Системный анализ

Системный анализ

Курс лекций

ты внешних воздействий на систему ограничены. Нельзя только с помощью внешних воздействий, не затрагивая ее структуры, заставить перейти систему в любое произ­ вольное состояние.

2.Иерархичность — все сложные системы построены иерар­ хически. Структурные связи системы соединяют компо­ ненты определенного иерархического уровня. Попытки в процессе текущего управления нарушить иерархичность не могут быть результативными.

3.Структурная сложность — все целостные системы струк­ турно сложны. Именно структура, наличие определенных цепочек обратных связей и определяют основные свой­ ства системы, в частности ее реализуемые состояния.

Б. Функциональные свойства:

1.Экономичность — в технико-экономических системах это свойство является реализацией общесистемного принци­ па наименьшего сопротивления. Неэкономичность хозяй­ ственной системы — явление аномальное. Такую систему нельзя рассматривать как целостную, но только в сово­ купности с компонентом-донором, обеспечивающим су­ ществование этой системы. Соответственно тогда надо строить и управление данной системой с включенным компонентом-донором.

2.Надежность — является реализацией общесистемного свойства устойчивости систем к внешним воздействи­ ям. Фактически методом сохранения надежности системы в условиях широкого диапазона требований со сторо­ ны вышестоящих управляющих звеньев является манев­ ренность, которая иногда выделяется в самостоятельное свойство технико-экономических систем. С точки зрения

172

^

Системная инженерия

Л е к ц и я 8

системного подхода маневренность есть проявление мно­ гократного дублирования всех основных контуров обрат­ ных связей, позволяющего сохранять надежность в широ­ ком диапазоне требований и воздействий.

В. Эволюционные свойства:

1.Гибкость — экономический аналог общесистемного свой­ ства адаптивности, или способности частично перестра­ иваться за счет собственных резервов, приспосабливаясь к требованиям окружающей обстановки. Следует отме­ тить, что некоторые авторы [13] разделяют понятия гиб­ кости и адаптивности, однако анализ приводимых ими определений говорит об очень большой близости этих свойств, различающихся лишь незначительными деталя­ ми, обусловленными спецификой конкретной предмет­ ной области. Поэтому с общесистемных позиций кор­ ректнее говорить о гибкости как о проявлении извест­ ной в классическом системном анализе свойстве адап­ тивности.

2.Дискретность смены состояний. Следует помнить, что внутренние возможности системы не безграничны. По­ этому и кризис системы, и коренное улучшение ее состо­ яния с переходом в новое качество не могут проходить плавно.

При ухудшении ситуации кризисные явления с определен­

ного момента нарастают лавинообразно, приводя к переходу системы в деградированное состояние.

Обратный процесс достаточно резкого улучшения всех качеств системы также проходит довольно интенсивно, если привлечены соответствующие капитальные вложения, кото­ рые направляются на структурную перестройку. После этапа структурной перестройки система становится весьма эластич­ ной в отношении дальнейших капвложений и может сделать

173

Системный анализ

Курс лекций

определенный рывок в дальнейшем развитии уже за счет соб­ ственных ресурсов, что внешне может выглядеть, как некое «лавинообразное» развитие.

Следует отметить, что, если некая экономическая или производственная система не обладает данными свойства­ ми, — это ее недостаток, который требуется устранить для достижения целостности данной системы.

В противном случае ее надо объединить с другими систе­ мами, которые бы составили в совокупности единый ком­ плекс. Именно подобного рода процессы достижения це­ лостности могут происходить при объединении предприятий машиностроения и металлургии, угольной промышленности и энергетики и т. д.

Подводя итоги данной тематике, можно сказать, что си­ стемная инженерия есть конкретное приложение методов системного анализа к процессу проектирования и реализации крупномасштабных хозяйственных мероприятий.

Мы считаем расширение понятия «системная инжене­ рия» на общие вопросы исследования проблем в любой обла­ сти и обоснование принимаемых решений несколько неудач­ ным. Применение системного анализа в управлении и поиске решения проблем есть его основная прикладная задача.

Системная инженерия является частью прикладного си­ стемного анализа. Однако эта часть одна из важнейших.

Именно в рамках системной инженерии возникли многие общие методы прикладного системного анализа, нашедшие свое применение далеко за рамками инженерно-технических задач. Так, например, именно при оценке вариантов инже­ нерно-технических проектов было разработано большинство методов уникального выбора. Можно сказать, что систем­ ная инженерия сделала намного более эффективными чисто технические мероприятия, «погрузив» технические пробле­ мы в более общий контекст, научив инженеров общаться

174

Лекция

Итоги курса.

