- •А. С. Малин, в. И. Мухин исследование систем управления
- •Введение
- •Часть 1.
- •Элемент системы
- •Связь, взаимодействие и структура системы
- •Понятие внешней среды
- •Понятия, определяющие функционирование системы
- •Состояние системы
- •Входы и выходы системы
- •Функционирование (движение) системы
- •1.3 Характеристика процессов системы
- •Понятие процессов системы
- •Формы входных и выходных процессов
- •Функции обратной связи
- •Функция ограничения системы
- •1.4 Классификация систем
- •Признаки классификации и классы систем
- •Классификация систем
- •Характеристика различных классов систем
- •1.5 Система управления
- •Понятие системы управления
- •Цель системы управления
- •Закон управления системой
- •Эффективность управления системой
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •2.Методологические основы исследования
- •Сущность системного подхода
- •2.2 Анализ систем управления
- •Понятие, цели и задачи анализа
- •Решение задач анализа систем управления
- •2.3 Синтез систем управления
- •Понятие, цели и задачи синтеза
- •Решение задач синтеза систем управления
- •2.4 Принципы анализа и синтеза систем управления
- •Принцип физичности и его постулаты
- •Принцип моделируемости и его постулаты
- •Принцип целенаправленности и его постулаты
- •2.5 Виды анализа и синтеза систем управления
- •Структурный анализ и синтез систем управления
- •Функциональный анализ и синтез систем управления
- •Параметрический анализ и синтез систем управления
- •2.6 Уровни исследования и структура показателей систем управления
- •Уровни исследования систем управления
- •Структура показателей систем управления
- •Оценка информативности показателей анализируемой системы управления
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •3.Особенности анализа и синтеза различных систем управления
- •3.1 Особенности анализа и синтеза технических систем управления
- •Особенности технических систем управления
- •Специфика анализа и синтеза технических систем управления
- •Основы синтеза новой технической системы управления
- •3.2 Особенности анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Особенности эргатических (человеко-машинных) систем управления
- •Специфика анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Типовые противоречия в процессе создания новых эргатических систем управления
- •Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых эсу
- •Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации эсу
- •3.3 Особенности анализа и синтеза организационных систем управлениия
- •Особенности организационных систем управления
- •Методология анализа и синтеза организационных систем управления
- •Специфика анализа и синтеза организационных систем управления
- •Основные черты организационного управления
- •Основные требования к организационному управлению
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •4. Системный анализ и синтез проблемы
- •4.1 Обшая характеристика проблемы как системы
- •Понятие проблемы и проблемной ситуации
- •Классификация проблем
- •Представление проблемы как системы
- •Этапы решения проблемы
- •4.2 Исходная постановка (формулирование) проблемы
- •Цель постановки проблемы
- •Этапы постановки проблемы
- •4.3 Формирование целей и условия решения проблемы
- •Условия формирования целей
- •Выявление и систематизация подцелей
- •Последовательная декомпозиция целей
- •Установление условий решения проблемы
- •4.4 Структуризация проблемы и систематизация путей достижения целей
- •Основные понятия и этапы структуризации проблемы
- •Уточнение структуры системы
- •Критический анализ функционирования системы управления
- •Систематизация путей достижения целей, оценка их значимости
- •4.5 Выявление и выбор альтернатив решения проблемы
- •Этапы выделения альтернатив решения проблемы
- •Выбор альтернатив
- •4.6. Принятие решения и выбор оптимальных решений
- •Выявление и выбор вариантов решения проблемы (подпроблемы)
- •Выбор оптимальных решений
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Часть 2
- •Методы, средства и уровни научного исследования
- •5.2 Методы эмпирического исследования
- •Наблюдение
- •Сравнение
- •Измерение
- •Эксперимент
- •5.3 Методы эмпирического и теоретического исследования
- •Абстрагирование
- •Анализ и синтез
- •Индукция и дедукция
