1. Сущность управления в сложных системах. Структура системы с управлением. 2,3

В зависимости от природы (люди или техника) принято выделять три основных типа систем с управлением:

• организационные или социальные;

• технические;

• организационно-технические

Система с управлением включает три основные подсистемы (рис. 2.4): управляющую систему (УС), объект управления (ОУ), систему связи (СС).

УС совместно с СС образуют систему управления (СУ). Основным элементом организационно-технических СУ является лицо, принимающее решение (ЛПР) – индивидуум или группа индивидуумов, имеющих право принимать окончательные решения по выбору одного из нескольких управляющих воздействий.

СС включает канал прямой связи, по которому передается входная информация – множество {x}, включающее командную информацию; и канал обратной связи, по которому передается информация о состоянии ОУ – множество выходной информации {y}. Различают положительную обратную связь (с увеличением или уменьшением сигнала на выходе системы происходит соответственно увеличение или уменьшение параметров на входе) и отрицательную обратную связь (с увеличением или уменьшением сигнала на выходе системы происходит соответственно уменьшение или увеличение параметров на входе).

Рис. 2.4. Структура системы с управлением

Множества {n} и {w} обозначают соответственно воздействие окружающей среды (различного рода «помехи») и показатели, характеризующие качество и эффективность функционирования ОУ. Показатели качества и эффективности являются подмножеством информации о состоянии ОУ – {w} {y}.

2. Сущность системы с управлением. Задачи и функции системы управления.2,3

Задачи управления (рис. 2.3):

• целеполагание – определение требуемого состояния или поведения системы;

• стабилизация – удержание системы в существующем состоянии в условиях возмущающих воздействий;

• выполнение программы – перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин изменяются по известным детерминированным законам;

• слежение – обеспечение требуемого поведения системы в условиях, когда законы изменения управляемых величин неизвестны (или изменяются);

• оптимизация – перевод (или удержание) системы в состоянии с экстремальными характеристиками при заданных условиях и ограничениях.

Рис. 2.3. Задачи управления

Основные группы функций СУ:

• функция принятия решений – функция преобразования содержания информации о состоянии ОУ и внешней среды в управляющую информацию в ходе анализа, планирования и оперативного управления;

• функции обработки информации – охватывают учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы (без изменения смысла) информации;

• функции обмена информацией – доведение выработанных воздействий (решений) до ОУ, обеспечение обмена информацией с ЛПР.

3. Обобщенный цикл управления.

Рис. 2.5. Обобщенный цикл управления

4. Аксиомы теории управления. 2,3,2

Аксиома 1. Наличие наблюдаемости объекта управления. Определение любого из состояний ОУ (т.е. наблюдаемость) реализуется только в том случае, если по результатам измерения выходных переменных y(t) при известных значениях входных переменных x(t) может быть получена оценка z⁰(t) любой из переменных состояния z(t). Такая задача в теории систем называется задачей наблюдения. В социально-экономических и организационно-технических системах с управлением эта задача реализуется функциями учета и контроля текущего состояния ОУ и воздействий окружающей среды. Без этой информации управление оказывается неэффективным.

Аксиома 2. Наличие управляемости – способности ОУ переходить в пространстве Z возможных состояний из текущего состояния в требуемое под воздействием управляющей системы. Под этим переходом можно понимать перемещение в физическом пространстве, изменение скорости и направления движения в пространстве состояний, изменение структуры или свойств ОУ. Если состояние ОУ не меняется, то понятие управления теряет смысл.

Аксиома 3. Наличие цели управления. Под целью управления понимают совокупность значений количественных и качественных показателей, определяющих требуемое состояние ОУ.

Если цель неизвестна, то управление не имеет смысла, а изменения состояний системы превращаются в бессмысленные манипуляции над ней.

Аксиома 4. Свобода выбора – выбор управляющих воздействий из множества возможных альтернативных решений. Считается, что чем меньше это множество, тем менее эффективно управление, так как в условиях ограничений оптимальные решения часто остаются за пределами области адекватности. Если ЛПР не имеет альтернатив решения, то управление не требуется.

Аксиома 5. Наличие критерия эффективности управления. Обобщенным критерием эффективности управления считается степень достижения цели функционирования системы. Кроме того, по частным критериям можно оценивать качество управления, степень устойчивости системы.

Аксиома 6. Наличие ресурсов (материальных, информационных, финансовых, и других), обеспечивающих реализацию принятых решений. Ограниченность или отсутствие ресурсов ограничивает свободу выбора ЛПР. Поэтому управление без ресурсного обеспечения невозможно.

5. Совершенствование системы с управлением. 2,3,3

Совершенствование систем управления организации напрямую связывают с повышением ее конкурентоспособности на рынке. Обычно процесс совершенствования систем управления связывают с удовлетворение двух основных требований.

1. Сокращение длительности цикла управления.

2. Повышение качества управляющих воздействий (решений).

При этом следует иметь в виду, что одновременное удовлетворение требований возможно только при условии повышения производительности УС и СС!

