Зміст та вимоги до розділу системного аналізу

Розділ системного аналізу є одним з основних, оскільки за його результатами в подальшому ставиться та розв’язується основне завдання дипломного проекту (кваліфікаційної маґістерської роботи).

Системний аналіз спрямований на розв’язання складних проблем. Проблема виникає тоді, коли є розходження між бажаним та дійсним, тобто це абстрактна катеґорія, що відображає розуміння людьми мотивів своєї діяльності. Проблеми породжуються та розв’язуються людьми, а тому поняття “проблема” має людські риси сприйняття, що породжує наступні труднощі:

• неясність розуміння проблеми;

• складнощі постановки проблем на віддалену перспективу;

• складність класифікації проблем і як наслідок вибір неадекватних засобів їх розв’язання;

• спотворена оцінка проблем (близькі, але дрібні проблеми затуляють великі, але віддалені);

• неправильна оцінка значимості проблем внаслідок вузькопрофесійної точки зору;

• змішування цілей, які необхідно досягнуті, з засобами їх досягнення.

Метою застосування системного аналізу до конкретної проблеми є підвищення ступеня обґрунтованості рішення, що приймається, та подолання перелічених вище труднощів.

Для СА важливими є наступні методолоґічні принципи [1]:

• орґанічна єдність суб’єктивного та об’єктивного;

• структурність системи, що визначає цілісність та стійкість характеристик системи;

• динамізм системи;

• міждисциплінарний характер системних досліджень;

• орґанічна єдність формального та неформального при проведенні СА.

Системний аналіз — це скоріше особливий тип науково-технічного мистецтва, що виникає власне внаслідок орґанічної єдності суб’єктивного і об’єктивного, тому досвідчений аналітик досягає значних результатів, а механічне застосування методик і прийомів СА недостатньо кваліфікованими особами не дозволяє отримати корисні результати.

На відміну від достатньо широкої системної методолоґії системний аналіз обмежують дві наступні особливості:

• системні аналітики вивчають лише штучно створені системи, в яких людині належить надзвичайно важлива, а в багатьох випадках і вирішальна роль;

• головна задача СА — прийняття рішень і управління.

Системний аналіз — це методолоґія дослідження таких властивостей та відношень в об’єктах, які важко спостерігаються та важко розуміються, за допомогою представлення цих об’єктів у вигляді цілеспрямованих систем та вивчення властивостей цих систем та взаємних відношень як відношень між цілями та засобами їх реалізації.

Системний аналіз відрізняється від інших методів дослідження тим, що [2]:

• враховує принципову складність об’єкта, що досліджується;

• бере до уваги розгалужені та стійкі взаємні зв’язки його з оточенням;

• враховує неможливість спостереження ряду властивостей об’єкту та оточуючого середовища;

• реальні явища, їх властивості та зв’язки з оточенням переводяться далі в абстрактні катеґорії теорії систем;

• ґрунтуючись на відомих властивостях складних систем дозволяє виявити нові конкретні властивості та взаємні зв’язки конкретного об’єкта дослідження;

• на відміну від інших методів, в яких точно визначені об’єкти, включає як один з важливих етапів визначення об’єкту, його знаходження чи конструювання;

• орієнтується не на розв’язання “правильно сформульованих” задач, а на створення правильної постановки задачі (правильно поставити задачу — це означає на 50% її розв’язати), вибір відповідних методів для її розв’язання;

• основне в СА — знайти шлях, яким можна перетворити складну проблему в простішу, яким чином не лише складну до розв’язання, але й для розуміння проблему перетворити в послідовність задач, для яких існують методи їх розв’язання;

• СА завжди конкретний — завжди має справу з конкретною проблемою, конкретним об’єктом дослідження, є продуктивним тоді, коли застосовується до розв’язання завдань певного типу.

Системний аналіз не протиставляється іншим методам аналізу проблем та прийняття рішень. Новим є синтез в єдиній методолоґії певного взаємнопов’язаного кола понять, методів та прийомів, які раніше використовувалися розрізнено при розв’язанні окремих часткових проблем. Сила системного аналізу в тому, що він з одного боку дозволяє розкласти складну проблему на компоненти аж до постановки конкретних задач, для яких існують методи розв’язання, а з іншого боку зберігає цілісність цієї проблеми.

Системний аналіз застосовується для розв’язання складних проблем, що пов’язані з діяльністю людей. Людську діяльність умовно можна поділити на дві області:

• рутинна діяльність, розв’язання реґулярних, щоденних завдань;

• розв’язання нових задач, які виникають вперше.

