Лекция 15. (Системный анализ) Системный анализ и его основные этапы.

Темы: формулирование проблемы, выявление целей, формирование критериев.

Современный прикладной системный анализ включает в себя несколько этапов. Любой процесс исследования, проектирования и целевого воздействия алгоритмичен: алгоритм является планом этого процесса. Составление такого плана — прерогатива системного аналитика. Для каждой проблемы может потребоваться специально для нее приспособленный алгоритм анализа. Можно сказать, что операции системного анализа реализуются в последовательности, удобной для аналитика применительно к данной конкретной ситуации. Блок схема неформальных этапов системного исследования представлена на рисунке. Сплошными жирными стрелками изображена опорная последовательность действий. Пунктирные стрелки обозначают возможность возврата к уже пройденным действиям. Нижний выход ведет к формализуемым этапам анализа.

Р

Опорная схема алгоритма постановки задач прикладного системного исследования.

ассмотрим этапы системного анализа подробнее.

Этап 1:формулирование проблемы

Для традиционных наук постановка формальной задачи, которую надо решать, — начальный этап работы. В исследовании же или проектировании сложной системы это промежуточный результат, которому предшествует длительная, кропотливая и сложная работа по структурированию исходной проблемы.

Проиллюстрируем основные особенности такой работы, составляющей первые этапы системного анализа, на примере социотехнических систем. Особенностью социотехнической системы является то, что люди в ней играют важную роль. Имеются и другие названия таких систем (не совсем синонимичные): «организационные» (что означает в основном состоящие из людей), «автоматизированные» (т.е. состоящие из людей и машин), «человеко—машинные» (обычно так называют систему, состоящую из одного человека и одной машины). Типичными примерами социотехнических систем служат организации типа городской медицинской службы, завода, системы транспорта или связи, экологические системы. Участие в них многих людей, интересы которых различны, делает анализ таких систем особенно сложным. Разумеется, системный анализ применим и к менее сложным системам; при этом многие этапы анализа выполняются проще, быстрее, а иногда и вообще могут быть опущены как уже выполненные ранее; кроме того, уменьшается число итераций, возвращений от последующих этапов к предыдущему, что типично для анализа сложных систем. Чем проще анализируемая система, тем ближе реализуемый алгоритм ее анализа к линейному; чем система сложнее, тем больше циклов реализуется при ее анализе, что, кстати, может служить самостоятельным признаком сложности.

Превращение проблемы в проблематику

Необходимость системного анализа возникает тогда, когда проблема уже не только существует, но и требует решения. Однако имеется ряд причин считать любую исходную формулировку проблемы лишь первым приближением.

Главная из них состоит в том, что проблемосодержащая система (система, в деятельности которой проявилась данная проблема как некоторое нежелательное явление) не является изолированной: она связана с другими системами и входит как часть в некоторую надсистему; сама она состоит из частей, в различной степени причастных к данной проблеме. Таким образом, при решении реальной проблемы надо учитывать, как это скажется на тех, кого затронут планируемые изменения. Т.е. к любой реальной проблеме необходимо априори относиться не как к отдельно взятой, а как к «клубку» взаимосвязанных проблем. Используя для обозначения этой совокупности термин «проблематика», можно сказать, что этап формулирования проблемы состоит в определении проблематики.

Другой причиной является тот факт, что первоначальная формулировка проблемы является всего лишь моделью реальной ситуации. Поэтому следует проверять предложенную формулировку на адекватность, что приводит к уточнению первоначального описания проблемы. Развитие описания состоит также и в том, что первоначальная формулировка проблемы может быть изложена не в надлежащих терминах.

Итак, системное исследование всякой проблемы начинается с ее расширения до проблематики, т.е. нахождения системы проблем, существенно связанных с исследуемой, без учета которых она не может быть решена.