В рамках этих требований можно выделить следующие основные пути совершенствования систем с управлением:

• оптимизация численности управленческого персонала;

• новые способы организации работы СУ;

• новые методы решения управленческих задач;

• изменение структуры СУ;

• перераспределение функций и задач в УС;

• механизация управленческого труда;

• автоматизация.

6. Основные понятия системного анализа.1,1

В системном анализе исследования строятся на основе категории системы, под которой понимается единство взаимосвязанных и взаимовлияющих элементов, расположенных в определенной закономерности в пространстве и во времени, совместно действующих для достижения общих целей. Система должна удовлетворять двум основным требованиям:

1. поведение каждого элемента системы влияет на поведение системы в целом; существенные свойства системы теряются, когда происходит ее разделение;

2. поведение элементов системы и их воздействие на целое взаимозависимы; существенные свойства элементов системы при их отделении от системы также теряются.

Таким образом, в общем случае свойства, поведение, состояние системы отличаются от свойств, поведений и состояний образующих ее элементов (подсистем). Для системы характерно наличие собственной, специфической закономерности действий, которая не может быть определена непосредственно только из способов действий составляющих ее элементов. Всякая система является развивающейся системой. Она имеет свое начало в прошлом и продолжение в будущем.

Понятие системы – это способ найти простое в сложном с целью упрощения анализа этого сложного. В научной литературе приведены различные определения понятия системы. Вот некоторые из них.

• «Все, состоящее из связанных друг с другом частей» (С. Бир).

• «Система – это комплекс взаимодействующих компонентов» (Р. Беллман, О. Гросс).

• «Система – это множество связанных действующих элементов» (М. Мессарович).

• «Система – это множество взаимосвязанных элементов … не существует ни одного подмножества элементов, не связанного с другим подмножеством» (Р. Акофф).

• «Система – это не просто совокупность единиц, …а совокупность отношений между этими единицами» (У. Партер).

• «Система представляет определенное множество взаимосвязанных элементов, образующих устойчивое единство и целостность, обладающее интегральными свойствами и закономерностями» (Дж. Клир).

• «Мы можем определить систему как нечто целое, абстрактное или реальное, состоящее из взаимозависимых частей» (А. Холл).

• «Системой можно назвать только такой комплекс избирательно-вовлеченных компонентов, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретает характер взаимосодействия компонентов на получение фокусированного полезного результата» (П. Анохин).

Таким образом, обобщая приведенную информацию, можно сделать вывод, что система – множество элементов, их связей и взаимодействий, как между собой, так и с окружающей средой, образующих единое целое с определенным качеством и целенаправленностью.

Рис. 1.1. Схема понятия «система»

Наряду с этим основополагающим понятием существуют сопутствующие понятия, характеризующие систему.

Элемент – неделимая часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению к данной системе. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения. Сам элемент характеризуется только его внешними проявлениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элементами.

Множество элементов можно записать в виде

,

где –i-й элемент системы, – число элементов.

Каждый элемент характеризуется m конкретными свойствами z₁, z₂, …, z_m, которые определяют его в данной системе однозначно. Совокупность всех m свойств элемента называют состоянием элемента:

.

Состояние элемента, в зависимости от различных факторов (время, пространство и др.), может изменяться.

Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – значит выявить наличие зависимостей их свойств. Множество связей между элементами можно представить в виде

.

Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний (взаимосвязь) характер.

Взаимодействие – совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.

Подсистема – часть системы, выделенная по определенному признаку, обладающая некоторой самостоятельностью и предполагающая разложение на элементы в рамках конкретного рассмотрения. Подсистема отличается от группы элементов тем, что для последней не выполняется условие целостности.

Структура системы – совокупность элементов системы и связей между ними:

.

Структура системы является статической моделью системы и характеризует только строение системы, не учитывая множества свойств (состояний) ее элементов.

Связь между функцией входа и функцией выхода системы без учета предыдущих ее состояний можно представить в виде

где – функция выходов системы. Система с такой функцией выходов называется статической.

Если же система зависит не только от функций входов , но и от функций состояний (переходов), то

.

Системы с такой функцией выходов называются динамическими (или системами с поведением).

Внешняя среда системы – набор существующих в пространстве и во времени реальных объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на рассматриваемую систему. По сути дела, очерчивание или выявление границы системы (сферы компетенции ЛПР) есть разделение некоторой области материального мира на две части, одна из которых рассматривается как система-объект анализа (синтеза), а другая – как внешняя среда. Иными словами, внешняя среда – совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Кроме того, необходимо различать понятия системного анализа, определяющие функционирование системы. К таковым относятся следующие понятия.

Состояние системы – совокупность состояний ее элементов и связей между ними (двусторонних связей не может быть более чем n(n-1) в системе с n элементами). Реальная система не может находиться в любом состоянии. Всегда есть известные ограничения (внутренние и внешние факторы, например, физиологические свойства человека) определяющие состояние системы.

Входы X_i системы – это реальные точки приложения влияния (воздействия) внешней среды на систему.

