Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

T_sist_Pavlov

.pdf
Скачиваний:
31
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
1.78 Mб
Скачать

Томский межвузовский центр дистанционного образования

С.Н. Павлов

ТЕОРИЯ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

Учебное пособие

ТОМСК – 2003

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

С.Н. Павлов

ТЕОРИЯ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

Учебное пособие

2003

Корректор: Красовская Е.Н.

Павлов С.Н.

Теория систем и системный анализ: Учебное пособие. Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2003. 134 с.

Павлов С.Н.,

2003

Томский межвузовский центр

 

дистанционного образования,

2003

 

3

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение.......................................................................................................................

5

1 Системы и закономерности их функционирования и развития...................

7

1.1

Определение системы.........................................................................................

7

1.2

Понятия, характеризующие строение и функционирование систем.............

9

1.3

Виды и формы представления структур.........................................................

13

1.4

Классификация систем.....................................................................................

22

1.5

Закономерности систем....................................................................................

27

1.6

Закономерности целеобразования...................................................................

30

2 Методы и модели теории систем и системного анализа...............................

34

2.1

Классификация методов моделирования .......................................................

34

2.2

Методы формализованного представления систем ......................................

39

2.3

Методы, направленные на активизацию использования интуиции и

 

 

опыта специалистов...........................................................................................

45

3 Структурный и функциональный подход в теории систем.

 

Моделирование ....................................................................................................

54

3.1

Дескриптивное и конструктивное определение систем. ..............................

54

3.2

Модели и моделирование.................................................................................

56

3.3

Структурный и функциональный подходы в системном анализе...............

65

3.4

Измерительные шкалы.....................................................................................

68

4 Формирование, структуризация и анализ цели.............................................

84

4.1

Проблемы формулирования цели при управлении развивающимися

 

 

системами...........................................................................................................

85

4.2

Первые методики системного анализа целей ................................................

86

4.3

Разработка основных принципов методики предприятия

 

 

организационной системы (предприятия) ......................................................

96

 

4.3.1 Принципы разработки методики проектирования и развития

 

 

предприятия ...............................................................................................

97

 

4.3.2 Анализ факторов, влияющих на создание и функционирование

 

 

предприятия (организации) ......................................................................

99

 

4.3.3 Моделирование рыночных ситуаций...................................................

100

 

4.3.4 Задачи и принципы формирования и анализа структур, цели и

 

 

функций системы управления................................................................

102

5 Системный анализ в управлениях..................................................................

105

5.1

Сущность автоматизации управления в сложных системах......................

105

 

5.1.1 Структура системы с управлением.......................................................

105

 

5.1.2 Пути совершенствования систем с управлением................................

108

5.2

Основные понятия системного анализа .......................................................

108

5.3

Основные определения системного анализа................................................

109

5.4

Типы моделей сложных систем.....................................................................

111

5.5

Принципы и структура системного анализа................................................

112

5.6

Структура системного анализа......................................................................

112

 

4

 

5.7

Организационная структура и ее основные характеристики.....................

118

 

5.7.1 Виды организационных структур.........................................................

119

6 Экономический анализ систем ........................................................................

122

6.1

Понятие экономического риска.....................................................................

122

6.2

Понятие инвестиционного проекта...............................................................

122

6.3

Примеры задач по привлечению инвесторов...............................................

123

6.4

Анализ и решение задач с помощью дерева решений................................

124

6.5

Пример процедуры принятия решения ........................................................

126

6.6

Имитационное моделирование экономических процессов........................

130

Литература..............................................................................................................

134

5

ВВЕДЕНИЕ

Интерес к системным представлениям проявлет не только как к удобному обобщающему понятию, но и как к средству постановки задачи с большой неопределенностью. Потребность использовать этот термин возникает, когда невозможно что-то продемонстрировать, изобразить, представить математическим выражением и нужно подчеркнуть, что это будет большим, сложным, не полностью сразу понятным и целым. Например, солнечная система, система организационного управления предприятием, регионом, экономическая система. С развитием научно-технического прогресса появились задачи, которые не решались с помощью традиционных математических методов и в которых все большее место стал занимать собственно процесс постановки задачи, возросла роль эвристических методов, усложнился эксперимент. Для решения таких задач стали разрабатываться новые разделы математики. Возникло новое направление принятие решений, которое постановку задачи признает равноценным этапом ее решения, приближающим математические методы к практическим задачам.

