Основы теории систем и системного анализа
Курс лекций
Санкт-Петербург
2010
|
истемный
анализ
представляет собой широко применяемый
методологический инструмент в
области анализа, проектирования и
совершенствования систем управления.
При анализе и синтезе систем управления
часто возникают трудноразрешимые
проблемы. Решению таких проблем
способствует использование методологии
системного анализа, который позволяет
четко сформулировать проблему и
цель ее решения, используя понятие
системы и методологию системного
подхода.
проблема
А решение А
роблема
X проблема В
решение В Решение X
В общественно-экономической и политических сферах наблюдается усиление взаимовлияния, взаимозависимости, взаимодействия всех составных частей современного общества. Все более тесно переплетаются экономические, политические, социальные, духовные процессы, теснее взаимодействуют государство и общество, производство и наука, культура и бытовая сфера. Все это порождает трудности в познании, прогнозировании и управлении. Во второй половине 20 века стало очевидно, что теоретические и прикладные дисциплины образуют как бы единый поток, «системное движение», методологической базой стал «системный подход».
Сам термин «системный анализ» впервые появился в работах корпорации RAND в 1948 г. Первой разработкой, которая была представлена как «система», стало проектирование сверхзвукового бомбардировщика В-52, начавшееся в 1952 г.
Остановимся на определении:
Системный анализ является областью деятельности, направленной на выявление причин сложностей, возникших перед «обладателем проблемы» (конкретная организация, учреждение, предприятие, коллектив или индивид), и на выработку вариантов их устранения.
Таким образом, задачи системного анализа состоят в понимании функционирования системы (собственно, анализ - метод научного познания, состоящий в мысленном или фактическом разложении целого на составные части), где задачами более высокого уровня выступают проектирование нужной системы, ее создание и управление ею.
В состав задач системного анализа входят:
Задача декомпозиции означает представление системы в виде подсистем, состоящих из более мелких элементов. Часто задачу декомпозиции рассматривают как составную часть анализа.
Задача анализа состоит в нахождении различного рода свойств системы или среды, окружающей систему. Целью анализа может быть определение закона преобразования информации, задающего поведение системы.
Задача синтеза системы противоположна задаче анализа. Необходимо по описанию закона преобразования построить систему, фактически выполняюшую это преобразование по определенному алгоритму. При этом должен быть предварительно определен класс элементов, из которых строится искомая система, реализующая алгоритм преобразования.
Классификация систем
Многообразие систем велико, и существенную помощь при их изучении оказывает классификация.
Классификация – это разделение совокупности объектов на классы по некоторым наиболее существенным признакам.
Важно понять, что классификация – это только модель реальности и уже это нам говорит об относительности любых классификаций.
Сама классификация выступает в качестве инструмента системного анализа. С ее помощью структурируется объект (проблема) исследования, а построенная классификация является моделью этого объекта. Таблица 1.2.1
Разные авторы предлагают разные принципы классификации[9]
Признак классификации систем |
Наименование систем |
Содержание систем |
Степень взаимодействия системы с внешней средой |
Изолированные системы (искусственные)
Закрытые системы
Открытые системы |
Системы, не имеющие с внешней средой прямой и обратной связи (без входа и выхода) (например биологическая система (животное), испытуемая в полностью закрытой емкости, - дельфин) Системы, имеющие с внешней средой одностороннюю связь (вход или выход) (например, часы) Системы, имеющие с внешней средой прямую и обратную связи (вход и выход) (например, страна, фирма, человек или машина) |
Размер системы |
Малые системы
Средние системы
Большие сложные системы |
Системы с числом единичных компонентов менее 30 (например, фирма с численностью сотрудников 25 человек или авторучка) Системы с числом единичных компонентов от 31 до 300 (например, фирма с численностью сотрудников 250 человек или пылесос) Системы с числом единичных компонентов свыше 301 (например, корпорация с численностью сотрудников 15 000 человек, автомобиль или человек) |
Виды систем |
Космические системы Биологические системы Технические системы
Социально-экономические системы (в том числе производственные)
Экосистема
Логические системы |
Солнечная система
Живые организмы
Изделия, состоящие из сборочных единиц и деталей, выполняющие заданые функции Комплексные структуры, состоящие из экономических, производственно-технических и социальных структур, выполняющие различные (например, город или организация). Производственные системы – это структуры, состоящие из функциональных и производственных подразделений, выпускающие продукцию или оказывающие услуги производственного характера (например, предприятие) Совокупность факторов природной среды, методов и средств обеспечения ее жизнедеятельности по сохранению планеты Земля Совокупность факторов и условий, определяющих последовательность мышления и умозаключений при анализе какого-либо явления |
Степень свободы системы по отношению к внешней среде |
Относительно самостоятельные, юридически и физически независимые системы
Несамостоятельные системы (подсистемы) |
Системы, функционирующие самостоятельно и выполняющие заданные функции
Системы (подсистемы), входящие в глобальную систему жестко как неотъемлемый компонент (например, сотрудник отдела или двигатель автомобиля) |
Уровень специализации системы |
Комплексные системы
Специализированные системы |
Системы, выполняющие весь комплекс функций или работ по стадиям жизненного цикла объекта (например, комплексное производственное объединение, выполняющее все работы по стадиям жизненного цикла выпускаемых товаров (кроме идущих на собственное потребление) Системы, специализирующиеся на выполнении одной функции или работы на одной стадии жизненного цикла объекта (например, банк, маркетинговая организация или сборочное предприятие) |
Продолжительность функционирования системы |
Системы кратковременного действия (жизни)
Дискретные системы
Долговременные системы |
Системы, функционирующие короткий промежуток времени, или разового применения (например, биологическая система – мотылек или техническая – шприц) Системы, функционирующие определенный промежуток (интервал) времени (например, автомобиль или человек) Системы длительность функционирования которых практически не ограничена (например, Солнечная система) |
Способ описания системы |
Детерминированные (функциональные) Стохастические (вероятностные)
Нечеткие (описательные) |
Системы, поведение которых точно описывается однозначной функцией
Системы, поведение которых описывается в терминах распределения случайных величин или вероятностей
Системы, поведение которых описывается качественно, а не количественно |
Тип величин, используемых в субстанции системы |
Физические
Абстрактные |
Системы, имеющие вещественную субстанцию Системы, имеющие логическую, математическую и другие виды невещественной субстанции |
В качестве примера рассмотрим классификацию ряда систем по различному уровню сложности и способу описания [11]
Таблица 1.2.2
Классификация систем по С.Виру
По способу описания
|
По уровню сложности |
||
Простые |
Сложные |
Очень сложные |
|
Детермированные |
мастерских |
|
------ |
Вероятностные |
|
предприятия |
|