7. Принципы системного анализа.1,2

Принципы системного анализа – это некоторые положения, обобщающие опыт работы человека со сложными системами. Наиболее часто к системным причисляют следующие принципы [2].

1. Принцип конечной цели. Отражает абсолютный приоритет конечной (глобальной) 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 совершенствования должна оцениваться с точки зрения достижения конечной цели;

• цель функционирования искусственной системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система является составной частью.

2. Принцип измерения. О качестве функционирования системы можно судить только применительно к системе более высокого порядка. То есть для определения эффективности функционирования системы надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних свойств исследуемой системы относительно целей и задач суперсистемы.

3. Принцип эквифинальности. Система может достигнуть требуемого конечного 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.

4. Принцип единства. Это совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов). Принцип ориентирован на «взгляд внутрь» системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе.

5. Принцип связности. Рассмотрение любой части совместно с ее окружением 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 (старшей системой).

6. 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).

7. Принцип иерархии. Полезно введение иерархии частей и их ранжирование, что упрощает разработку системы и устанавливает порядок рассмотрения частей.

8. Принцип функциональности. Предполагает 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. Поскольку выполняемые функции составляют процессы, то целесообразно рассматривать отдельно процессы, функции, структуры. В свою очередь, процессы сводятся к анализу потоков различных видов:

• материальный поток;

• поток энергии;

• поток информации

• смена состояний.

С этой точки зрения структура есть множество ограничений на потоки в пространстве и во времени.

9. 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. С другой стороны, при анализе принцип развития ориентирует на необходимость учета предыстории развития системы и тенденций, имеющихся в настоящее время, для раскрытия закономерностей ее функционирования.

Одним из способов учета этого принципа является рассмотрение системы относительно ее жизненного цикла: проектирование, создание, ввод в действие, эксплуатация, модернизация (наращивание возможностей), замена, ликвидация.Для того, чтобы система функционировала, она должна изменяться, взаимодействовать со средой.

10. Принцип децентрализации. Сочетание в сложных системах централизованного и децентрализованного управления, которое, как правило, заключается в том, что степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставленных целей.

Недостаток децентрализованного управления – увеличение времени адаптации системы, что существенно влияет на функционирование системы в быстро меняющихся средах.

Недостаток централизованного управления – сложность управления из-за большого потока информации, подлежащей переработке в старшей системе управления.

11. Принцип неопределенности. Предполагает учет неопределенностей и случайностей в системе. Принцип утверждает, что можно иметь дело с системой, в которой структура, функционирование или внешние воздействия не полностью определены. В сложных открытых системах можно оценивать «наихудшие» ситуации и рассмотрение проводить для них. Этот способ называют методом гарантируемого результата. Он применим, когда не действует аппарат теории вероятности.

8. Структура системного анализа. Декомпозиция.1,3,1

Рис. 1.2. Структура системного анализа

Этап декомпозиции обеспечивает общее представление системы и предполагает выполнение определенных мероприятий.

1. Определение и декомпозицию общей цели исследования и основной функции системы как ограничение траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций.

2. Выделение системы из среды по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы.

3. Описание воздействующих факторов.

4. Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.

5. Описание системы как «черного ящика».

6. Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений между элементами) декомпозиции системы.

Глубина декомпозиции ограничивается. Декомпозиция должна прекращаться, если необходимо изменить уровень абстракции – представить элемент как подсистему (модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика» − выход за пределы цели исследования системы).

Рассмотрим основные виды декомпозиции.

1. Функциональная декомпозиция – базируется на анализе функций системы. При этом ставится вопрос, что делает система, независимо от того, как она работает. Основанием разбиения на функциональные подсистемы служит общность функций, выполняемых группами элементов.

2. Декомпозиция по жизненному циклу – выделение систем по изменению закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы от «рождения до гибели». Рекомендуется применять, когда целью системы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов и выходов.

3. Декомпозиция по физическому процессу – признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Стратегия полезна при описании существующих процессов. При реализации могут теряться (не учитываться в полной мере) ограничения, накладываемые функциями друг на друга. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Применять следует, если цель модели – описание физического процесса как такового.

4. Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция) – признак выделения подсистем – сильная связь между элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (информационных, логических, иерархических, энергетических, …. Рекомендуется использовать разложение на подсистемы только в том случае, когда такое разделение на основные части системы не изменяется. Нестабильность границ подсистем обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

9. Структура системного анализа. Анализ и синтез.1,3,2 1,3,3

Этап анализа обеспечивает формирование общего и детального представления системы.

1. Функционально-структурный анализ – позволяет сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает уточнение состава и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовлияния подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание пространства состояний, задание параметрического пространства, анализ целостности системы, формулирование требований к создаваемой системе.

2. Морфологический анализ – анализ взаимосвязи компонентов.

3. Генетический анализ – анализ предыстории, причин развития ситуации, имеющихся тенденций, построение прогнозов.

4. Анализ аналогов.

