Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая теория систем и системный анализ
.pdf
21
а) г)
ж)
б)
в)
д)
е)
З)
и)
Рис. 1.5. Типы (виды) структур
Сотовая структура (рис. 1.5, в) характеризуется наличием резервных свя-
зей, что повышает надежность (живучесть) функционирования структуры, но
приводит к повышению ее стоимости.
Многосвязная структура (рис. 1.5, г) имеет структуру полного графа. На-
дежность функционирования максимальная, эффективность функционирования
высокая за счет наличия кратчайших путей, стоимость - максимальная. Частным случаем многосвязной структуры является «колесо» - (рис. 1.5, д).
Иерархическая структура (рис. 1.5, е) получила наиболее широкое рас-
пространение при проектировании систем управления, чем выше уровень иерархии, тем меньшим числом связей обладают ее элементы. Все элементы,
кроме верхнего и нижнего уровней, обладают как командными, так и подчиненными функциями управления. Каждый уровень такой системы характеризуется уровнем иерархии, который определяется как отношение числа исходящих
связей к числу входящих.
Звездная структура (рис. 1.5, ж) имеет центральный узел, который ис-
полняет роль центра, все остальные элементы системы являются подчиненными.
Графовая структура (рис. 1.5, з) является инвариантной по отношению к
иерархической и используется обычно при описании производственнотехнологических систем.
22
Матричная структура (рис. 1.5, и) используется, в частности, для описа-
ния матричной схемы управления оргсистемой.
В целом структура является материальным носителем целевой деятельно-
сти по ликвидации проблемной ситуации и от ее эффективности во многом зависит конечный результат этой деятельности.
1.7 Основные этапы системной деятельности
Использование приведенных понятий и определений системной деятель-
ности позволяет выявить наличие либо отсутствие проблемной ситуации и основные направления (цели) ее ликвидации, определить, какие функции системы
при этом надо реализовать и какой структурой, выяснить, имеются ли для этой
реализации соответствующие ресурсы, экономические условия и законодательная база. Легко заметить, что цепочка «проблемная ситуация - цели - функция структура - внешние ресурсы» образует логически обоснованную (на содержательном уровне) последовательность системной деятельности (рис. 1.6) и может использоваться как для исследования существующих систем, так и для
проектирования новых.
На первом этапе системной деятельности должен быть получен ответ на
вопросы: зачем нужна исследуемая система, каково ее предназначение в окружающем нас мире и качественно ли выполняет система свою миссию. Исходя
из предположения, что большинство исследуемых систем относится к - классу
сложных систем, можно предположить, что и проблемные ситуации редко
встречаются по отдельности, а представляют собой взаимосвязанное множество. При этом полное множество проблемных ситуаций определяется экспертами на анализе всех взаимосвязей системы и внешней среды.
Второй этап системного анализа ориентирован на анализ существующих
целей системы и их корректировку. Анализ пространства целеполагания проводится по каждой из выявленных проблемных ситуаций либо по группе. Одновременно с формулировкой целей определяются показатели эффективности их
достижения, анализ значений которых не позволяет сделать вывод о соответствии (несоответствии) целей существующим проблемным ситуациям.
На третьем этапе проверяется соответствие реализуемых системой функ-
ций сформулированным целевым установкам. В практическом плане это требует построения (определения) полного множества нормативных функций по реализации поставленных целей и сопоставления их с функциями, реализуемыми
системой в данный момент времени, а также одновременной проверки качества
выполняемых функций.
23
Провести анализ
взаимосвязей системы с
внешней средой
Существует
ли проблемная
ситуация?
Описать и оценить
проблемную ситуация
Ориентированы ли цели
системы на ликвидация
проблемной ситуации?
да
нет
Уточнить цели
нет
Соответствуют ли
функции системы
поставленным целям?
да
Соответствует ли
структура системы
заданным функциям?
да
Система соответствует
своему назначению
Корректируются
функции
нет
Уточняется
структура
нет
Соответствует ли
структура системы
заданным функциям?
