками, а им оказывают помощь функциональные органы. Линейные руководители низших ступеней административно не подчинены функциональным руководителям высших ступеней управления. Она применялась наиболее широко (рис. 16).

Д- директор; ФН - функциональный начальники; ФП - функциональные подразделения; ОП - подразделения основного производства.

Рис. 16. Линейно-функциональная структура управления

Иногда такую систему называют штабной, так как функциональные руководители соответствующего уровня составляют штаб линейного руководителя (на рис. 16 функциональные начальники составляют штаб директора).

Дивизиональная (филиальная структура) изображена на рис. 17. Дивизионы (филиалы) выделяются или по области деятельности или географически.

Рис. 17. Дивизиональная структура управления

Матричная структура (рис. 18, 19) характерна тем, что исполнитель может иметь двух и более руководителей (один - линейный, другой - руководитель программы или направления). Такая схема давно применялась в управлении НИОКР, а сейчас широко применяется в фирмах, ведущих работу по многим направлениям. Она все более вытесняет из применения линейно-функциональную.

Рис. 18. Матричная структура управления, ориентированная на продукт

Множественная структура объединяет различные структуры на разных ступенях управления. Например, филиальная структура управления может применяться для всей фирмы, а в филиалах - линейно-функциональная или матричная.

Рис. 19. Матричная структура управления по проектам

10 Методы генерации решений

11 Технология разработки информационных систем.

12 Иерархическая модель

Иерархическая модель данных — представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами (в программировании применительно к структуре данных дерево устоялось название братья).

13 Принципы построения математической модели

1. Принцип информационной достаточности. При полном отсутствии информации об исследуемой системе построение ее модели невозможно. При наличии полной информации о системе ее моделирование лишено смысла. Существует некоторый критический уровень априорных сведений о системе (уровень информационной достаточности), при достижении которого может быть построена ее адекватная модель.

2. Принцип осуществимости. Создаваемая модель должна обеспечивать достижение поставленной цели исследования с вероятностью, существенно отличающейся от нуля, и за конечное время.

3. Принцип множественности моделей. Данный принцип является ключевым. Речь идет о том, что создаваемая модель должна отражать в первую очередь те свойства реальной системы (или явления), которые влияют на выбранный показатель эффективности. Соответственно при использовании любой конкретной модели познаются лишь некоторые стороны реальности. Для более полного ее исследования необходим ряд моделей, позволяющих с разных сторон и с разной степенью детальности отражать рассматриваемый процесс.

4. Принцип агрегирования. В большинстве случаев сложную систему можно представить состоящей из агрегатов (подсистем), для адекватного математического описания которых оказываются пригодными некоторые стандартные математические схемы. Принцип агрегирования позволяет, кроме того, достаточно гибко перестраивать модель в зависимости от задач исследования.

5. Принцип параметризации. В ряде случаев моделируемая система имеет в своем составе некоторые относительно изолированные подсистемы, характеризующиеся определенным параметром, в том числе векторным. Такие подсистемы можно заменять в модели соответствующими числовыми величинами, а не описывать процесс их функционирования. При необходимости зависимость значений этих величин от ситуации может задаваться в виде таблицы, графика или аналитического выражения (формулы). Принцип параметризации позволяет сократить объем и продолжительность моделирования. Однако надо иметь в виду, что параметризация снижает адекватность модели.