5. Анализ эффективности – по результативности, ресурсоемкости, оперативности. Включает выбор шкалы измерения, формирование показателей эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, оценивание и анализ полученных оценок.

6. Формирование требований к системе – включая выбор критериев оценки и ограничений.

Этап анализа в общем случае включает в себя следующие основные стадии проектирования системы.

Стадия 1. Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) системы. Формирование основных предметных понятий, используемых в системе. Уяснение основных выходов в системе (тип выхода: материальный, информационный, услуга).

Стадия 2. Выявление основных функций и частей (модулей, подсистем) в системе. Понимание единства этих частей в рамках системы. Это стадия получения первичных сведений о структуре и характере основных связей. На этой стадии выясняется наличие преимущественно последовательного или параллельного характера связей между элементами, взаимной или односторонней направленности воздействий между ними.

Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осуществления; выявление стадийности, смен состояний в функционировании; выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе; вводятся параметры состояний и факторы на них влияющие; определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли они осуществлению системой своих главных функций.

Стадия 4. Выявление основных элементов окружающей среды, с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии:

• исследуются основные внешние воздействия на систему;

• определяются их тип (вещественные, информационные, услуги), степень влияния на систему, основные характеристики;

• фиксируются границы системы, определяются элементы окружающей среды, на которые направлены основные выходные воздействия.

Здесь выясняется относительная зависимость системы от окружающей среды.

Стадия 5. Выявление неопределенностей и случайностей, влияющих на систему.

Стадия 6. Представление о системе как о совокупности модулей, связанных входами-выходами (выявление разветвленной структуры, иерархии).

Этим заканчивается общее описание системы. Его достаточно, если не предвидится непосредственная работа с рассматриваемой системой.

Стадия 7. Выявление всех элементов и связей. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадии 6 и 7 тесно связаны между собой: стадия 6 – предел познания «внутрь» системы; стадия 7 – более углубленные знания о системе, более углубленная ее детализация. Стадии 6 и 7 подводят итог общему, цельному изучению системы. Дальнейшие стадии рассматривают только ее отдельные стороны.

Стадия 8. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных модулей на новые, позволяющие не только противостоять «старению», но и повысит качество системы по сравнению с первоначальным состоянием. К ней также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей и т.п.

Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решений. Здесь выясняется, где, когда и как система управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо.

Этап синтеза системы, решающей социально-экономическую проблему, включает следующие виды работ (рис. 1.3).

1. Разработка модели проектируемой системы – предполагает выбор математического аппарата, моделирование, оценку модели по критериям адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения.

2. Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.

3. Синтез параметров системы, снимающей проблему.

4. Оценка вариантов синтезированной системы – обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта.

Рис. 1.3. Упрощенная функциональная диаграмма этапа синтеза системы, решающей проблему

10. Классификация систем.1,4

Для составления классификации систем могут быть использованы различные классификационные признаки. В таблице 1.1 приведен пример классификации систем с использованием основных, наиболее часто встречающихся в системном анализе классификационных признаков.

Таблица 1.1

Классификация систем

Классификационные признаки	Классы
Природа элементов	Реальные (конкретные); абстрактные
Происхождение	Естественные; искусственные
Целевые признаки	Одноцелевые; многоцелевые; функциональные
Длительность существования	Постоянные; временные
Изменчивость свойств	Статические; динамические
Степень сложности	Простые; сложные
Реакция на возмущающее воздействие	Активные; пассивные
Характер поведения	С управлением; без управления
Степень связи с внешней средой	Открытые; изолированные; закрытые
Степень участия в реализации управляющих воздействий человека	Технические; человек-машина; организационные

Систему относят к конкретной (реальной), если, по крайней мере, два ее элемента являются объектами и (или) субъектами. Среди них выделяют механические, электрические, биологические, социальные и др.

На следующем уровне декомпозиции реальные системы подразделяют на живые, обладающие биологическими функциями, и неживые системы.

Систему называют абстрактной, если ее элементы являются понятиями (продукт мыслительной деятельности). Одним из методов научного познания является метод абстрагирования.

Естественные системы – продукт развития природы, возникли без вмешательства человека. Искусственные системы – результат созидательной деятельности человека.

К постоянным относят искусственные системы, которые в течение заданного времени функционирования сохраняют неизменными существенные свойства, определяемые предназначением этих систем. С точки зрения диалектики все существующие системы – временные.

Открытые системы – это системы, которые регулярно обмениваются материально-информационными ресурсами или энергией с окружающей средой. Все живые системы являются открытыми.

Изолированные системы не обмениваются с окружающей средой ни материально-информационными ресурсами, ни энергией. Процессы самоорганизации в них невозможны.

Закрытые или замкнутые системы не обмениваются с окружающей средой материально-информационными ресурсами, но обмениваются энергией.

Изолированных и закрытых систем в реальной природе в деловом мире практически не существует. Эти системы – заведомо упрощенные схемы открытых систем, полезные при приближенном решении частных задач.