Изменяются
внешние условия
нет
да
да
Корректируются
цели
нет
ты на следующие вопросы: все ли выявленные функции закреплены за элемен-
Рис. 1.6 Модель основных этапов системной деятельности
При анализе структуры системы эксперт-аналитик должен получить отве-
24
тами структуры системы; все ли связи между элементами существуют; эффективно ли функционирует существующая структура; какие принципиальные изменения по составу и взаимосвязям между элементами требуется внести. Анализ внешних условий должен проводиться в следующих направлениях:
достаточно ли у системы финансовых, материальных и трудовых ре-
сурсов для достижения поставленных целей;
существует ли правовое поле по реализации основных функций систе-
мы (наличие соответствующей нормативно-правовой базы);
соответствуют ли существующие экономические механизмы эффек-
тивной реализации основных функций системы.
Если внешних условий «достаточно» и они определены, считается что
анализ (синтез), системы закончен, в противном случае экспертам рекомендуется пересмотреть (скорректировать) цели системы.
1.8 Понятие системного анализа
Теория систем лежит в основе любой системной деятельности.
Термин «системный анализ» используется в публикациях неоднозначно.
В одних работах системный анализ определяется как «приложение системных
концепций к функциям управления, связанным с планированием». В других термин «системный анализ» употребляется как синоним термина «анализ систем».
Системный анализ непосредственно опирается на сочетание формальных
(математических) и неформальных методов исследования, на использование
целевой концепции, на развитие теории выбора и принятия решений.
Системный анализ – это одно из основных направлений реализации сис-
темного подхода, в рамках которого рассматриваются исследовательские и
управленческие проблемы, связанные с обоснованием и принятием решений в
области экономики, политики, техники и т.д.
Теория систем и системный анализ как отрасль науки может быть разде-
лена на две, достаточно условные части:
теоретическую: использующую такие области как теория вероят-
ностей, теория информации, теория игр, теория графов, теория расписаний,
теория решений, топология, факторный анализ и др.;
прикладную, основанную на прикладной математической статисти-
ке, методах исследования операций, имитационном моделировании, системотехнике и т. п.
Таким образом, теория систем и системный анализ широко использует
достижения многих отраслей науки. Вместе с тем, в теории систем имеется свое
«ядро», свой особый метод – системный подход к возникающим задачам. Сущность этого метода достаточно проста: все элементы системы и все операции в
25
ней должны рассматриваться только как одно целое, только в совокупности,
только во взаимосвязи друг с другом.
Системный анализ применяется для разрешения трудноформализуемых и
слабоструктурированных проблем, как средство сведения сложной проблемы к
взаимосвязанной иерархии более простых задач, доступных для решения формальными методами. Примерами таких сложных проблем являются:
проектирование и модернизация крупных организационно-
технологических объектов (предприятий, компаний, промышленных
объединений),
создание и внедрение программно-технических комплексов,
разработка программ социально-экономического развития, программ
энергосбережения и т.д.
Можно сказать, что системный анализ включает методы исследования,
проектирования и развития сложных систем различной природы – технических,
технологических, экономических, социальных, а также смешанных.
Методы и модели системного анализа в первую очередь используются на
ранних этапах проектирования или развития сложных систем. К ранним этапам
относятся этапы концептуализации, которые называют также «анализ проблем», «предпроектное обследование», «эскизное проектирование», «этап научно-исследовательских работ» и т.д. К числу таких работ относятся:
выявление проблем (узких мест) в существующих системах,
выявление целей, направлений проектирования,
определение перспективных вариантов структуры системы,
формирование задач управления и т.д.
Эти работы являются слабоформализуемыми, «творческими» и одновре-
менно очень важными, поскольку они формируют основу, «каркас» проектируемого объекта, основные направления проектирования системы, которые в
дальнейшем прорабатываются, уточняются, детализируются. Решения, принимаемые на ранних этапах, в первую очередь определяют качество конечного результата. Применяя модели и методы системного анализа, можно повысить качество этих работ, избежать грубых ошибок при их проведении, а также сократить трудоемкость и сроки проведения работ.
1.9 Принципы системного анализа
Универсальной методики - инструкции по проведению системного анали-
за - не существует. Такая методика разрабатывается и применяется в тех случаях, когда у исследователя нет достаточных сведений о системе, которые позволили бы формализовать процесс ее исследования, включающий постановку и
решение возникшей проблемы.