14 Этапы построения математической модели

1. Содержательное описание моделируемого объекта. Словесно описывается объектмоделирования, цели его функционирования, среда, в которой он функционирует, выявляются отдельные элементы, возможные состояния, характеристики объекта и его элементов, определяются взаимосвязи между элементами, состояниями, характеристиками. Такое предварительное, приближенное представление объекта исследования называется концептуальной моделью. Этот этап является основой для последующего формального описания объекта. 2. Формализация операций. На основе содержательного описания определяется и анализируется исходное множество характеристик объекта, выделяются наиболее существенные из них. Затем выделяют управляемые и неуправляемые параметры, вводят символьные обозначения. Определяется система ограничений, строится целевая функция модели. Таким образом, происходит замена содержательного описания формальным (символьным, упорядоченным). 3. Проверка адекватности модели. Исходный вариант модели необходимо проверить по следующим аспектам: 1) все ли существенные параметры включены в модель? 2) нет ли в модели несущественных параметров? 3) правильно ли отражены связи между параметрами? 4) правильно ли определены ограничения на значения параметров? Главным путем проверки адекватности модели исследуемому объекту выступает практика. После предварительной проверки приступают к реализации модели и проведению исследований. Полученные результаты моделирования подвергаются анализу на соответствие известным свойствам исследуемого объекта. По результатам проверки модели на адекватность принимается решение о возможности ее практического использования или о проведении корректировки. 4. Корректировка модели. На этом этапе уточняются имеющиеся сведения об объекте и все параметры построенной модели. Вносятся изменения в модель, и вновь выполняется оценка адекватности. 5. Оптимизация модели. Сущность оптимизации (улучшения) моделей состоит в их упрощении при заданном уровне адекватности. В основе оптимизации лежит возможность преобразования моделей из одной формы в другую. Основными показателями, по которым возможна оптимизация модели, являются время и затраты средств для проведения исследований и принятия решений с помощью модели.

15 Классификация медоелей систем

Физическая модель – некоторый упрощенный физический аналог системы-прототипа. В процессе физического моделирования задаются некоторые характеристики внешней среды и исследуется поведение либо реального объекта, либо его модели при заданных или создаваемых искусственно воздействиях внешней среды. Физическое моделирование может протекать в реальном и модельном (псевдореальном) масштабах времени или рассматриваться без учета времени. В последнем случае изучению подлежат так называемые "замороженные" процессы, фиксируемые в некоторый момент времени. Модели:

символические физические

содержательные математические

статические

динамические

детерминированные

динамические

дискретные

непрерывные

аналитические

численные

имитационные

Символическое моделирование представляет собой искусственный процесс создания логического объекта, который замещает реальный и выражает его основные свойства с помощью определенной системы знаков и символов. В основе языкового моделирования лежит некоторый тезаурус, который образуется из набора понятий исследуемой предметной области, причем этот набор должен быть фиксированным. Под тезаурусом понимается словарь, отражающий связи между словами или иными элементами данного языка, предназначенный для поиска слов по их смыслу. Если для описания системы используется естественный язык (язык общения между людьми), то такое описание называется содержательной моделью. Примерами содержательных моделей являются: словесные постановки задач, программы и планы развития систем, деревья целей организации и др. Содержательные модели имеют самостоятельную ценность при решении задач исследования и управления системами, а также используются в качестве предварительного шага при разработке математических моделей. Поэтому качество математической модели зависит от качества соответствующей содержательной модели.

Математическая модель – приближенное описание какого либо класса явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики. В свою очередь, математические модели в зависимости от используемого математического аппарата подразделяются, например, на:

− статические и динамические;

− детерминированные и вероятностные;

− дискретные и непрерывные;

− аналитические, численные, имитационные.

Статические модели описывают объект в какой-либо момент времени, а динамические отражают поведение объекта во времени.

Детерминированные модели описывают процессы, в которых отсутствуют (не учитываются) случайные факторы, а вероятностные модели отражают случайные процессы - события.

Дискретные модели характеризуют процессы, описываемые дискретными переменными, непрерывные - непрерывными.

Аналитические модели описывают процесс в виде некоторых функциональных отношений или (и) логических условий.