Окрім того, проблеми розрізняються за ступенем їх структурованості:

• добре структуровані та сформульовані кількісно;

• слабо структуровані, в яких зустрічаються як кількісні, так і якісні оцінки;

• неструктуровані, якісні проблеми.

Перший тип проблем не потребує СА, оскільки існує потужний апарат математичного моделювання та точні кількісні методи розв’язання. Основною областю застосування методів СА є слабоструктуровані проблеми, а для розв’язання неструктурованих проблем в більшості застосовуються еврістичні методи.

Потреба в СА виникає в тому випадку, коли виникають наступні ситуації:

• розв’язується нова проблема, і за допомогою СА вона формулюється, визначається, що і про що потрібно взнати, і хто повинен знати;

• розв’язання проблеми передбачає координацію цілей з множиною засобів їх досягнення;

• проблема має розгалужені зв’язки, що викликають віддалені наслідки в різних галузях, і прийняття рішення в таких випадках потребує врахування сукупної ефективності та повних затрат;

• існують варіанти розв’язання проблеми або досягнення взаємнопов’язаного комплексу цілей, які важко порівняти;

• створюються нові складні системи;

• здійснюється вдосконалення, реконструювання виробництва, необхідна реінженерія бізнес-процесів;

• при створенні інформаційних систем та комп’ютеризованих систем керування;

• коли важливі рішення повинні прийматися за наявності невизначеності та ризику та (або) на достатньо віддалену перспективу.

Різноманітність задач, цілей дослідження, об’єктів дослідження природньо приводить до існування різних методик СА, які базуються на єдиній методолоґії. Це пояснюється тим, що існують певні об’єктивні закони людської діяльності, які виявляються при розв’язанні різних проблем. Ці закономірності, виявлені шляхом узагальнення досвіду та теоретичних досліджень і становлять основу методолоґії СА. Тому методики розв’язування системних задач, розроблені для різних конкретних випадків, подібні між собою.

З метою раціонального сприйняття системи необхідно враховувати наступні аспекти:

• припустимими є нечіткі значення та конфліктне сприйняття призначень системи, система досліджується як процес, перебіг якого розглядається у взаємодії з зовнішнім середовищем;

• призначення системи визначаються як на ґрунті визначень розробників (“творців”) системи, так і на визначеннях користувачів;

• описується система та її оточення (під оточенням розуміється та частина, що безпосередньо взаємодіє з системою);

• описуються елементи системи та взаємні зв’язки між ними;

• ідентифікуються потоки та функції системи і їх зміни;

• проблеми конкретизуються з врахуванням досвіду користувачів;

• досліджуються умови, які визначають рівновагу, що відповідає призначенню системи;

• розробляються засоби, що створюють стійкість стану рівноваги стосовно до змін в елементах та в системі, а також в ґлобальній взаємодії системи з зовнішнім середовищем;

• визначаються способи реалізації керуючих дій, що сприяють загальній стійкості (або нестійкості) системи.

У тому випадку, коли існує проблема, слід взаємодіяти з особами, які залучені до побудови системи чи до оцінювання її функціонування. В інших випадках проблема полягає в тому, як визначити та модифікувати призначення системи, спроектувати систему, яка прагне до бажаного стану та пристосовується до оточення чи пристосовує оточення до себе, як врахувати різноманітні дії оточуючого середовища на систему. Ці аспекти є скоріше проблемами реконструювання, аніж “розв’язання проблем”.

Для забезпечення успіху СА потрібно:

• застосовувати його у тих випадках, для яких він призначений;

• наявність потреби, зрозумілої мети та (або) призначення;

• відповідальне ставлення як аналітиків, так і орґанізації-замовника;

• наявність накопиченої інформації, досвіду, ідей та уявлень про предмет дослідження;

• відображення в результатах СА реального стану справ та реальних шляхів розв’язання проблем, а не “обґрунтування” суб’єктивних рішень;

• наявність ресурсів — кваліфікованих експертів, обладнання, грошових засобів;

• аналіз можливого впливу сторонніх побічних факторів (прогноз наукових відкриттів, винаходів, політичної ситуації).