26
За основу при разработке методики системного анализа можно взять эта-
пы проведения любого научного исследования. Однако специфической особенностью любой методики системного анализа является то, что она должна опираться на понятие системы и использовать закономерности построения, функционирования и развития систем. Здесь нужно подчеркнуть, что при практическом применении методик системного анализа рассматривается следующее:
часто после выполнения того или иного этапа возникает необходимость возвратиться к предыдущему или еще более раннему этапу, а иногда и повторить
процедуру системного анализа полностью.
Общим для всех методик системного анализа является определение зако-
на функционирования системы, формирование вариантов структуры системы
(нескольких альтернативных алгоритмов, реализующих заданный закон функционирования) и выбор наилучшего варианта, осуществляемого путем решения
задач декомпозиции, анализа исследуемой системы и синтеза системы и снимающего проблему практики. Основой построения методики анализа и синтеза
систем в конкретных условиях является соблюдение принципов системного
анализа.
Принципы системного подхода – это положения общего характера, яв-
ляющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами. Их
часто считают ядром методологии. Известно около двух десятков таких принципов, ряд из которых целесообразно рассмотреть.
Наиболее часто к системным причисляют следующие принципы: прин-
цип конечной цели, принцип измерения, принцип эквифинальности, принцип
единства, принцип связности, принцип модульного построения, принцип иерархии, принцип функциональности, принцип развития (историчности, открытости), принцип децентрализации, принцип неопределенности.
Принцип конечной цели. Это абсолютный приоритет конечной (глобаль-
ной) цели. Принцип имеет несколько правил:
– для проведения системного анализа необходимо в первую очередь
сформулировать цель исследования. Расплывчатые, не полностью определенные цели влекут за собой неверные выводы;
– анализ следует вести на базе первоочередного уяснения основной
цели (функции, основного назначения) исследуемой Системы, что позволит определить ее основные существенные свойства, показатели качества и критерии
оценки;
– при синтезе систем любая попытка изменения или совер-
шенствования должна оцениваться относительно того, помогает или мешает
она достижению конечной цели;
– цель функционирования искусственной системы задается, как пра-
вило, системой, в которой исследуемая система является составной частью.
27
Принцип измерения. Для определения эффективности функционирования
системы надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних свойств исследуемой системы относительно целей и задач суперсистемы,
Принцип эквифинальности. Система может достигнуть требуемого ко-
нечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно
собственными характеристиками системы при различных начальных условиях
и различными путями. Это форма устойчивости по отношению к начальным и
граничным условиям.
Принцип единства. Это совместное рассмотрение системы как целого и
как совокупности частей (элементов).
Принцип связности. Рассмотрение любой части совместно с ее окружени-
ем подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами
системы и выявление связей с внешней средой (учет внешней среды). В соответствии с этим принципом систему в первую очередь следует рассматривать
как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой суперсистемой
или старшей системой.
Принцип модульного построения. Полезно выделение модулей в системе
и рассмотрение ее как совокупности модулей. Принцип указывает на возможность вместо части системы исследовать совокупность ее входных и выходных
воздействий (абстрагирование от излишней детализации).
Принцип иерархии. Полезно введение иерархии частей и их ранжирова-
ние, что упрощает разработку системы и устанавливает порядок рассмотрения
частей.
Принцип функциональности. Это совместное рассмотрение структуры и
функции с приоритетом функции над структурой. Принцип утверждает, что
любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей. В случае придания системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему.
Принцип развития. Это учет изменяемости системы, ее способности к
развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации.
В основу синтезируемой системы требуется закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования. Обычно расширение функций предусматривается за счет обеспечения возможности включения новых модулей, совместимых с уже имеющимися. Отдельные авторы этот принцип называют
принципом изменения (историчности) или открытости. Для того чтобы система
функционировала, она должна изменяться, взаимодействовать со средой.
Принцип децентрализации. Это сочетание в сложных системах централи-
зованного и децентрализованного управления, которое, как правило, заключается в том, что степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставленной цели. Как правило, в сложной системе
обычно присутствуют два уровня управления. В медленно меняющейся обста-
28
новке децентрализованная часть системы успешно справляется с адаптацией
)(),...,(),()(
21
tytytytYn
система
…
)(1ty )(2ty )(ty
n
)(tY
поведения системы к среде и с достижением глобальной цели системы за счет
оперативного управления, а при резких изменениях среды осуществляется централизованное управление по переводу системы в новое состояние.
