Теория систем и системный анализ. Учебное пособие

дуемой системе), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы) и системы одного уровня с рассматриваемой.

Иерархичность. Выделим основные особенности закономерности иерархичности с точки зрения полезности их использования в качестве моделей системного анализа:

1.В силу закономерности коммуникативности, которая проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями.

2.Важнейшая особенность иерархичности как закономерности заключается в том, что закономерность целостности проявляется в ней на каждом уровне иерархии. При этом объединение элементов в каждом узле иерархической структуры приводит не только к появлению новых свойств у узла и утрате объединяемыми компонентами свободы проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный член иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном состоянии.

3.При использовании иерархических представлений как средства исследования объектов с неопределенностью происходит как бы расчленение «большой» неопределенности на более «мелкие», лучше поддающиеся исследованию. При этом даже если эти «мелкие неопределенности» не удается полностью раскрыть и объяснить, то все же иерархическое упорядочение частично снимает общую неопределенность, обеспечивает, по крайней мере, управляемый контроль над принятием решения, для кото-

рого используется иерархическое представление. Эквифинальность. Эта закономерность характеризует пре-

дельные возможности системы. Л. фон Берталанфи определил эквuфuнальность как способность системы достигать состояния, не зависящего от времени и начальных условий и определяемого исключительно параметрами системы ([12]).

Так, например, живые организмы по мере эволюции усложняются, и в разные периоды их жизни можно наблюдать различные состояния эквифинальности. В наибольшей мере это проявляется у человека, что является предметом изучения многих исследователей - биологов, философов, инженеров, которые выделяют примерно следующие уровни (называемые по-разному): материальный, эмо-

23

21

циональный, семейно-общественный, социально-общественный, интеллектуальный и т.п.

Закон «необходимого разнообразия». Данный закон был сформулирован У.Р. Эшби. Его суть сводится к следующему: создавая систему, способную справиться с решением проблемы, обладающей определенным, известным разнообразием (сложностью), нужно обеспечить, чтобы система имела еще большее разнообразие (знания методов решения), чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать в себе это разнообразие.

Применительно к системам управления закон «необходимого разнообразия» может быть сформулирован следующим образом: разнообразие управляющей подсистемы должно быть больше (или, по крайней мере, равно) разнообразию управляемой подсистемы. Использование этого закона при разработке и совершенствовании систем управления предприятиями и организациями помогает увидеть причины проявляющихся в них недостатков и найти пути повышения эффективности управления.

В последнее время все больше начинает осознаваться необходимость учета при моделировании систем принципов их изменения во времени, для понимания которых могут помочь следующие закономерности.

Закономерность историчности. Хотя, казалось бы, очевидно,

что любая система не может быть неизменной, что она не только возникает, функционирует, развивается, но и погибает, и каждый легко может привести примеры становления, расцвета, упадка и даже гибели биологических и социальных систем, все же для конкретных случаев развития организационных систем и сложных технических комплексов трудно определить эти периоды. Не всегда руководители организаций и конструкторы технических систем учитывают, что время является непременной характеристикой системы, что каждая система подчиняется закономерности историчности и что эта закономерность – такая же объективная, как целостность, иерархичность и др.

Поэтому в практике проектирования и управления на необходимость учета закономерности историчности начинают обращать все больше внимания. При этом закономерность историчности можно учитывать, не только пассивно фиксируя старение, но и использовать для предупреждения «смерти» системы, разрабатывая

24

22

«механизмы» реконструкции, реорганизации системы для сохранения ее в новом качестве.

Закономерность самоорганизации. В числе основных осо-

бенностей самоорганизующихся систем с активными элементами в прошлой лекции были названы способность противостоять процессам дезорганизации, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру и т.п. В основе этих внешне проявляющихся способностей лежит более глубокая закономерность, базирующаяся на сочетании в любой реально развивающейся системе двух противоречивых тенденций: с одной стороны, для таких систем естественно стремление к возрастанию беспорядка; с другой стороны, в них наблюдаются процессы упорядочения, лежащие в основе эволюции.