По типу составных частей (подсистемы, элементы) системы можно классифицировать:

• технические (автомобиль, станок);

• «человек–машина» (самолет–пилот);

• «человек–человек» (коллектив организации).

Простые организованные системы образуются последовательным соединением компонентов, действия которых заданы линейно-временной последовательностью, так, что каждое последующее действие зависит от предыдущего (конвейер).

Научно-техническая революция вызвала возникновение нового объекта исследований в области управления, получившего название «большие системы».

Важнейшими характерными чертами больших систем являются:

1. целенаправленность и управляемость системы, наличие у всей системы общей цели и назначения, задаваемых и корректируемых в системах более высоких уровней;

2. сложная иерархическая структура организации системы, предусматривающая сочетание централизованного управления с автономностью подсистем;

3. большой размер системы, то есть большое число частей и элементов, входов и выходов, разнообразие выполняемых функций и т. д.

4. целостность и сложность поведения: сложные, переплетающиеся взаимоотношения между переменными, включая петли обратной связи, приводят к тому, что изменение одной влечет изменение многих других переменных.

К большим системам относятся крупные производственно-экономические системы (например, холдинги), города, строительные и научно-исследовательские комплексы и др.

Помимо больших систем в задачах управления экономикой выделяют сложные системы.

Сложной называют такую систему, которая строится для решения многоцелевой, многоаспектной задачи.

Непосредственным выводом из концепции сложной системы для анализа и проектирования систем управления является требование учета следующих факторов.

1. Наличие сложной, составной цели, параллельное существование разных целей или последовательная смена целей.

2. Наличие одновременно многих структур у одной системы (например, технологической, административной, функциональной и т. д.).

3. Невозможность описания системы с использованием одного языка, необходимость использования спектра языков для анализа и проектирования отдельных ее подсистем. Например, технологическая схема изготовления продукции; нормативно-юридические акты, устанавливающие распределение обязанностей и прав; схема документооборота и программа совещаний; порядок взаимодействия служб и отделов при разработке проекта плана.

Справиться с задачами анализа больших сложных систем можно только тогда, когда в нашем распоряжении будет надлежащим образом организованная система исследования, элементы которой подчинены общей цели. Таково основное содержание закона необходимого разнообразия Эшби, из которого следуют важные практические рекомендации [2]. Чтобы всесторонне изучить экономическую систему и уметь управлять ею, необходимо создать систему исследования, сравнимую по своей сложности с экономической; невозможно эффективно управлять большой системой с помощью простой системы управления.

11. «Улучшение» систем.

Термин «улучшение» означает преобразование или изменение приближенной системы и стандартизирование режимам работы. Оно предполагает, что система уже создана, порядок ее работы установлен и известен.

Проектирование также включает в себя преобразование и изменение, но предполагает принципиальные изменения проекта системы

Улучшение системы

Означает выявление причин, отклоненных от заданных норм системы и устранение их. Потребность в улучшении возникла если:

• Не обеспечено прогнозирование результатов

• Не соответствует поставленным целям

• Система не работает как первоначально предполагалось

Этапы процесса услуг:

• Определяется задача, устанавливается система, ее границы, составляются ее подсистемы

• Путем наблюдения определяется реальное состояние системы, условия ее работы

• Выявляются состояния систем сравниваются с ожидаемыми условиями, с целью выявления отклонений,

• В рамках подсистемы выдвигаются гипотезыотносительно причин этих отношений

• На основание полученных фактов о причинах отклонений при необходимости большая проблема разбивается на подпроблемы методом редукции

Улучшение системы связано с системами, относящимися к работе системы и обладают исходным посылом, что все отклонения вызваны дефектами.

Функция, назначающая структурирование и взаимодействие с другими системами, под сомнения не ставится. При реализации метода услуг используется аналитический подход, изменение системы осуществляется путем интрасфекции (от границ системы внутрь), причины находятся внутри самой системы. Метод имеет ограничение применение, эффективно лишь в ограниченных небольших системах, независимо от других систем.

Основные причини неэффективности:

• Поиски причин идут в самостоятельной системе

• Приведение системы к стандарту

• Неверные или устаревшие цели

• Руководитель лидер, ведомый

• Наличие законодательных и территориальных барьеров

• Пренебрежение побочными эффектами

При улучшении систем не учитываются побочные эффекты изменений, т.е нежелательные воздействия, оказываемое на другие системы.

Параметр	Улучшение	Проектирование
1. Условные работы системы	Проект принят Исследованы содержание и причины отклонений	Под вопросом Анализ структуры и процесса, цели и функции
Парадигма	Научный или аналитический метод Анализ системы и подсистемы	Система парадигм Система в целом
Метод рассуждения	Дедукция и редукция	Индукция и синтез
Выход	Улучшение существующей системы	Оптимизация системы в целом
Методика	Определение причин отклонений реальной системы от запланированной	Различие между реальным и оптимальным проектом
Основное акцентирование	Объяснение причин отклонений	Прогнозирование будущих результатов
Подход	От границ системы внутрь	Экстроспектив От границ наружу
Роль ЛПР	Руководитель ведомый	лидер

12. «Проектирование» систем. Системный подход..