Методы построения проблематики

Очевидно, что для расширения проблемы потребуется содержательная модель над- и подсистем относительно проблемосодержащей системы. В перечень заинтересованных в решении проблемы лиц рекомендуется включать:

1) клиента, т.е. того, кто ставит проблему, заказывает и оплачивает системный анализ;

2) лиц, принимающих решения, т.е. тех, от полномочий которых непосредственно зависит решение проблемы;

3) участников, как активных, т.е. тех, чьи действия потребуются при решении проблемы, так и пассивных — тех, на ком скажутся (положительным или отрицательным образом) последствия решения проблемы;

4) самого системного аналитика и его сотрудников.

Слово «заинтересованный» следует понимать в широком смысле, поскольку в перечень необходимо включить и тех, кто на самом деле не заинтересован в решении проблемы и будет сопротивляться возможным переменам.

Каждая из «заинтересованных» сторон имеет свое видение проблемы, поэтому формулирование проблематики и состоит в описании того, какие изменения и почему хочет внести каждое из заинтересованных лиц. Диалектический метод предписывает рассматривать проблему всесторонне, в том числе и во временном, историческом плане.

Строя проблематику, системный аналитик дает развернутую картину того, кто из заинтересованных лиц и в чем заинтересован, какие изменения и почему они хотят внести. При этом собственная его позиция должна быть нейтральной.

Этап 2: выявление целей

Как хорошо формализованные, так и слабо структурированные проблемы должны быть приведены к виду, когда они становятся задачами выбора подходящих средств для достижения заданных целей. Поэтому, прежде всего, необходимо определить цели. На данном этапе системного анализа определяется, что надо сделать для снятия.

Главная трудность выявления цели связана с тем фактом, что цели являются как бы антиподом проблемы. При формулировке проблемы в явной форме указываются известные негативные явления, от которых требуется избавиться. При формулировке цели можно указать лишь одно из возможных направлений решения этой проблемы.

Трудность состоит в том, что возможных направлений много, а выбрать нужно только одно, действительно правильное, а не кажущееся таким.

Рассмотрим основные трудности выявления целей и методы его выполнения.

Опасность подмены целей средствами

В практике системного анализа первоначально сформулированные цели по мере выполнения анализа часто изменяются или отменяются совсем. Действительные цели, как правило, шире, чем объявленные. Например, в одном исследовании проблемы «где лучше создать новую больницу» выяснилось, что действительная цель — улучшение медицинского обслуживания населения, и среди предложенных альтернатив нашлись более эффективные способы использования ресурсов, нежели строительство новой больницы. Это служит также примером того, как средства могут приниматься за цели.

Исследование целей заинтересованных в проблеме лиц должно предусматривать возможность их уточнения, расширения или даже замены. В этом и состоит одна из основных причин итеративности системного анализа.

Влияние ценностей на цели

На выбор целей субъекта решающее влияние оказывает система ценностей, которой он придерживается. Одно из направлений исследования в ходе выявления цели может состоять в изучении системы ценностей всех заинтересованных в решении проблемы сторон, прежде всего это касается лиц, принимающих решения.

В научной литературе нередко обращается внимание на определенную противоположность «технократического мышления» и «гуманистического мышления» как разных подходов к формированию целей. Главное их различие образно можно выразить так: «Человек — царь природы» и “Человек — часть природы”. При решении проблемы важно разумное сочетание этих подходов.

Кроме того, вопрос о системе ценностей, по существу, предвосхищает выбор языков, на которых будет проводиться системный анализ.