Численные модели отражают элементарные этапы вычислений и последовательность их проведения. При имитационном моделировании воспроизводится алгоритм функционирования системы во времени - поведение системы, причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания, что позволяет по исходным данным получить сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характеристики системы. Основным преимуществом имитационного моделирования по сравнению с аналитическим является возможность решения более сложных задач. Имитационные модели позволяют достаточно просто учитывать такие факторы, как наличие дискретных и непрерывных элементов, нелинейные характеристики элементов системы, многочисленные случайные воздействия и другие, которые часто создают трудности при аналитических исследованиях. В настоящее время имитационное моделирование - наиболее эффективный метод исследования систем, а часто и единственный практически доступный метод получения информации о поведении системы, особенно на этапе ее проектирования.

16 Этапы системного подхода при моделировании

В процессе решения проблемы специалисту приходится принимать многочисленные решения. Решение проблемы зависит от ее структуры. Хорошо структурированные проблемы решаются компьютером, неструктурированные проблемы решаются менеджером, а плохо структурированные проблемы, к которым относится большинство задач, решаются менеджером совместно с компьютером. Системный подход к решению проблем можно разделить на три стадии:

− подготовка. На стадии подготовки менеджер рассматривает фирму как систему, выделяя, с одной стороны, ее подсистемы, а с другой - ее окружение. − выявление проблемы. На стадии выявления проблемы менеджер переходит с уровня системы на уровень ее подсистем, определенным образом анализируя их взаимодействие.

− решение проблемы. На стадии решения проблемы менеджер определяет возможные альтернативы решения, оценивает их, выбирает лучшую из них, исполняет ее и наблюдает за тем, как она работает. Существует ряд личных факторов, влияющих на характер решения проблем менеджером. В их числе различные стили осмысления проблемы, сбора и использования информации. Системный подход дает возможность решать любые проблемы. Использование системного подхода возможно и для построения компьютерных систем, предназначенных для решения проблем. Под проблемой понимают условие, которое может причинить (или уже при чиняет) предприятию определенный ущерб. В процессе решения каждой проблемы менеджеру приходится принимать многочисленные решения. Под принятием решений при этом понимают акт выбора стратегии или действия, которое, по мнению менеджера, приведет к решению проблемы.

17

18 Свойства сложных систем

ориентированность - зависимость каждого элемента системы от его места, функций внутри целого;

структурность - возможность описания системы через установление сети связей и отношений системы;

взаимосвязанность структуры и среды - формирование и проявление свойств системы в процессе ее взаимодействия со средой. При этом система должна быть ведущим активным компонентом взаимодействия;

иерархичность - наличие нескольких уровней, при которых каждый компонент системы можно рассматривать как отдельную систему, а первичную систему - как один из компонентов более широкой, глобальной системы;

множественность описания - ввиду сложности любой системы (в том числе системы управления земельными ресурсами) ее познание требует построения множества моделей, каждая из которых отражает лишь определенный аспект;

постоянность информационного взаимодействия между системой и средой;

непрерывность функционирования и развития;

эффективность - способность к достижению поставленных целей за определенный период времени при использовании определенного количества ресурсов и возможном наличии отдельных специфических ограничений. Эффективность определяет соответствие реальных (фактических или ожидаемых) результатов процесса управления требуемым, т. е. степени достижения цели управления. Только эффективный процесс управления является целесообразным;

физическая неоднородность и большое число элементов;

приоритетность связей между элементами системы перед связями между системой и средой. Связи могут быть формальными, законодательными, договорными, гарантийными и неформальными (личные отношения, моральная ответственность, доверие и др.);

несводимость свойств отдельных элементов к свойствам системы в целом. С этим свойством тесно связаны понятия «агрегирование» и «декомпозиция». Агрегирование - объединение нескольких параметров системы низшего уровня в параметры системы более высокого уровня. Декомпозиция - разделение целого на части выделением функций или целей управления, а также агрегатов и элементов системы;

многофункциональность - способность к реализации некоторого множества функций (обороноспособность, продовольственная и экологическая безопасность, образование, наука и т. д.) заданной структуры;

гибкость - свойство изменять цель и параметры функционирования в зависимости от условий функционирования (адаптация) или состояния подсистемы (живучесть). Гибкость обеспечивается избыточность элементов и обратной связью. Гибкое управление обеспечивает возможность изменения функций и структуры системы и ее параметров. 