Связано с процессом принятия решения на основе цикла формирования системы; этапы:

1. Формирование стратегии или планирование

• Определение проблемы

• Определение потребителей, чьи потребности подлежат удовлетворению

• Определение потребностей

• Определение круга участников проекта

• Недетализирование общее описание методов, используемых для решения стоящих задач

• Определение границ системы

• Сравнение объемов ресурсов

• Исследование миропонимания потребителей и проектировщиков: согласование представлений о проектируемой системе проектировщиков, ЛПР, юридическими и нравственными нормами

• Назначение целей, касается всех участников процесса, имеющих отношение к затратам и прибылям, строится как сходящий процесс, который путем учета относительной важности интересов приведение и формирование цели, устраивающей всех

• Поиск и разработка вариантов в зависимости рассматриваемой проблемы, рассмотреть варианты решений, программы для реализации решений, поиск и разработка вариантов зависит от ограничений на время, ресурсы, количество рассматриваемых вариантов ограничения знаниями проектирования в системе со стороны всех участников и достижение между ними согласия. На этом этапе требуется определение с результатами проектируемой системы, учитываются возможные последствия в случае принятия каждого варианта, после чего заказчик одобряет проект.

2. Оценивание системы

• Определение результатов, свойств, критериев, измерительной шкалы, модели измерения, один из наиболее трудных процессов проектирования систем, это связано с тем что любой результат подлежит измерению, для измерения необходимо выделить те свойства и критерии, которые должны удовлетворять проектируемой системе, возникшая проблема в проектировании свойств системы и создании для этих целей шкалы и моделей измерений

• Оценка вариантов, сопоставление вариантов моделей системы, сильные и слабые стороны, оценка может осуществляться с помощью логико-содержащих или логико-формальных методов

• Процесс выбора, производится выбор единицы варианта на основании оценки, результат достигается объединением технических, экономических, социальных, политических аспектов в одном проекте, чтобы сделать его практически осуществимым приемлемее для потребителя

3. Реализация, подлежат решению оптимизация и субъектимизация, конфликты и их урегулирование, критическая оценка результатов и возврат к началу циклов

• Реализация выбранных результатов, специалисты должны стремится к оптимизации функций, определение наилучшего варианта решения задачи оптимизации. Нередко при этом неизбежен переход к компромиссу, состоящему в использовании комбинации согласно субоптимизмов. Реализация выбранных вариантов включает процесс узаконивания и разрешения конфликтов между заказчиком и проектировщиком.

• Управление системами, сравнение выходных сигналов и результатов с имеющимися на них стандартами. Оно связано с регулированием и настройкой систем приводещих ее к расчетным режимам

• Проверка и переоценка, проверка приводит к переоценке проекта, выявляет его слабые стороны, определяет потребности в изменении и весь цикл начинается сначала

13. Что отличает живые системы от неживых, абстрактные от конкретных, открытые от замкнутых? Приведите примеры. 1,4

На следующем уровне декомпозиции реальные системы подразделяют на живые, обладающие биологическими функциями, и неживые системы.

Систему называют абстрактной, если ее элементы являются понятиями (продукт мыслительной деятельности). Одним из методов научного познания является метод абстрагирования.

Открытые системы – это системы, которые регулярно обмениваются материально-информационными ресурсами или энергией с окружающей средой. Все живые системы являются открытыми.

14. Дайте определение понятий: «простые организованные системы», «сложные неорганизованные системы», «сложные организованные системы». Приведите примеры.

15. Цель и целенаправленное поведение.

16. Организация. Организационные элементы и характеристики. 2,5

Организация – характеристика, которая не тождественна сложности ее структуры. Для неживых систем свойства элементов определяют свойства всей системы и по соответствующей организации системы можно предсказать свойства отдельных ее элементов (например, таблица Д. Менделеева). Однако для СЭС такие рассуждения неверны (например, по характерам детей и родителей нельзя абсолютно достоверно предсказать поведение всей семьи в той или иной обстановке). Вместе с тем, СЭС является системой, характеристики которой зависят от ее организации. А организация СЭС, в свою очередь, предполагает наличие целенаправленного поведения.

Акофф определяет организацию как, по крайней мере, частично самоуправляемую систему, наделенную следующими характеристиками:

• структура – система должна обладать способностью выбирать направления деятельности, ответственность за выбор может быть распределена между элементами системы на основании их функций, местоположения и других признаков;

• коммуникация – определяет поведение и взаимодействие подсистем и элементов в организации;

• выбор решений – участники должны распределить между собой соответствующие задачи и направления деятельности.

Выделяют два основных типа организационных систем: механистический и органический.

17. Механистическая организационная система.2,5,1

Суть механистического подхода к построению организации заключается в том, что организация рассматривается как система, сходная с машиной, которая работает точно по заранее установленному порядку. При этом технология выполнения работ относительно проста и рутинна: персонал выполняет повторяющиеся, доведенные до автоматизма операции, действия.