Множественность целей

Здесь рассматриваются вопросы выявления целей только самого верхнего уровня, поскольку цели нижних уровней могут быть получены из верхних алгоритмически, методом декомпозиции. Однако и на самом верхнем уровне, как правило, бывает несколько целей (даже если текстуально они объединены одной формулировкой — «глобальная цель») и важно не упустить какую-нибудь существенную из них. Моделью над - и подсистем относительно проблемосодержащей системы позволяет учесть цели всех заинтересованных сторон. Но по отношению к каждой из сторон также возникает проблема полноты задания ее целей. Вместе с неясностью первоначальной цели это приводит к необходимости каких-то рекомендаций относительно поиска существенных целей. Полезными оказываются следующие способы:

• включать в рассмотрение цели, противоположные заявленным (как в приведенном выше примере — «не строить больницу»), и цели «двойственные» (например, «минимизировать страдания» не то же самое, что «максимизировать удовольствия»);

• выявлять не только «желаемые», но и «нежелательные» по последствиям цели (чтобы как можно раньше предвидеть возникновение новых проблем — типа загрязнения окружающей среды);

• допускать вообще всякие цели (их критика будет позже); единственным ограничением может служить то, что цели должны излагаться в номинальной шкале, т.е. быть названиями. Употребление более сильных шкал — признак целей более низкого уровня, по существу, переход от целей к критериям, а это следующий этап анализа.

Опасность смешения целей

Различие между целями не всегда очевидно, и существует опасность ошибочно принять одни за другие. Такая ситуация возникает обычно, когда специалисты-профессионалы, участвующие в решении проблем, навязывают свое видение мира и тем самым подменяют главные цели своими. Например, обследование Национальной Службы Здоровья в Англии показало, что менее одного процента времени подготовки врачей этой службы посвящено профилактической медицине, хотя организация создавалась именно с этой целью.

Изменение целей со временем

Диалектический принцип историзма относится и к целям. О возможном (и обычно происходящем) изменении целей в ходе анализа уже говорилось. Однако необходимо иметь в виду, что изменение целей во времени может происходить не только по форме, в силу все лучшего понимания действительных целей, но и по содержанию — вследствие изменения объективных условий и/или субъективных установок, влияющих на выбор целей. Сроки старения целей различны и зависят от многих причин. Цели более высоких уровней долговечнее. В социальных системах цели высших уровней часто формулируются как интересы будущих поколений, сроки целей нижних уровней связаны с настоящими действиями и с действиями в ближайшем будущем. Динамичность целей также должна учитываться в системном анализе.

Этап 3: формирование критериев

Слово «критерий» будем употреблять не только в смысле «критериальная функция», а в более широком смысле — как любой способ сравнения альтернатив. Это означает, что критерием качества альтернативы может служить любой ее признак, значение которого можно зафиксировать в порядковой или более сильной шкале. После того как такая характеристика найдена («критерий сформирован»), появляется возможность ставить задачи выбора и оптимизации.

Критерии как модель целей

Содержание процесса перехода от целей к критериям и многие особенности этого перехода становятся ясными, если рассматривать критерии как количественные модели качественных целей. В самом деле, сформированные критерии в дальнейшем в некотором смысле заменяют цели. От критериев требуется как можно большее сходство с целями, чтобы оптимизация по критериям соответствовала максимальному приближению к цели. С другой стороны, критерии не могут полностью совпадать с целями уже хотя бы потому, что они фиксируются в различных шкалах: цели — в номинальных, критерии — в более сильных, допускающих упорядочение. Критерий — это подобие цели, ее аппроксимация, модель. Конкретнее, критерий является отображением ценностей (воплощенных в целях) на параметры альтернатив (допускающие упорядочение). Определение значения критерия для данной альтернативы является, по существу, косвенным измерением степени ее пригодности как средства достижения цели.

Заметим, что, что критерии отображают системы ценностей, выражаемые в целях. Практическое построение критериев привело к созданию «теории ценностей», главной задачей которой была бы алгоритмизация перехода от ценности к критерию. Трудно предположить, что можно построить «общую теорию ценностей», но частные такие теории существуют и развиваются. Однако даже в рамках частных теорий имеются значительные трудности.

В целом в настоящее время картина такова, что построение критериев является более искусством, чем наукой. Однако, именно неформализуемые, творческие, эвристические этапы часто являются самыми важными в процессе научного исследования.

Причины многокритериальности реальных задач

Многокритериальность реальных задач связана не только с множественностью целей, но и с тем, что одну цель редко удается выразить одним критерием, хотя к этому обычно стремятся.