- •Моделирование и использование приборов
- •Исторический и логический методы научного познания
- •5.4 Методы теоретического исследования
- •Восхождение от абстрактного к конкретному
- •Идеализация
- •Формализация
- •Аксиоматический метод
- •5.5 Основные формы научного исследования
- •Проблема
- •Идея, принцип, закон
- •Гипотеза, предположение, математическая гипотеза
- •Классификация моделей
- •5.6 Фактологическое обеспечение исследования
- •Философские аспекты фактологического обеспечения исследования
- •Понятие факта
- •Сбор и анализ фактов
- •Особенности использования фактов в исследовании систем управления
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Специфические методы исследования систем управления
- •6.1 Методы появления системной идеи
- •Сущность идеи
- •Первый цикл проявления идеи
- •Второй цикл проявления идеи
- •6.2 Эвристические методы исследования систем управления
- •Методы активизации технологии творчества
- •Ассоциативные методы
- •Метод "мозгового штурма"
- •Метод синектики
- •6.3 Формализованные методы исследования систем управления
- •Параметрический метод
- •Морфологический метод и его модификации
- •Комбинаторный метод
- •Методы логического поиска
- •Метод "букета проблем"
- •Методы поиска новых технических решений
- •6.4 Статистические методы анализа систем управления Сущность и область применения
- •Регрессионный анализ
- •Корреляционный анализ
- •Дисперсионный анализ
- •Ковариационный анализ
- •Метод временных рядов
- •Метод главных компонентов
- •Факторный анализ
- •6.5 Детерминированные методы анализа систем управления
- •Сущность и область применения
- •Инфлюентный анализ
- •6.6Cинтез систем управления методами оптимизации
- •Синтез систем управления методами безусловной оптимизации
- •Синтез систем управления с помощью многокритериальной оптимизации
- •6.7 Синтез систем управления методами математического программирования
- •Сущность и содержание математического программирования
- •Общая характеристика методов математического программирования
- •Методы решения задач линейного программирования
- •Методы решения задач нелинейного программирования
- •Методы решения задач дискретного (целочисленного) программирования
- •Методы динамического программирования
- •Методы стохастического программирования
- •6.8 Анализ и синтез систем управления с помощью математических теорий
- •Теория принятия решений
- •Теория массового обслуживания
- •Теория эффективности
- •Теория игр
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •7. Экспертные оценки решения проблем
- •7.1 Сущность и содержание метода экспертных оценок
- •Сущность метода экспертных оценок
- •Подготовка экспертизы
- •Проведение опроса экспертов
- •Виды и типы вопросов
- •7.2 Методы обработки информации, получаемой от экспертов
- •Сущность экспертного ранжирования
- •Метод непосредственной оценки
- •Перевод оценок в ранги
- •Оценка факторов
- •Метод последовательных сравнений
- •Метод парных сравнений
- •Матрица предпочтений для ранжирования с помощью парного сравнения
- •Матрица р: доля случаев, когда фактор I предпочтительнее фактора j
- •7.3 Метод Дельфи
- •Классический метод экспертных оценок Дельфи
- •Метод структуризации принятия решений
- •Показатели оценки элементов "дерева решений" на уровне подпроблем
- •Экспертные оценки целенаправленности тем научных исследований
- •7.4 Метод анализа иерархий
- •Сущность и содержание анализа иерархий
- •Средние согласованности матриц
- •Пример применения метода анализа иерархий
- •Покупка дома: матрица попарных сравнений для уровня 2, решение и согласованность
- •Покупка дома: матрицы попарных сравнений для уровня 3, решение и согласованность
- •Покупка дома: матрица глобальных приоритетов
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Часть 1. 6
- •Часть 2 187
- •Исследование систем управления
- •144003, Г. Электросталь Московской обл., ул. Тевосяна, 25.
5.5 Основные формы научного исследования
проблема
идея, принцип, закон
теория
гипотеза, предположение, математическая гипотеза
модель
Для научного исследования характерно применение таких форм, как гипотеза, теория и модель. Эти формы научного исследования характерны для современной науки даже с чисто внешней формальной стороны. Поэтому ниже все они будут подробно рассмотрены.