При проектировании начали создаваться системы организации проектирования, системы управления разработками, и т.д. Понятие «система» широко использовалась в различных областях знаний, заинтересовало инженеров, и на определенной стадии развития научного знания теория систем оформилась в самостоятельную науку, как из прикладных арифметики, геометрии и др. сформировалась обобщенная теория – математика.

Системные представления стали включаться в учебный процесс, и в настоящее время в учебные планы различных специальностей входят дисциплины «Теория систем», «Системный анализ», «Системология» и т.д.

Роль интеграции наук, организации взаимосвязей и взаимодействия между различными научными направлениями во все времена выполняла философия. В 30-х годах предыдущего столетия философия явилась источником возникновения обобщающего направления, названного теорией систем. Основоположниками этого направления считаются Л. фон Берталанфи и наш соотечественник А.А. Богданов.

В нашей стране вначале теорию систем активно развивали философы. Однако философская терминология не всегда легко преломляется в практической деятельности. Поэтому потребности практики почти одновременно со становлением теории систем привели к возникновению направления, названного исследованием операций (математический аппарат, базирующийся на методах оптимизации, математического программирования и математической статистики). В 1960-е годы при постановке и исследовании сложных проблем проектирования и управления довольно широкое распространение получил термин системотехника, предложенный в 1962 г. Ф.Е. Темниковым. Этот термин довольно быстро стал использоваться в основном в приложениях системных методов только к техническим направлениям, а для других направле-

6

ний был предложен термин системология. Применительно к задачам управления в определенный период широкое распространение получил термин кибернетика. В настоящее время он используется в более узком смысле как одно из направлений теории систем, занимающееся процессами управления техническими объектами. А для обобщения дисциплин, связанных с исследованием и проектированием сложных систем, используется термин системные исследования, а иногда сохраняется термин системный подход, который широко использовался в первые годы становления теории систем. Наиболее конструктивным из направлений системных исследований в настоящее время считается системный анализ, который предлагает методику проведения системных исследований, организацию процесса принятия решения, делает попытку предложить подходы к выполнению методики в конкретных условиях.

Для понимания процессов организационного управления полезны общеметодологические представления и закономерности теории систем. Разработка методик анализа целей, методов и моделей совершенствования организационной структуры, управления функционированием социально-экономи- ческих объектов стали в последнее время основным приложением системного анализа. Поэтому эти направления являются наиболее необходимыми при подготовке инженеров по любым специальностям.

Целью дисциплины можно считать следующее: дать представление о теории систем и системном анализе, о полезности их применения при моделировании задач управления и проектирования. Перечислим три подцели:

1.Ознакомить с основами теории систем и системного анализа.

2.Дать представление о методах теории систем и методиках системного анализа.

3.Развить стремления и навыки применения системных представле-

ний.

7

1 СИСТЕМЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

ИРАЗВИТИЯ

1.1Определение системы

Развитие определения системы. Термин система используется в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый или проектируемый объект как нечто целое (единое), сложное, о котором невозможно сразу дать представление, показав его, изобразив графически или описав математическим выражением. Рассмотрим принципиальные изменения определения системы не только по форме, но и содержанию.

1.S<A, R>, где A={ai}, R={rj};

2.S<{ai}, {rj}>, ai A, rj R; 3.S[{ai}&{rj}], ai R, rj R.

В приведенных формализованных записях определения использованы различные способы теоретико-множественных представлений: в первых двух – используются различные способы задания множеств и не учитываются взаимодействия между множествами элементов и множествами связей R. В третьем отражен тот факт, что система это не простая совокупность элементов и связей того или иного вида, а включает только те элементы и связи, которые находятся в области пересечения друг с другом.