19 Целеобразование

20 Структура системного анализа

Декомпозиция — научный метод, использующий структуру задачи и позволяющий заменить решение одной большой задачи решением серии меньших задач, пусть и взаимосвязанных, но более простых.

Этап синтеза системы, решающей проблему, представлен в виде упрощенной функциональной диаграммы на рисунке. 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).

21 Принципы структурного анализа

1). Принцип конечной цели – это абсолютный приоритет конечной цели.

Принцип имеет несколько правил:

1. Для проведения СА необходимо сформулировать цель исследования.

2. Анализ следует вести на базе первоочередного уяснения цели или ф-ии или основного назначения, что позволяет определить основные существенные cвойства цели, показатели качества и критерии оценки.

3. При синтезе сис-м любая попытка изменить изменение или совершенствование д.б. ф-ией  эфф-ти достижения цели.

4. Цель функционирования искусственной системы задается как правило сис-мой, в которой исследования системы является составной частью.

2). Принцип измерения.

О качестве функц-ия к-л. системы можно судить только применительно к сис-ме более высокого уровня. Для определения эффективноти функционирования системы нужно обязательно представлять ее как часть более общей системы и проводить оценку вню свойств исслед. системы относительно целей и задач супер или надсистемы.

3). Принцип эквифинальности.

Система может достигнуть требуемого конечного состояния, независимого от времени, и опр-го исключительно собственными хар-ками системы при разл. нач-ых условиях и разл. путями. Эта форма уст-ти сис-мы по отношению к начальным и граничным условиям.

4). Принцип единства.

Это совместное рассмотрение сис-мы как целого и как совокупности частей или Эл-ов. Принцип ориентирован как бы на взгляд ее с сохр-ием целостным предст-ий и системе.

5). Принцип связности.

Рассм-ие любой части совместно с ее опр-ием подразумевает проведение процедуры выявления связи между элементами и выяснение связи с вн. средой. В соотв-ии с этим принципом в первую очередь сис-му следует рассм-ть как часть, эл-нт, подсистему др. системы, называемой суперсистемой, старшей системой, надсистемой.

7). Принцип иерархии.

При анализе и декомпозиции сис-мы полезно введение и выявление еирархии частей и их ранжирования. Что упращает разработку системы и уст-ет порядок рассм-ия частей.

9). Принцип развития.

Это учет изменяемости сис-мы, ее способность к развитию. Под развитием понимают ее усложнение, а сложность в первую очередь – это увеличение уровня иерархии стр-ры сис-мы при более локальном и однородном взаимод-ием ее эл-ов. А также более абстр-ному предст-ию языка описания на верхних уровнях иерархии.

22 МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ АНАЛИЗА

Существуют 2 основных метода решения задач анализа:

1. Метод строгого аналитического решения. Используются известные аналитические зависимости, описывающие элементы, подсистемы, системы, а также количественные характеристики указанных

звеньев. Основные проблемы, возникающие при использовании этого метода – математической сложности или отсутствие анали-

тической зависимости.

2. Метод моделирования на ЭВМ. Некоторые зависимости могут быть известны, а некоторые определяются экспериментально или с помощью машинного эксперимента. Этот метод позволяет решать задачи анализа при вероятностном характере происходящих в сис- теме процессов.

Задачи анализа, так или иначе, могут быть решенывсегда.

При выполнении анализа выделяют три операции:

− сложное целое расчленить на более мелкие, более простые части;

− дать понятное объяснение полученным фрагментам;

− объединить объяснение частей в объяснение целого.

23 Для решения задач синтеза существуют два основных метода:

1. Метод строгого математического синтеза. Он может применяться

для решения сравнительно несложных задач синтеза. Требует для

исполнения высококвалифицированного специалиста и часто со-

пряжен с большими математическими трудностями. Достоинства:

позволяет найти наилучшее в определенном смысле решение.