Чіткіше формулювання вимог до системи досягається шляхом застосування та інтерпретації відповідно до її особливостей основних положень, або принципів системного підходу, які є досить загальними твердженнями, що узагальнюють досвід роботи людини з складними системами. Такими принципами є наступні [3,4]:

• Принцип остаточної мети: ґлобальна мета системи має абсолютний пріоритет;

• Принцип єдності: сумісний розгляд системи і як цілого, і як сукупності компонент (елементів, підсистем, системотворчих відношень);

• Принцип зв’язності: довільна компонента системи розглядається сумісно з її зв’язками з оточенням;

• Принцип модульності: в системі доцільно в багатьох випадках реалізувати декомпозицію на складові (модулі) різного ступеня загальності та розглядати її як сукупність модулів та зв’язків між ними;

• Принцип ієрархії: в більшості випадків в системі доцільно реалізувати ієрархічну побудову та (або) впорядкування (можливий півпорядок) її складових за важливістю;

• Принцип функціональності: структура системи та її функції повинні розглядатися сумісно з пріоритетом функції над структурою;

• Принцип розвитку: необхідно враховувати змінність системи, її здатність до розвитку, розширення, заміни складових, накопичення інформації;

• Принцип децентралізації: в управлінні системою співвідношення між централізацією та децентралізацією визначається призначенням та метою системи;

• Принцип невизначеності: невизначеності та випадковості повинні братися до уваги при визначенні стратегії та тактики розвитку системи.

Принципи системного підходу є загальними положеннями, що відображають абстраґовані від конкретного змісту прикладних проблем відношення. Тому цілком послідовним є запитання: “Яким чином застосувати такі знання?” Для конкретної системи чи проблемної ситуації принципи системного підходу повинні бути конкретизовані, тобто насамперед повинна бути дана відповідь на запитання: “Що означає той чи інший принцип в цій предметній області та в цій конкретній ситуації?” Наповнення принципів конкретним змістом виконується дослідником. Це дозволяє у випадку складних систем краще побачити суттєві особливості проблеми, врахувати важливі взаємні зв’язки. В багатьох випадках інтерпретація системних принципів в конкретних умовах дозволяє піднятися на новий рівень розуміння системи загалом, вийти за межі розгляду її “зсередини”. Така інтерпретація може приводити до висновків про відсутність умов для застосування деяких з принципів або їх незначного впливу в певних конкретних умовах.

Багаторазове застосування принципів системного підходу в різних системах приводить до розвитку у дослідника особливого, системного типу мислення. Саме тому результати застосування системних принципів та методолоґій є певною мірою мистецтвом і вимагають системноаналітичного досвіду.

Системний аналіз ґрунтується на коректному використанні основних понять, як система оточення, мета, функції та ін.

Поняття системи й до цього часу залишається багато в чому інтуїтивним, і різні люди вкладають в це слово далеко не однаковий сенс. Виділяються дві групи визначень системи.

Першу групу утворюють визначення, які не виділяють поняття цілісності системи, як наприклад наступне: “Система — це множина об’єктів разом з відношеннями між об’єктами та між їхніми атрибутами (властивостями)” [5]. Історія визначень такого типу зрозуміла і походить від природничих наук, в яких дослідник йшов шляхом від простого до складного — поділяв систему на елементи, розглядав властивості окремих частин і способи їх взаємодії, отримуючи таким чином уявлення про систему як про сукупність взаємнопов’язаних елементів.

Пізніше цей підхід використовувався в загальній теорії систем, дозволяючи здійснити чітку формалізацію. Система визначалася як множина, на якій визначене задане відношення з фіксованими властивостями [5]. Месарович [6-7] визначає систему як підмножину декартового добутку , де — повна сукупність виявів деякого атрибуту системи, тобто є повна сукупність виявів системи.

Друга група визначень включає цілісність як важливу властивість системи. Дійсно, якщо в результаті детального вивчення системи знайдена властивість, яку не можна поставити у відповідність ні одному з її елементів, то визначення першої групи виявляється недійсним, і потрібно “довизначати” систему. В цьому сенсі система — це комплекс взаємопов’язаних елементів, що утворюють цілісність. Система утворює особливу єдність з середовищем та є елементом “надсистеми”. В свою чергу, й елементи системи можна розглядати як системи, якщо визначити інший критерій декомпозиції [1]. Виходячи з визначень цієї групи систему будемо розглядати у вигляді кортежу , де — множина елементів системи, — множина зв’язків між елементами системи, — множина зв’язків між елементами системи та зовнішнім середовищем, — множина нових (системних) функцій, властивостей, призначень.

Середовище — це сукупність всіх об’єктів, зміна яких впливає на систему, а також об’єктів, що змінюються під дією системи [5]. Весь наш світ можна розглядати як ґіґантську систему, але ми не досліджуємо Всесвіт практично кожен раз, коли виникає проблема. Тому певна система є підсистемою Всесвіту, а Всесвіт лише в самому широкому сенсі можна називати середовищем цієї системи, а в абсолютній більшості середовище — це все те, що взаємодіє з системою, тобто теж певна підсистема Всесвіту.