4. Если элементы принципиально неоднородны, то выделяются разные множества элементов A={ai} и B={bj}:

S<A,B,R>.

5. Для уточнения элементов и связей в определения включают свойства (атрибуты) QА, дополняя понятие элемента (предмета):

S<A,QA,R>.

6. Затем в определении системы появляется понятие цель. Вначале в неявном виде, потом в виде конечного результата, системообразующего критерия, а поздне с явным упоминанием цели:

S<A,R,Z>, где Z цель, совокупность или структура целей.

7. В некоторых определениях уточняются условия целеобразования – среда SR, интервал времени T, т.е. период, в рамках которого будет существовать система и ее цели. Определение В.Н. Сагатовского: система «конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала»:

S<A,R,Z,SR,T>.

8

8. Далее в определение системы начинают включать, наряду с элементами, связями и целями, наблюдателя N, т.е. лицо, представляющее объект или процесс в виде системы при их исследовании или принятии решения:

S<A,R,Z,N> .

9.Первое определение, в котором в явном виде включены наблюдатель и свойства элементов, дал И.Ю. Черняк: «Система есть отражение в сознании субъекта (или исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания».

10.В последующих вариантах этого определения Ю.И. Черняк стал

учитывать язык наблюдателя LN: «Система есть отображение на языке наблюдателя (исследователя, конструктора) объектов, отношений и их свойств в решении задачи исследования, познания»:

S<A,QA,R,Z,N,LN> .

Материальность или нематериальность системы. С одной стороны,

стремясь подчеркнуть материальность системы, некоторые исследователи в определениях заменяли термин элемент термином вещь, объект, предмет.

С другой стороны, исследователи систему трактуют как отображение, т.е. нечто существующее лишь в сознании исследователя.

Бессмысленность спора материальности и нематериальности системы показал В.Г. Астафьев: «Объективно существующие системы – и понятие системы; понятие системы, используемое, как инструмент познания системы, - и снова реальная система, знания о которой обогатились нашими системными представлениями; - такова диалектика объективного и субъективного в системе ...»

Это высказывание наглядно представлено на рис. 1.1.

Материальное

состояние

Нематериальное

состояние

Материальное

состояние

Рис. 1.1

9

Таким образом, в понятии система (как и любой другой категории познания) объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и следует говорить не о материальности или нематериальности системы, а о подходе к объектам исследования как к системам, о различном представлении их на разных стадиях познания.

Система и среда. На первых этапах системного анализа важно уметь отделить систему от среды, с которой взаимодействует система. Сложное взаимодействие системы со средой состоит в том, что система образует особое единство со средой; она, как правило, представляет собой элемент систем более высокого порядка; элемент любой исследуемой системы в свою очередь рассматривается как система более низкого порядка.

Развивается это определение в одной из методик анализа целей [4] разделением сложной среды на надсистему или вышестоящие системы, ни-

жележащие или подведомственные системы, системы актуальной или существенной среды.

Такому представлению о среде соответствует определение: «Среда есть совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы».

Выделяет систему из среды наблюдатель, который отделяет элементы, включаемые в систему, от остальных, т.е. от среды, в соответствии с целями исследования.

Выбор определения системы. Из вышесказанного ясно, что на разных этапах представления объекта в виде системы, в различных конкретных ситуациях можно пользоваться разными определениями. Причем по мере уточнения представления о системе или при переходе на другой уровень ее исследования определение системы должно уточняться.

Таким образом, при проведении системного анализа нужно, прежде всего, отобразить ситуацию с помощью как можно более полного определения системы, а затем, выделив наиболее существенные компоненты, влияющие на принятие решения, сформулировать «рабочее» определение, которое может уточняться, расширяться или сужаться в зависимости от хода анализа.

1.2 Понятия, характеризующие строение и функционирование систем

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы, хотя это понятие и является неоднозначным. Поэтому примем следующее определение: элемент это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели.

Систему можно расчленять на элементы различными способами в зависимости от формулировки задачи, цели ее уточнения в процессе проведе-

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]