2. Метод целенаправленного перебора или синтез через анализ. При

этом методе вначале наугад задается определенная структура сис-

темы с известными параметрами входящих в нее элементов. Затем

решается задача анализа выбранной системы и полученные в ре-

зультате анализа показатели сравниваются с заданными. Если они

удовлетворяют заданным требованиям, тот решение найдено. В

противном случае изменяется схема системы, ее параметры, и сно-

ва решается задача анализа. И так процесс продолжается пока не

будет найдена система с заданными показателями.

При выполнении синтеза выделяют три операции:

− выделение большей системы (метасистемы), в которую ин-

тересующая исследователя система входит как часть;

− рассмотрение состава и структуры метасистемы;

− объяснение роли, которую играет исследуемая система в ме-

тасистеме через ее связи с другими подсистемам

24 Сущность системного подхода

В управлении СП основывается на том, что всякая организация представляет собой систему, состоящую из частей, каждая из которых обладает своими собственными целями. Руководитель должен исходить из того, что для достижения общих целей организации необходимо рассматривать ее как единую систему. При этом стремиться выявить и оценить взаимодействие всех ее частей и объединить их на такой основе, которая позволит организации в целом эффективно достичь её целей. (Достижение целей всех подсистем организации явление желательное, но почти всегда не реальное)

Его сущность заключается:

- в понимании объекта исследования как системы;

- в рассмотрении процесса исследования объекта как системного по своей логике и применяемым средствам. 

Черты системного подхода:

   Системный подход - форма методологического знания, связанная с исследованием и созданием объектов как систем, и относится только к системам.

   Иерархичность познания, требующая многоуровневого изучения предмета: изучение самого предмета - <собственный> уровень; изучение этого же предмета как элемента более широкой системы - <вышестоящий> уровень; изучение этого предмета в соотношении с составляющими данный предмет элементами - <нижестоящий> уровень.

   Системный подход требует рассматривать проблему не изолированно, а в единстве связей с окружающей средой, постигать сущность каждой связи и отдельного элемента, проводить ассоциации между общими и частными целями

25 Метод гирлянд и ассоциаций

Этап 1. Определение синонимов объекта

Этап 2. Выбор случайных объектов

Этап 3. Составление комбинаций из элементов гирлянды синонимов объекта и  элементов гирлянды случайных объектов

Комбинации составляются из двух элементов путем попытки объединения каждого  синонима рассматриваемого объекта с каждым случайным объектом.

Этап 4. Составление перечня признаков случайных объектов

Определяются признаки случайно выбранных объектов с возможно большим  количеством признаков в течение ограниченного времени (минуты). Успех поиска в  значительной мере зависит от широты охвата признаков случайных объектов,  поэтому целесообразно перечислять как основные, так и второстепенные признаки.  Для удобства составляется таблица признаков, в одном столбце которой указаны по  порядку случайные объекты, а в другом (напротив) - признаки этих случайных  объектов.

Этап 5. Генерирование идей путем поочередного присоединения к техническому  объекту и его синонимам признаков случайно выбранных объектов

Этап 6. Генерирование гирлянд ассоциаций

Поочередно из признаков случайных объектов, выявленных на четвертом шаге,  генерируют гирлянды свободных ассоциаций. Для каждого из отдельных признаков  они могут быть практически неограниченной длины, поэтому генерирование  следует ограничить по времени или количеству элементов гирлянды.

Замечание: Если генерирование гирлянд ассоциаций проводится коллективно, то  каждый член коллектива занимается этим самостоятельно.

Этап 7. Генерирование новых идей

К элементам гирлянд синонимов технического объекта пытаются присоединить  элементы гирлянд ассоциаций.

Этап 8. Выбор альтернативы

На этом шаге решается вопрос - продолжать генерирование гирлянд ассоциаций или  их уже достаточно для отбора полезных идей.