Мета — це одна з найскладніших та разом з тим найдавніших катеґорій. Вона тією чи іншою мірою присутня в свідомості людини, яка здійснює довільний вид діяльності, і переноситься нею на багато природних та штучних систем. Пізнання мети допомагає зрозуміти сутність систем, що досліджуються.

Мета відображає призначення системи, яке не є детерміністично фіксованим, воно може розвиватися в часі і не обов’язково єдиним чином. Призначення — це біхевіорістичне поняття, і в соціальних системах поведінка людей є потужною силою, яка не завжди є достатньо зрозуміла, але яка є такою, що значною мірою формує наш світогляд. Існує певний різновид принципу невизначеності при спробі визначити систему, вивчаючи деякі прояви, що утотожнюються з системою. Тому ми вимушені модифікувати наші визначення в залежності від того, як дослідження стають все більш конкретними.

Мета конкретизується за допомогою цілей. Одним зі способів розкриття внутрішньої структури мети є побудова дерева цілей. Цілі в часовому аспекті поділяються на тактичні цілі (objectives), макроцілі (goals), та ідеали [5].

Тактичні цілі — це бажані результати, досягнення яких відбувається за визначений і порівняно короткий період часу. Макроцілі досягаються за довший час і вимагають для цього досягнення хоча б однієї тактичної цілі. Ідеали — це такі цілі, які ніколи не досягаються, але до яких система постійно наближається, реалізуючи деякі тактичні та макроцілі.

Катеґорія “мета” пройшла довгий шлях розвитку від найпростіших форм до складних структурно-функціональних представлень. Мета відображає те, що може чи повинно виникнути, прообраз майбутнього, стан, який бажано досягнути. Мета має декілька аспектів. Пізнавальний аспект мети відповідає проґнозу майбутнього, а конструктивний — можливим способам переходу до бажаного майбутнього чи плану дій. В тих випадках, коли мета відносно проста, усвідомлення мети включає і спосіб її досягнення, а у випадку складної мети — план набуває самостійного значення як елемент постановки мети. План встановлює послідовність етапів досягнення мети, визначаються засоби та методи, строки дій.

За наявністю інформації про способи досягнення цілей виділяються наступні класи цілей:

• Функціональна ціль — це ціль, спосіб досягнення якої відомий системі, що вже досягала цю ціль. Функціональні цілі повторюються в часі та просторі. Прикладами такого типу цілей є результати виконання виробничих операцій, що періодично повторюються, стандартні функції управління та ін.

• Ціль-аналоґ — це образ, який отриманий в результаті дії іншої системи, але який ні разу не досягався системою, що розглядається, а якщо і досягався, то за інших умов зовнішнього середовища.

• Ціль розвитку, або нова ціль — це ціль, яка ніколи і ніким раніше не досягалася. Така ціль по суті пов’язана з утворенням нових систем.

Ці типи цілей пов’язані одна з іншою. Ціль розвитку за умови її успішного досягнення однією з систем перетворюється в ціль-аналоґ для всіх інших систем, а для даної системи стає функціональною ціллю за умови незмінних зовнішніх умов та ціллю-аналоґом за умови змінених зовнішніх умов.

Декомпозиція — це поділ системи на частини з метою зробити більш зручними певні операції з цією системою. Найважливішим стимулом і суттю декомпозиції є спрощення системи, надміру складної для розгляду цілком. Таке спрощення може фактично приводити до заміни системи якоюсь іншою, в певному сенсі відповідною первинній — це здійснюється введенням гіпотез та послабленням або відкиданням деяких зв’язків та елементів в системі, або відповідати реальній системі і полегшувати роботу з нею — в цьому випадку (строга декомпозиція) потрібна розробка спеціальних процедур узгодження та координації частин.

Елементом називається деякий об’єкт (матеріальний, енерґетичний, інформаційний), що має ряд важливих властивостей, але внутрішня будова якого безвідносна до мети дослідження, тобто елемент не піддається подальшій декомпозиції при обраному рівні розгляду системи [2].

Функція системи — це все те, що виконує система або може виконувати згідно до свого призначення. Множина функцій системи є перетворенням призначення системи в дії. Функцію елемента зручно розглядати як сукупність її станів в просторі та часі. При взаємодії функцій доволі часто виникає нова властивість (властивості), які не виявляються в кожному окремому елементі системи. Наприклад, достатньо складно зрозуміти функцію окремої частини автомобіля ізольовано від нього, однак вона стає зрозумілою, коли ми бачимо її у взаємодії з іншими, тобто коли автомобіль рухається. Одна й та ж функція може здійснюватися декількома шляхами.

Поняття структури є одним з основних в системному аналізі.