Что же такое системный анализ

Итак, мы завершаем наш курс системного анализа. Теперь, обладая знаниями об истории его появления и многих его разделах, мы можем кратко охарактеризовать его в целом, как единую науку, состоящую из разных частей, но объединенную общностью предмета и методов исследования.

Почему именно науку, а не искусство или чисто при­ кладной набор приемов и методов? Прежде всего потому, что системный анализ есть развитие научного взгляда на мир. Дей­ ствительно, чем отличается научное мировоззрение? Возмож­ ностью объяснить, предвидеть, конструировать (для искус­ ственных объектов) и управлять.

Очень важно, что конструирование и управление про­ водятся на основе возможности объяснять и предвидеть. При этом результаты объяснения и предвидения свободны от субъективности. Именно этим научный подход отличает­ ся от философии, мистики, искусства и ремесла. Однажды завоеванный уровень в теории, производстве, управлении за­ крепляется в объяснимых и понятных приемах и методах.

Завоевав признание, научный взгляд на мир показал свою результативность и полезность. Все возможности, открыв-

176

Итоги курса. Что же такое системный анализ

Лекция 9

шиеся человечеству в результате промышленной революции, связывались с достижениями науки и техники.

Однако попытка перенести ставшие к тому времени тра­ диционными для науки механистические и физикалистские методы во все предметные области не увенчалась успехом. То­ гда, как альтернатива физикализму и редукционизму, и возник системный анализ. Возник как альтернативная методология, однако в рамках все той же научной парадигмы, утвержда­ ющей вопреки антинаучной мистике и религиозной вере, что мир объясним, прогнозируем, улучшаем с помощью искус­ ственно созданных изделий и управляем.

Однако эти принципы — объяснимость, прогнозируемость, конструируемость и управляемость — ставились в опре­ деленные рамки. Системный анализ провозглашал границы применимости двух первых принципов применительно к каж­ дой конкретной задаче и показывал, как добиться выполнения третьего и четвертого принципов, несмотря на ограничен­ ность применения двух первых.

Основой возможности объяснить сложные явления стал системный взгляд на строение мира. С позиции системно­ го анализа мир видится как совокупность различных систем, не сводимых к сумме своих элементов. Система больше, чем сумма элементов, — основной тезис системного мировоз­ зрения. Но элементы объединяются в систему не благодаря некоторым мистическим не объяснимым рационально причи­ нам. Все гораздо проще. Будучи объединенными в систему, элементы (в среднем, согласно статистически реализуемым закономерностям) более защищены от внешних условий.

В данном случае интересен пример с многоклеточными организмами. Да, одноклеточные организмы не имеют внут­ ренних ограничений продолжительности своей жизни. Они теоретически «бессмертны», и могут бесконечно делиться. Однако под влиянием случайных колебаний внешних условий

177

Системный анализ

Курс лекций

эти «теоретически бессмертные» гибнут массами, попадая, например, в более соленую или более холодную воду, куда многоклеточные, активно передвигающиеся организмы, слу­ чайно, не попадут.

Итак, отдельные элементы, объединившись в систему, ста­ новятся менее уязвимыми для внешних воздействий. Именно поэтому стремление к системному объединению — естествен­ ная тенденция эволюции материи, объективное свойство строения мира. Однако прогноз поведения объединенных в систему элементов определяется прежде всего поведени­ ем системы как целого и закономерностями эволюции этой системы.

В рамках системного анализа показывается, что систе­ мы, стремясь к сохранению постоянства внутренней среды — гомеостазу, в условиях изменяющейся внешней среды имеют возможности достаточно долго сохранять этот гомеостаз.

Однако при продолжающихся направленных изменениях внешней среды системы не могут до бесконечности поддержи­ вать свой гомеостаз. Приведение внутренних характеристик системы в соответствие с меняющимися условиями проис­ ходит поэтому резко, «скачком». При этом внутренние ха­ рактеристики меняют свои значения от одного гомеостаза к другому. Поэтому поведение сложных систем во времени выглядит дискретно.

Разумеется, системы стремятся стабилизировать только свои важнейшие характеристики, которые называются инте­ гральными. Поэтому дискретность поведения и законы гомео­ стаза верны только для этих важнейших характеристик.

Другие возможные параметры системы и ее элементов могут изменяться более хаотично и непредсказуемо. Это тем более верно, что элементы системы много взаимодействуют между собой и наблюдать эти взаимодействия непосредствен­ но весьма затруднительно.

178

Итоги курса. Что же такое системный анализ

Лекция 9

В рамках системного анализа объясняются также процес­ сы гомеокинеза — ритмических колебаний некоторых инте­ гральных характеристик вблизи значений, характеризующих состояние гомеостаза.