Решение может состоять как в поиске более адекватного критерия (возможно, он и не существует), так и в использовании нескольких критериев, описывающих одну цель по-разному и дополняющих друг друга.

Критерии и ограничения

Подчеркнув, что многокритериальность является способом повышения адекватности описания цели, заметим, что критерии должны описывать по возможности все важные аспекты цели, но при этом желательно минимизировать число необходимых критериев.

Требование минимизации удовлетворяется, если критерии являются независимыми, не связанными друг с другом (например, желательно не использовать в различных составных критериях одинаковые измеряемые величины или величины, выводимые друг из друга, и т л.). Что же касается выполнения требования полноты, то следует использовать достаточно полные модели рассматриваемой ситуации. Какие именно из этих моделей окажутся полезными, должен определить системный аналитик.

Рассмотрим модель проблемной ситуации как совокупности следующих трех взаимодействующих систем:

• проблемосодержащей системы, т.е. системы, в которой данная ситуация воспринимается как проблема;

• проблеморазрешающей системы, т.е. системы, которая может так повлиять на ход событий, чтобы проблема исчезла или ослабела;

• окружающей среды, в которой существуют и с которой взаимодействуют обе системы.

Применительно к формированию критериев данная модель позволяет не только повысить полноту набора критериев, но и структурировать их совокупность, ввести такие различия между ними, которые впоследствии облегчат постановку оптимизационных задач. Суть дела I (упрощенно) заключается в том, что характер целей трех данных участников проблемной ситуации различен. Для проблемосодержащей системы это цели достижения (главное — разрешить проблему)_; цели проблеморазрешающей системы связаны с рациональным расходом ресурсов на разрешение проблемы (главное — экономно разрешить ее), а вмешательство среды в этот процесс носит, как правило, характер пассивный, но обязательный (главное — не предпринимать ничего, что противоречило бы законам природы). Так возникают критерии эффективности, подлежащие оптимизации (нередко противоречивые), а также критерии сохранения, ограничения, требующие соблюдения их постоянства. При постановке оптимизационных задач все эти критерии связываются воедино. Содержательная сторона этого процесса состоит в том, что происходит согласование ресурсов проблеморазрешающей системы с потребностями проблемосодержащей системы при ограничениях, накладываемых средой. При этом может возникнуть необходимость в итерациях чего не следует избегать в исследованиях сложных систем.

Между целевыми критериями и ограничениями имеется сходство и различие. На последующих этапах, например при решении некоторых типов оптимизационных задач, они могут выступать равноправно. Однако на этапах формирования критериев и генерирования альтернатив они различаются существенно. Целевой критерий как бы открывает возможности для выдвижения все новых и новых альтернатив в поисках лучшей из них, а ограничение заведомо уменьшает их число, запрещая некоторые из альтернатив. Одними целевыми критериями можно жертвовать ради других, а ограничение исключить нельзя, оно должно жестко соблюдаться. В этом смысле ограничения упрощают, а не усложняет работу системного аналитика.

На практике встречаются случаи, когда наложенные ограничения столь сильны, что делают нереальным достижение цели. Тогда следует поставить вопрос об ослаблении или снятии данных ограничений.

Итак, при формировании критериев ищется компромисс между полнотой (точностью) описания целей и количеством критериев. Кроме общих рекомендаций типа изложенных выше можно использовать и практический опыт исследования конкретных систем. Так, Э. Квейд перечисляет критерии, наиболее часто встречающиеся в анализе сложных технических систем:

• финансовые (прибыль, стоимость и пр.),

• объемные (измеряющие количество продукта),

• технические качества (эффективность функционирования, надежность и т.д.),

• живучесть (совместимость с уже существующими системами, приспособляемость или гибкость, стойкость против морального старения, безопасность) и ряд других.

Такие эмпирические перечни, безусловно, полезны, но их следует рассматривать лишь как основу дальнейшего поиска.