Кроме того, в данном разделе будут рассмотрены и такие формы научного познания, которые отличаются, скажем, от обычных суждений не формально (как, например, теория или модель), а только функционально. К их числу относятся:
проблема;
идея;
принцип;
закон;
предположение и т.д.
С формальной стороны, это просто обычные суждения. Однако по своим функциям в научном познании и в организации исследования эти формы существенно различны.
В этом разделе акцент будет сделан именно на их роли в познавательном процессе, их отношении друг к другу и к более сложным формам научного исследования.
Проблема
Проблема, в широком смысле слова, — сложный теоретический или практический вопрос, требующий изучения, разрешения; в науке это противоречивая ситуация, выступающая в виде противоположных позиций в объяснении каких-либо явлений, объектов, процессов и требующая адекватной теории для ее разрешения.
Проблема обращена не только в будущее, но и в прошлое. С одной стороны в ней констатируется недостаточность достигнутого к данному моменту уровня знания, невозможность объяснить на основе этого знания новые явления действительности. С другой стороны, проблема опирается на пусть и ограниченное прошлое знание, наличию которого она обязана даже своей постановкой.
Постановка проблемы тесно связана с неполнотой и неточностью пред-ествуюшего знания об объекте. Следует отметить, что это же является яной из причин возникновения мнимых проблем науки. Такова, например проблема создания вечного двигателя, которая, как и всякая мнимая проблема, не только порождает, но и тормозит научный прогресс.
Мнимые проблемы отличаются тем, что их постановка противоречит фактам и законам. Так, постановка все той же проблемы создания вечного двигателя противоречит закону сохранения энергии, согласно которому получение вечного двигателя без затрат энергии — необоснованная и неосуществимая мечта.
Идея, принцип, закон
Идеи, особенно новые, фундаментальные, играют в науке и при исследовании исключительную роль. Хорошо известно, какие широкие горизонты открываются перед наукой в случаях, когда возникают неожиданные и плодотворные идеи. Аристотель положил начало понимания идей как формы мысли.
Важнейшими достижениями философской мысли в понимании идей можно считать следующие:
утверждение домарксистского материализма об идее как форме мысли и опытном происхождении идей;
представление об идее как специфической форме мышления, главная Функция которой состоит в систематизации, синтезе знания (И. Кант);
мысли Г. Гегеля об идее как высшей форме выражения объективной стины, о развитии идеи, ее связи с практикой и воплощении в действительность.
Идея — форма отражения в мысли явлений объективной реальности, постигая действительность, идея включает в себя сознание цели дальнейшего познания и практического образования мира.
Для современной науки наиболее типичной формой знания является теория. В составе теории идея выступает как исходная мысль, центральное положение, объединяющее входящие в теорию понятия и суждения в целостную систему. Что же касается отличия идеи от понятий, входящих теорию, по содержанию, то суть его в следующем: в идее отражается фундаментальная закономерность, лежащая в основе теории, в то время как других понятиях отображены те или иные существенные стороны и аспекты этой закономерности.
Идеи, выражающие весьма общие и фундаментальные закономерности, могут не только служить основой теории, но и связывать ряд теорий в отрасль науки, отдельную область знания. Имеются и такие идеи, которые лежат в основе всей науки, в фундаменте познания вообще. Кроме того, идея может существовать до создания теории, как предпосылка ее построения.
Идея — не только основа теории, но и, по существу, ее граница.
Принцип — первоначальная, руководящая идея, основное правило поведения. Принцип есть центральное понятие, основание системы, представляющее обобщение и распространение какого-либо положения на все явления той области, из которой данный принцип абстрагирован.
Несомненно, что всякий принцип выражает фундаментальную закономерность, в связи с чем чрезвычайно общие и важные законы нередко называют принципами.