Замечание: Если по предварительной оценке таких идей мало, можно продолжить  создание гирлянд ассоциаций, начиная с какого-нибудь нового элемента гирлянд,  созданных на шестом шаге и действуя подобным же образом.

Этап 9. Оценка и выбор рациональных вариантов идей

Среди множества нерациональных, тривиальных и даже нелепых идей, как правило,  всегда находятся оригинальные и рациональные. Если в течение короткого времени  можно найти несколько десятков вариантов решения, то вполне удовлетворит  положение, при котором хотя бы несколько вариантов вариантов покажутся  полезными.

Этап 10. Выбор варианта

26 Метод фокальных объектов

Метод фокальных объектов – метод поиска новых идей путем присоединения к исходному объекту свойств или признаков случайных объектов. Применяется при поиске новых модификаций известных устройств и способов, в частности ТНП, создании рекламы товаров, а также для тренировки воображения.

Цель метода

Совершенствование объекта за счет получения большого количества оригинальных модификаций объекта с неожиданными свойствами.

Суть метода

Перенесение признаков случайно выбранных объектов на совершенствуемый объект, который лежит как бы в фокусе переноса и поэтому называется фокальным. Возникшие необычные сочетания стараются развить путем свободных ассоциаций.

План действий

• Из условий задачи выделить объект (прототип), подлежащий усовершенствованию (ФО), уточнить цель.

• Выбрать 3-4 случайных объектов (открыв наугад каталог, книгу и т. п.).

• Выписать для каждого из них несколько характерных признаков (свойств).

• Полученные признаки перенести на прототип (фокальный объект) – получить новые сочетания.

• Новые сочетания развить путем свободных ассоциаций. Зафиксировать все интересные идеи.

• Оценить новые идеи и отобрать наиболее эффективные с точки зрения реализации. Сформулировать задачи на разработку новых модификаций объекта.

Результат

Списки идей и предложений по новым модификациям объекта.

Достоинства

• Простота освоения и неограниченные возможности поиска новых подходов к проблеме.

• Нешаблонность выдвигаемых идей.

• Универсальность метода.

Недостатки

• Непригодность при решении сложных задач.

• МФО и все его разновидности дают только простые сочетания.

• Отсутствие правил отбора и внутренних критериев оценки получаемых идей.

27 Мозговой штурм

Правильно организованный мозговой штурм включает три обязательных этапа. Этапы отличаются организацией и правилами их проведения:

4. Постановка проблемы. Предварительный этап. В начале этого этапа проблема должна быть четко сформулирована. Происходит отбор участников штурма, определение ведущего и распределение прочих ролей участников в зависимости от поставленной проблемы и выбранного способа проведения штурма.

5. Генерация идей. Основной этап, от которого во многом зависит успех (см. ниже) всего мозгового штурма. Поэтому очень важно соблюдать правила для этого этапа:

   • Главное — количество идей. Не делайте никаких ограничений.

   • Полный запрет на критику и любую (в том числе положительную) оценку высказываемых идей, так как оценка отвлекает от основной задачи и сбивает творческий настрой.

   • Необычные и даже абсурдные идеи приветствуются.

   • Комбинируйте и улучшайте любые идеи.

6. Группировка, отбор и оценка идей. Этот этап часто забывают, но именно он позволяет выделить наиболее ценные идеи и дать окончательный результат мозгового штурма. На этом этапе, в отличие от второго, оценка не ограничивается, а наоборот, приветствуется. Методы анализа и оценки идей могут быть очень разными. Успешность этого этапа напрямую зависит от того, насколько "одинаково" участники понимают критерии отбора и оценки идей.

28 Корабельный совет – совещание, созываемое руководителем для решения проблемы в условиях дефицита информации и времени. Может использоваться для поиска решений в различных областях человеческой деятельности.

Другое название: "Совещание пиратов". Авторы метода Гильде В., Штарке К.Д. (ГДР) 1970 г.