В такой организации высокий уровень стандартизации и унификации. Они распространяются не только на выпускаемую продукцию, технологии, ресурсную базу, оборудование, но и на поведение людей.

Управление организацией такого типа имеет следующие основные характеристики:

• четко определенные стандартные задачи;

• узкая специализация работ;

• централизованная структура;

• строгая иерархия полномочий;

• преобладание в структуре вертикальных связей;

• обезличенность отношений, использование формализованных правил и процедур;

• власть основана на положении, которое ЛПР занимает в иерархии;

• сопротивление изменениям;

• строгая система учета и контроля.

Такие организации обычно называют бюрократическими (рис. 2.7).

Эффективность их деятельности обеспечивается за счет экономии времени, высокой производительности и качества выполнения работ. При этом в системе присутствуют специализация труда, распределение функций и полномочий, рационализация на уровне операций. Такой системе свойственна высокая степень организованности.

Но такая организация не способна быстро приспособиться к динамично изменяющейся окружающей среде. Поэтому все положительные свойства механистической организации проявляются только в условиях стабильного делового окружения с низким уровнем неопределенности.

Рис. 2.7. Схема механистической организационной системы

18. Органическая организационная система.2,5,2

Такую организацию системы обычно рассматривают в том случае, если система находится в нестабильном окружении и ей свойственны не рутинные технологии работ. Для таких систем характерны гибкость, относительно легкая приспосабливаемость к быстрым и частым внешним изменениям (рис. 2.8).

Этот термин был предложен в 1961 г. английскими исследователями Т. Барнсом и Дж. М. Сталкером для обозначения организаций с гибким менеджментом, для которого характерны:

• гибкая структура;

• динамика решаемых проблем, создание временных трудовых коллективов (групп) для их решения;

• децентрализация полномочий и ответственности;

• преобладание в структуре горизонтальных связей;

• минимальное использование формализованных правил и процедур;

• власть основана на знаниях и опыте;

• готовность к изменениям;

• участие каждого сотрудника в решении общих задач организации;

• самоконтроль и контроль со стороны коллег.

Такое описание организации привело к тому, что СЭС начали рассматривать как живой организм, к которому применимы принципы и законы сохранения и развития биологических систем. Каждая организация имеет свой жизненный цикл, включающий все стадии от рождения до старения и обновления (или смерти).

Чтобы приспособиться, выжить и устойчиво существовать в условиях динамичной окружающей среды, в организации как в живом организме происходят процессы саморегуляции: самоорганизации и самоуправления, которые позволяют ей поддерживать внутреннее соответствие между частями системы, обеспечивают устойчивость выполнения основных функций для достижения целей и задач.

Рис. 2.8. Схема органической организационной системы

19. Особенности социально-экономических систем. Первичный элемент СЭС. 2,1,2,2

1. Главная особенность социально-экономической системы (СЭС) – ее целенаправленное поведение. Целенаправленное поведение элемента СЭС связано с присутствием в нем человека, который реализует целенаправленное поведение. Целенаправленным поведением обладает элемент, который способен автономно выбирать и менять цели своего функционирования (автономно – значит вне прямой зависимости от основной системы).

У этого свойства есть важное следствие: любая СЭС имеет систему управления, состоящую из управляющей подсистемы и объекта управления (или управляемой подсистемы). Если в технических системах границы между управляющей и управляемой подсистемами очевидны, то в СЭС такое разграничение однозначно не устанавливается, а выбирается в зависимости от решаемых задач.

2. Вторая особенность СЭС – их полиструктурность, которая проявляется в иерархичности системы управления и неиерархичности функциональной подсистемы, отражающей технологию основного вида деятельности СЭС. Поэтому проблемы управления СЭС выделяют в специфичную группу проблем, решаемых в рамках общей теории управления.

3. Третья особенность СЭС – изменчивость окружающей среды. Так, например, технические системы создаются для функционирования в рамках определенных, обозначенных техническим заданием, внешних условиях. СЭС организуется и функционирует при воздействии системы постоянно изменяющихся внешних факторов.

4. Четвертая особенность СЭС – перестроение структуры как инструмент адаптации системы к изменяющимся условиям внешней среды. В отличие от технических систем, структура которых меняется в одну сторону – в сторону распада, СЭС оптимизируют свои структуры для повышения эффективности основных видов деятельности.

5. Пятая особенность СЭС – одновременно наличие признаков естественных и искусственных систем.

Первичный элемент СЭС

В основе процедуры выявления первичного элемента СЭС лежит функция распорядительства, которая обычно проявляется в форме управления видами деятельности системы. Эта функция:

• играет структурообразующую роль, отделяя подсистемы и элементы (подразделения) в рамках единой системы;

• определяет процесс реализации общей функции СЭС.

Условием движения (изменения) СЭС является активная деятельность ее элементов. Каждый элемент состоит из двух основных частей:

• субъекта – носителя процесса принятия решения (человека-распорядителя);

• объектов, на которые эти решения распространяются (ресурсы).