Таким образом, системный анализ, введя в рассмотре­ ние понятие «состояний» систем (интервалов сохранения гомеостаза или гомеокинеза во времени и в определенном диапазоне внешних воздействий) объясняет: а) закономерно­ сти строения мира, зафиксированные в описательных науках с помощью различных классификаций, и б) общий механизм динамики сложных систем.

Из объяснения механизмов динамики сложных систем следует специфика системного подхода к прогнозу их эволю­ ции. В рамках системного анализа определяется, что принци­ пиально прогнозируемо, а что нет.

Принципиально прогнозируемыми являются: а) сам факт процесса смены состояний сложных систем; б) состояние,

вкоторое придет система после смены состояний; в) вре­ мя перехода из одного состояния в другое; г) текущие значения интегральных характеристик сложных систем

впределах состояний, если эти характеристики находят­ ся в гомеостазе; д) границы возможного диапазона те­ кущих значений интегральных характеристик в пределах состояний, если они находятся в гомеокинезе; е) границы возможного диапазона текущих значений интегральных характеристик при смене состояний.

Принципиально непрогнозируемыми являются текущие значения интегральных характеристик в краткие пери­ оды смены состояний.

Труднопрогнозируемыми являются текущие значения вто­ ростепенных характеристик сложных систем.

179

Системный анализ

Курс лекций

Трудности традиционного физикалистского подхода к прогнозированию поведения сложных систем обусловлены:

а) отсутствием попыток правильно определить изучаемую систему и выделить ее из окружающей среды;

б) попытками прогнозировать принципиально непрогнози­ руемые и труднопрогнозируемые величины;

в) необоснованной экстраполяцией выводов о непрогнозируемости текущих значений интегральных характеристик в моменты смены состояний на всю область изменения интегральных характеристик системы.

Системный анализ преодолевает эти трудности и обраща­ ется только с характеристиками, которые поддаются прогнозу, осмысленно полагая пределы прогнозируемости тех или иных аспектов эволюции сложных систем.

Таким образом, системный анализ, реализовав теоретиче­ ские функции — объяснения и прогнозирования — привносит в прикладную науку две группы методических приемов: 1) ком­ плекс приемов, позволяющих адекватно выделить объект как систему в его окружении и определить важнейшие структур­ ные свойства этого объекта и 2) комплекс приемов, позволя­ ющих проводить прогнозирование изменений рассматривае­ мого объекта с позиций концепции состояний.

Если говорить о структуризации или системном описании интересующих практиков объектов, то методы системного анализа позволяют более осмысленно вести этот процесс, тем самым делая его более результативным.

Именно знания структурных закономерностей позволяют при конструировании особо внимательно подходить к изуче­ нию контуров обратных связей. Системный подход позволяет обоснованно утверждать, что определенная конфигурация об­ ратных связей в весьма широких диапазонах характеристик

180

Итоги курса. Что же такое системный анализ

Лекция 9

элементов, объединенных этими связями, приведет либо к ста­ билизации работы системы, либо к ее «раскачке».

Поэтому при конструировании сложных систем можно сразу решить многие проблемы, если правильно выбрать структуру системы. Этот выбор основывается на теоретиче­ ских выводах, полученных в рамках системного анализа.

Далее, при конструировании сложных систем весьма ре­ зультативным оказывается предварительное разделение про­ ектируемого объекта на отдельные подсистемы — так называ­ емая декомпозиция задачи проектирования. Системный ана­ лиз позволяет проводить эту декомпозицию более осознан­ но и адекватно. При этом весьма полезными оказываются опять же исследования структуры проектируемой системы, они позволяют объективно выделить подсистемы, наиболее тесно связанные цепочками обратных связей.

Следует признать, что использование вышеупомянутых методов системного анализа непосредственно в конструирова­ нии не сделало «революции» в конструкторском деле, а только несколько повысило уровень целенаправленности и результа­ тивность отдельных процессов конструирования.

В гораздо большей степени применение системного ана­ лиза продвинуло научную обоснованность и эффективность целеполагания в процессе конструирования. Вопросы «для чего» делать то или иное изделие до появления методов си­ стемной инженерии решался так же стихийно и интуитивно, как и в допромышленную эпоху.

И это несмотря на резко возросший инженерный уровень самих изделий. Здесь, на этапе формирования технических заданий, применение методов системного анализа действи­ тельно обусловило резкий рывок вперед. Образно говоря, с появлением системной инженерии научная обоснованность технических заданий стала соответствовать научной обосно­ ванности процесса конструирования (разумеется, только там,

181