По отношению к идее принцип выступает как ее первое и самое абстрактное определение. Однако принцип не исчерпывает всего содержания идеи, так же как и не всякая идея раскрывается в принципах. И если в основе теории всегда лежит одна идея, то принципов, выражающих ее, может быть несколько.
Вместе с тем не всегда следует связывать идею и принцип, поскольку в некоторых случаях научные принципы выступают как абстрактные выражения идей. Нередко в качестве идей рассматриваются принципы, одни и те же важные научные утверждения называются то принципами, то идеями (например, встречаются выражения: диалектический принцип развития, а также — диалектическая идея развития).
Если функцией идеи является систематизация знания при формировании научной теории, то подобным же образом и принцип играет вполне определенную роль, но уже по отношению к эмпирическому, опытному знанию. Принцип в науке выступает как непосредственное обобщение опыта, фактов. Принцип, будучи обобщением фактов, может в то же время использоваться при построении теории как основная ее мысль, т.е. играть роль идеи. Если же в составе теории он используется как обычное знание, то идеей теории назвать его нельзя.
Любой принцип и любая идея представляют собой законы науки поскольку в них выражаются существенные и необходимые отношения действительности. В то же время закон не всегда выступает как принцип
Если, скажем, в процессе развития какой-либо теории получено некоторое очень важное утверждение, то оно не выступает ни как принцип, идея, а рассматривается именно в качестве закона. Однако это не исключает необходимости и возможности функционального различия законов, принципов и идей в системе всего имеющегося в каждый данный момент знания.
Закон — необходимое, устойчивое, существенное, неповторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе.
Данное понятие родственно понятию сущности. Вместе с тем закон выражает одну из сторон сущности, познание которой в теории совпадает с переходом от эмпирических фактов к формулировке законов изучаемых процессов.
Существует три группы законов:
специфические, или частные (закон сложения скорости в механике);
общие для больших групп явлений (закон сохранения и превращения энергии);
всеобщие, или универсальные (закон диалектики).
Теория
Под теорией понимается система знаний, описывающая и объясняющая совокупность явлений некоторой области действительности и сводящая открытые в этой области законы к единому объединяющему началу.
Построение теории опирается на результаты, полученные на эмпирическом уровне исследования. В теории эти результаты упорядочиваются, приводятся в стройную систему, объединенную общей идеей, уточняются на основе вводимых в теорию абстракций, идеализации и принципов.
К создаваемой вновь теории предъявляются следующие важные требования:
научная теория должна быть адекватна описываемому объекту, что зволяет в определенных пределах заменить экспериментальные исследования теоретическими изысканиями;
теория должна удовлетворять требованию полноты описания некоторой области деятельности, т.е. все многообразие опытных данных в этой области должно быть описано в терминах исходного базиса теории, при помощи ее основных принципов, понятий, абстракций, идеализации, аксиом и т.д;
должны быть объяснимы взаимосвязи между различными компонентами в рамках самой теории, должны существовать связи между различными положениями теории, обеспечивающие переход от одних утверждений к другим;
должны выполняться требования внутренней непротиворечивости теории и соответствия ее опытным данным. В противном случае теори должна быть усовершенствована или даже отвергнута.
Удовлетворяющие изложенным требованиям теории могут различаться по следующим основным признакам:
эвристичность;
конструктивность;
простота.
Эвристичность теории отражает предсказательные и объяснительные возможности. Она является веским аргументом в пользу истинности теории Особое значение имеет математический аппарат теории, который позволяет не только делать точные количественные предсказания, но и открывать новые явления, что уже случалось в физике неоднократно.
Конструктивность теории состоит в простой, совершаемой по определенным правилам, проверяемости основных ее положений, принципов, законов.
Простота теории достигается путем введения обобщенных законов, формулирования информации при помощи определений-сокращений. Следует иметь в виду, что теорию можно оценивать с точки зрения не только статической, но и динамической простоты; предпочтение отдается той теории, которую можно уточнить и распространить на более обширное множество фактов путем незначительных уточнений и переделок, т.е. которая оказывается более простой в своей динамике, движении.