Устойчивое обособленное объединение распорядителей и ресурсов принято называть первичным элементом СЭС или распорядительным (технологическим) центром – РЦ [3].

Масштаб РЦ может изменяться в зависимости от масштаба системы, в которой он выделяется. Ресурсы в РЦ, как правило, многообразны, а распорядитель – всегда один (в качестве распорядителя может выступать и группа людей с общими целями, задачами и ответственностью).

20. Человек как составная часть первичного элемента СЭС. 2,2,1

Существует три точки зрения на представление человека, каждая из которых имеет свои особенности.

Первая – отражает его биологическую сущность со своими состояниями, с определенным структурным устройством, в виде биологического существа.

Вторая – акцентирует внимание на социальной функции человечества, пренебрегая свободой и самостоятельностью индивида, обезличивая его (в предельном случае – «функциональное место» в структуре общества).

Третья – представляет человека в виде свободной и суверенной личности, наделенной психикой и сознанием, способностями к определенному поведению и культурой, самостоятельно развивающейся и вступающей в коммуникативно-информационные отношения с другими подобными личностями.

Формирование первичного элемента СЭС требует целостного представления человека. Познание законов действия человека позволяет прогнозировать будущее состояние СЭС. С этой целью в системном анализе для описания поведения человека используют четырехмерную динамическую семантическую матрицу (рис. 2.1).

Индивидуальные

Продуктивность особенности Направленность Способности

Индивидуальность Личность

Индивидуальные

истории Знания, опыт Темперамент Характер

Человек

Воля Мышление Нейродинамика Пол

Субъект Индивид

Аффект Восприятие Возраст Телосложение

Энергия

Время

Рис. 2.1. Четырехмерная динамическая семантическая матрица человека

21. Структурный анализ систем. Типы структур. Связи.

Структура – элементы и связи между ними. Именно структура придаёт целостность системе .

Различные типы структур возникают в связи с:

1. Разнообразием типов систем;

2. С разнообразием структурных срезов одной и той же системы

Структурная модель СЭС состоит из нескольких типов структурных срезов системы:

1. Функциональная (первична);

2. Организационная структура;

3. Техническая структура

4. Информационная структура и т.д.

Цели

• Функциональная структура: 1. преобразование исходных целей в совокупность показателей; 2. Определение совокупностей функций СЭС степени их соответствия целям, декомпозиция функций на подфункции, определение уровня иерархии.

• Организационная структура:1. подбор элементов СЭС в соответствующем количестве определённого качества; 2. размещение и соподчинение элементов СЭС (по горизонтали – разделение функций, по вертикали – иерархия власти).

Функциональная структура. Элементом является функция. Функциональная структура может иметь две разновидности:

8. Метафункция (глобальная функция) – в этом случае считают, что функциональная структура обеспечивает реализацию определённой метафункции, для описания которой применяют иерархические модели функциональных структур в вид дерева основных частных функций, поддерживающих общую функцию (метафункцию).

Основные списки метафункций (Обер-Крие):

А) коммерческая функция (закупка, сбыт);

Б) техническая функция (всё, что касается производства);

В) финансовая функция

Г) административная функция

Список от Анри Файоля:

А) Техническая (производство)

Б) Коммерческая

В) Учёт

Г) Финансовая

Д) Обеспечение безопасности

Е) Административная функция

Американский список:

А) Административная

Б) Производственная

В) Научно-исследовательская

Г) Закупочная

Д) Персонал

Е) Коммерческая функция (в узком смысле – рынки)

Ж) Транспортная функция (включая складирование и упаковку)

З) Учёт

Е) Контроль

И) Отчётности

2. Метаструктура – применяется в тех случаях, когда необходимо отследить связи между различными структурами СЭС

Организационная структура – упорядоченное множество иерархических отношений между компонентами системы, необходимое для реализации функций системы. Этапы:

1. Определение количества элементов (подразделений должностей)

2. Определение связей между этими подразделениями: определить связь между различными элементами системами

Задачи, решаемые на первом уровне: определение целостности системы и выделение циклов;

На втором уровне: определение направления связи

выделение сильно-связанных подсистем

добавление входных и выходных полюсов

выделение уровней в структуре и связей между ними

выявление топологической значимости элемента

Третий уровень: определяем не только направление, но и тип связи.

1 и 2 сохраняется, +

Выделение местных и общих контуров взаимодействия;

Выделение структурных конфигурация для каждого из режимов работы СЭС

22. «Проектирование» систем. Процесс принятия решений (модель Марча).5

Процесс проектирования социально-экономических систем (СЭС) нельзя свести к формированию некоторого алгоритма (перечня действий), обеспечивающего один и тот же результат. В данном разделе процесс проектирования рассматривается на основе цикла формирования решений, как последовательность функций проектирования (рис. 5.1), на которой основан метод исследования проблем СЭС.

Определение проблемы

Оценка вариантов

Поиск вариантов

Процесс выбора

Модели принятия решений

Реализация

Цели и стремления

Результаты

Критерии и свойства

Потребности

Оценка результатов

Удовлетворение потребностей