Принцип неопределенности. Это учет неопределенностей и случайностей
в системе. Принцип утверждает, что можно иметь дело с системой, в которой
структура, функционирование или внешние воздействия не полностью определены.
Перечисленные принципы обладают очень высокой степенью общности.
Для непосредственного применения исследователь должен наполнить их конкретным содержанием применительно к предмету исследования
2 КЛАССИФИКАЦИИ И СВОЙСТВА СИСТЕМ И МОДЕЛЕЙ
2.1 Свойства системы
Выделяют три группы свойств систем:
1) статические свойства системы – система в любой, но фиксированный
момент времени;
2) динамические свойства системы – особенности изменений со временем
внутри системы и вне ее;
3) синтетические свойства системы – обобщающие, собирательные, инте-
гральные свойства.
Статические свойства:
Целостность – всякая система выступает как нечто единое, целое,
обособленное, отличающееся от всего остального.
Открытость – взаимодействие системы со средой.
Внутренняя неоднородность систем характеризуется различимостью
частей.
Структурированность – связь между собой частей, взаимодейст-
вующих между собой.
Динамические свойства.
Функциональность. Процессы Y(t), происходящие на выходах систе-
мы (
), рассматриваются как ее функции (рис. 2.1).
Рис. 2.1
29
Стимулируемость – подверженность любой системы воздействиям
система
…
)(1tx
)(2tx )(tx
n
)(tY
)(tX
извне и изменениям ее поведения под этими воздействиями (рис. 2.2).
Рис. 2.2
Изменчивость системы со временем. Изменениям подвержены внут-
ренние переменные (параметры), структура системы, состав, любые их комбинации.
Можно привести следующую классификацию изменений:
1) по скорости (быстрые и медленные);
2) по сложности (простые, сложные, очень сложные);
3) по тенденции перемен в системе (монотонные изменения);
4) по предсказуемости (детерминированные, случайные, нечеткие);
5) по типу зависимости от времени (процессы монотонные, перио-
дические, гармонические, импульсные);
6) по взаимодействию с внешней средой (активные и пассивные).
Существование в изменяющейся среде. Данный аспект можно рас-
сматривать с двух сторон:
1) соотношение скорости изменений внутри системы со скоростью
изменений в окружающей среде;
2) ускорение перемен в среде.
Синтетические свойства:
Эмерджентность (от англ. «возникать»). Источником и носителем
эмерджентных свойств выступает структура системы. У системы есть эмерджентные свойства, которые не могут быть объяснены, выражены через свойства
отдельно взятых ее частей. У системы есть и не эмерджентные свойства, одинаковые со свойствами ее частей. Динамический аспект эмерджетности обозначен
отдельным термином – синергетичность.
Неразделимость на части. При изъятии из системы некоторой части
происходит изменение структуры системы, следовательно, появляется другая
система с иными свойствами.
Ингерентность – согласованность, приспособленность к окружающей
среде, совместимость с нею. Ингерентность не является абсолютным свойством
системы, а привязано к некоторой функции.
Целесообразность – подчиненность всех составляющих системы по-
ставленной цели.
30
2.2 Классификация систем
Системы
реальные абстрактные
естественные искусственные
непосредственного
отображения
генерализующие
физические
биологические
технические
социальные
организационно-
технические
математические
модели
логико-
эвристические
модели
концептуальные
модели
языки
Классификацией называется разбиение на классы по наиболее сущест-
венным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности. Признак (или совокупность признаков)
является основанием (критерием) классификации.
Система может быть охарактеризована одним или несколькими призна-
ками и соответственно ей может быть найдено место в различных классификациях, каждая из которых может быть полезной при выборе методологии исследования. Обычно цель классификации – ограничить выбор подходов к отображению систем, выработать язык описания, подходящий для соответствующего
класса.
По содержанию системы различают реальные (материальные), объектив-
но существующие, и абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся
продуктом мышления (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Классификация систем
Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и ис-
кусственные (антропогенные).
Естественные системы – системы неживой (физические, химические) и
живой (биологические) природы.
Искусственные системы создаются человечеством для своих нужд или
образуются в результате целенаправленных усилий.
Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и соци-
альные (общественные).
Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в опреде-
лённых целях.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]