Важные результаты в понимании закономерности самоорганизации получены в исследованиях, которые относят к науке, называемой синергетикой (об основных положениях синергетических исследований рассказывалось в первой лекции). Бельгийский ученый И. Пригожин, также назвавший свою науку о самоорганизации синергетикой, пришел к своим идеям через анализ специфических химических реакций, которые приводят к образованию нестабильной, диссипативной (распадающейся) пространственной структуры, образующейся за счет диссипации (рассеяния) энергии, использованной системой и способной воспринимать новую энергию из среды, благодаря чему может изменяться прежняя структура и система может переходить в новое состояние. В дальнейшем И. Пригожин и его последователи показали, что такие явления возникают в нелинейных неравновесных системах под воздействием флуктуаций в состояниях, когда система удалена от точки термодинамического равновесия. Точки, в которых возможен переход системы в новое состояние, называют точками бифуркации (раздвоения, разветвления), поскольку в них возникает выбор (зависящий от случайных факторов), в какое из новых состояний перейти системе.

В сложных развивающихся системах закономерность самоорганизации проявляется в том, что в зависимости от преобладания одной из вышеуказанных тенденций система любого уровня может либо развиваться в направлении более высокого уровня эквифинальности и переходить на него, либо, напротив, может происходить

25

23

процесс упадка и перехода системы на более низкий уровень существования.

Кроме того, исследование глубинных причин самоорганизации, самодвижения целостности показывает, что основой рассматриваемой закономерности является диалектика части и целого в системе. Оценка степени целостности помогает найти точку начала снижения эффективности функционирования системы, в которой целесообразен переход на новый уровень эквифинальности.

26

24

Раздел 2. Методы и модели теории систем и системного анализа

Лекция 4. Системный анализ: сущность, этапы, методология

Под системным анализом будем понимать совокупность методов и технологий для изучения, описания, реализации систем различной природы и характера. Основными принципами системного анализа являются следующие:

1.Требование рассматривать совокупность элементов системы как одно целое или, более жестко, - запрет на рассмотрение системы как простого объединения элементов.

2.Признание того, что свойства системы - не просто сумма свойств ее элементов. Тем самым постулируется возможность того, что система обладает особыми свойствами, которых может и не быть у отдельных элементов.

3.Некорректно рассматривать данную систему в отрыве от окружающей ее среды - как автономную, обособленную. Это означает обязательность учета внешних связей или в более общем виде требование рассматривать анализируемую систему как часть (подсистему) некоторой более общей системы.

4.Возможность (а иногда и необходимость) деления данной системы на части, подсистемы. Если последние оказываются недостаточно просты для анализа, с ними поступают точно так же. Но в процессе такого деления нельзя нарушать предыдущие принципы

—пока они соблюдены, деление оправдано, разрешено в том смысле, что гарантирует применимость практических методов, приемов, алгоритмов решения задач системного анализа.

В большинстве случаев практического применения системного анализа можно выделить два основных этапа:

1.Качественный. На данном этапе объект выделяется из большого многообразия других объектов в виде совокупности устойчиво взаимосвязанных элементов. Качественный этап выделения системы представляет собой процесс реализации системного подхода как общенаучного метода.

2.Количественный. Подразумевает построение модели изучаемой системы, установление приближенной функциональной зависимости между элементами системы.

27

25

Модель изучаемой системы в самом лаконичном виде можно представить в виде зависимости

где:

E - некоторый количественный показатель эффективности системы в плане достижения цели ее существования T, будем называть его - критерий эффективности.

X - управляемые переменные системы - те, на которые мы можем воздействовать, или управляющие воздействия;

Y - неуправляемые, внешние по отношению к системе воздействия; их иногда называют состояниями природы.

Заметим, прежде всего, что возможны ситуации, в которых нет никакой необходимости учитывать состояния природы. Так, например, решается стандартная задача размещения запасов нескольких видов продукции, и при этом можно найти E вполне однозначно, если известны значения Xi и, кроме того, некоторая информация о свойствах анализируемой системы. В таком случае принято говорить о принятии управляющих решений или о стратегии управления в условиях определенности.

Если же с воздействиями окружающей среды, с состояниями природы мы вынуждены считаться, то приходится управлять системой в условиях неопределенности.

Впоисках методов моделирования сложных систем исследователи обращаются к различным разделам математики, экспертному оцениванию, технологиям организации процесса коллективного принятия решения и т.д. Для того чтобы облегчить выбор методов

вреальных условиях, необходимо разделить их на группы (классы) и разработать рекомендации по их использованию при отображении систем различных видов.

Вкачестве основных классов будем выделять:

1.Методы формализованного представления систем (МФПС).

2.Методы, направленные на активизацию интуиции и опыта специалистов (МАИС).

Более подробно на данных группах методов мы остановимся

вследующих лекциях.

28

26

Лекция 5. Методы формализованного представления систем (МФПС)

Обобщенные классы МФПС приведены в следующей табли-

це:

27

28

29

30