Тема 3. Реализация системного анализа при решении проблем техносферы

1. Краткая характеристика методов СА

2. Проблемы исследования сложных систем

2.1. Показатели системы

3. Методология системного анализа

   1. Постановка задачи

   2. Моделирование и анализ

   3. Оценка возможных вариантов решения

1. Краткая характеристика методов са в последние годы методы са стали широко использоваться для решения таких проблем окружающей среды и общества как:

 загрязнение окружающей среды;

 производственная безопасность;

 транспортные потоки;

 медицинское обслуживание;

 образование;

 криминалистика.

По сути методы СА – это способы выбора одного варианта решения. Системный подход к решению проблем включает следующие этапы:

 отыскание возможных вариантов решения;

 определение последствий использования каждого из возможных вариантов решения;

 применение объективных утверждений или критериев, которые указывают, является ли одно решение более предпочтительным, чем другие.

При этом не предполагается, что используемые способы выбора решения являются единственными или, что они не имеют определенностей.

Определение СА Квейда и Бучера:

«Системный подход помогает лицу, принимающему решение, выбрать последовательность действий путем общего изучения стоящей перед ним проблемы, определения цели, нахождения вариантов решения и сравнения последних под углом зрения соответствующих им результатов, причем для квалифицированного суждения об исследуемой проблеме используются по возможности аналитические зависимости".

Вот некоторые положения, которые желательно учитывать при системном подходе:

1. процесс принятия решения должен осуществляться таким образом, чтобы используемые способы выбора решений можно было бы оценить, улучшить или заменить на другие;

2. критерии оценки, используемые в процессе принятия решения, должны быть четко сформулированы;

3. усилия, затраченные на нахождение связей между причиной и следствием, могут быть в дальнейшем оправданы лучшим пониманием изучаемой проблемы.

2. Трудности, связанные с исследованием сложных систем

Множество факторов. Для выбора одного варианта решений из многих исследователь пытается свести множество несопоставимых факторов к одному.

Например: проблема жилищного строительства включает в себя эстетику, условия обитания, стоимость, перспективы дальнейшего развития. Можно ли все это свести к определению одного параметра, с помощью которого мы будем сравнивать возможные решения? Вначале рассмотрим такое важное понятие как показатель системы.

2.1. Показатели системы

Как уже говорилось ранее, элементы системы и сама система обладают свойствами. теперь можно ввести понятие характеристики системы.

Характеристика – то, что отражает некоторое свойство элемента системы.

Характеристика задается кортежем y_i = < name, {value}> где name - имя j-й характеристики, {value} - область допустимых значений. Область допустимых значений задается перечислением этих значений или функционально, с помощью правил вычисления или измерения их оценки.

Характеристики подразделяются на количественные и качественные в зависимости от типа отношений на множестве их значений. Если эти отношения метрические, т.е. указывается не только факт выполнения отношения r(y_i¹, y_i ²), но и степень количественного превосходства, то характеристика называется количественной. Например, высота стола, стула, размер экрана монитора, максимальное разрешение экрана являются количественными характеристиками, поскольку существуют шкалы измерений этих характеристик в сантиметрах и пикселах, и можно, например, сказать, что размер экрана 1-го монитора y_i ¹ больше размера экрана 2-го монитора y_i ² на 3 см. Количественная характеристика называется параметром.

Если пространство значений не метрическое, то характеристика называется качественной. Например, комфортность автоматизированного рабочего места – качественная характеристика.

Системы, как уже говорилось, обладают целью.

Цель – ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенный промежуток времени.

Цель может задаваться требованиями к показателям результативности, трудоемкости, оперативности функционирования системы либо к траектории достижения заданного результата.

Показатель – это характеристика, отражающая качество j-й системы или целевую направленность процесса (операции), реализуемого j-й системой).

Показатели делятся на:

а) частные показатели качества (эффективности) системы y_i ^j, которые отражают i-е существенное свойство j-й системы;

б) обобщенные показатели качества (эффективности) системы Y ^j.

Различие между показателями качества и эффективности заключается в том, что показатель эффективности характеризует процесс и эффект от функционирования системы, а показатели качества – пригодность системы для ее использования по назначению.

Показатели качества отражают свойства самой системы. Эффективность системы обусловлена не только свойсвом системы, но и условиями окружающей среды (окружения системы).

В целом показатели могут быть поставлены в соответствие некоторым факторам, присущим системе.

Описание системы с помощью многих показателей заданных качественно или имеющих различные единицы измерения является векторной. Информация, относящаяся к системе, не может быть представлена как результат единственного измерения. Каждая компонента вектора будет меняться при замене одного возможного варианта другим.

Пример: негативные воздействия в системе «человек – среда обитания». Основными показателями здесь являются:

1. заболеваемость (А₁);

2. детская смертность (А₂);

3. медико-генетические нарушения (А₃);

4. специфические и онкологические экологозависмые заболевания (А₄);

5. снижение качества питьевой воды (В₁);

6. радиоактивное загрязнение почв (В₂);

7. химическое загрязнение почв (В₃);

8. коллективная эффективная доза облучения (В₄);

9. критические уровни (максимальные значения концентраций загрязняющих веществ (С₁);

10. степень истощения водных ресурсов (С₂);

11. степень деградации почв (С₃);

12. степень загрязнения почв (С₄);

13. степень деградации наземных экосистем (С₅);

14. состояние растительности (С₆);

15. состояние животного мира (С₇);

16. изменения геологической среды Д₁;

17. изменения биогеохимического состава среды Е.

Таким образом мы здесь имеем многомерный вектор R. Однако используемый при выборе решения термин «наиболее желательное решение» заключает в себе только один единственный фактор – желательность, - т.е. скалярное описание. таким образом необходима операция, преобразующая вектор скаляр, что также является одной из задач системного анализа. Пример для трехмерного вектора - на рис.1.

Рис.1

Численное представление переменных. Действительно, чтобы прооизвести операции над компонентами вектора и перевести его в скаляр, надо, чтобы все они были представлены в численном виде. Однако и при этом возникают трудности, например, как сопоставить такие несоизмери-мые показатели, как время и стоимость. Численная оценка переменных, таким образом, необходима в системном анализе, однако, простого решения здесь нет. Иногда обходят рассмотрение тех переменных, которые трудно представить в численном виде (например, эстетики). Не рассмотренные аспекты могут быть переданы другому лицу, принимающему решение. С другой стороны – в эстетике есть и измеримые характеристики (площадь открытого пространства, закон «золотого сечения» и т.п.).

Неопределенность исходных данных и решений. Эта трудность связана с неопределенностью исходных данных и решений. Виды неопределенностей, встречающихся при исследовании и моделировании систем, будут рассмотрены позднее. Вид и степень неопределенности исходных данных и принимаемых решений может быть различна. Здесь же в качестве примера рассмотрим формальную процедуру планирования. Любая формальная процедура планирования может оказаться неэффективной, если данные либо полностью отсутствуют, либо четко не определены и, наконец, если структура самой системы не имеет однозначного определения. Тогда встает вопрос о разумных способах учета неопределенностей. В любом случае, задача планирования существенно осложняется.