Структура — це множина частин або форм (елементів), які знаходяться у взаємодії та специфічному порядку, необхідному для реалізації функцій. Таким чином функція є первинною щодо структури. Властивістю структури є можливість існування протягом певного часу за допомогою зв’язуючого пристосування для збереження елементів (частин) та їх відношень приблизно в одному й тому ж порядку, реагуючи при цьому на дії середовища.

Структура формально визначається у вигляді кортежа , де — множина підмножин елементів системи , — множина відношень між цими підмножинами елементів системи.

Структура системи зберігається та збагачується через її функціональні трансформації, в той же час структура полегшує ці перетворення. В організаціях та в більш широкій соціальній структурі наявні зв’язуючі сили, що підтримують форму структури. З точки зору практики представлення структури бажано спростити, щоб ідентифікувати її елементи та взаємні зв’язки між ними. Структура системи може бути охарактеризована за типами зв’язків, які в ній є або які в ній переважають. Найпростішими зв’язками є паралельне, послідовне з’єднання та обернений зв’язок. Обернений зв’язок виконує регулюючу роль в системі .

Однією з найпростіших моделей структури є мережа. Мережна модель може використовуватися як для описання фактичних структурних зв’язків між елементами системи (транспортна мережа), або ж є абстрактним функціональним представленням взаємодій між підсистемами (ієрархічне представлення різних рівнів регулювання та управління в орґанізації).

Часто оновлення структури є тимчасовою “тактичною” реакцією на дії зовнішнього середовища для того, щоб виграти час, необхідний для формування стратеґічної реакції. Наприклад, фірми децентралізують з більшою ймовірністю свою структуру у випадку швидкозмінних зовнішніх умов як реакцію на них (сильна конкуренція, зміна економічних умов, поява на ринку нової продукції). За відносно статичних умов оточення більш ймовірно, що утвориться більш жорстка централізована ієрархічна структура. Оновлення структури здійснюється завжди для спрощення руху нових потоків, які виконують функції, що орієнтуються на нові цілі та макроцілі . Тому орґанізація є самоорґанізованою системою.

У процесі створення системи та планування її діяльності врешті-решт розглядаються компроміси між роботою великої, добре об’єднаної ієрархічної системи з доволі простим призначенням та багатоелементною багатоцільовою мережею достатньо малих систем з розподіленими і нечіткими взаємними зв’язками.

Ієрархія — це структура з підпорядкованністю, тобто з нерівноправними зв’язками — дії в одному напрямку виявляють набагато більший вплив, аніж в оберненому. В більшості випадків прямий зв’язок — це керування і керуючаа інформація, обернений — інформація про виконання та відхилення. На практиці розглядаються два основні типи ієрархічних структур — деревовидна та ієрархічна.

Деревовидна структура є найпростішою для аналізу та реалізації. В майже всіх випадках в ній виділяються ієрархічні рівні — групи елементів, що знаходяться на однаковій віддалі (вимірюваної як кількість ребер) від головного елемента (кореня дерева). Структури цього типу є надзвичайно поширеними (ієрархія проектування складної проґрамної системи, ієрархія цілей в складній орґанізаційній системі, ієрархія за ознакою керованості процесів в живому організмі, іерархія в зграї тварин).

Ромбовидна структура приводить до множинної (частковий випадок — подвійної) підпорядкованості, належності елементів нижнього рівня. Приклади — участь одного технічного елемента в роботі більш ніж одного вузла, блока, використання одних і тих самих даних або результатів вимірювань в різних завданнях.

Будь-яка ієрархія звужує можливості та гнучкість системи. Елементи нижнього рівня обмежуються домінуванням верхнього рівня, вони здатні впливати на це домінування лише частково та зазвичай з певною затримкою. Однак введення ієрархії різко спрощує створення та функціонування системи. Недарма той чи інший ступінь ієрархії спостерігається практично у всіх складних природних системах. Негативні наслідки ієрархії багато в чому долаються шляхом зменшення жорсткості підпорядкування, можливістю самостійно реаґувати на деякі дії без жорсткої регламентації згори.

Таким чином структура є стійкими взаємними зв’язками між елементами системи, які забезпечують її цілісність. Якщо розглядати поняття “структура” у взаємному зв’язку з поняттям “мета”, то під структурою слід розуміти спосіб досягнення мети [8].

Зв’язок (потік) — це важливий з точки зору розгляду системи обмін речовиною, енерґією, інформацією між елементами та зовнішнім середовищем і елементами системи.

Функції системи реалізуються через потоки енерґії, людей, матеріальні та інформаційні. Структуру можна розглядати також як множину обмежень на потоки в просторі та часі. Структура ініціює потоки, спрямовуючи їх вздовж певних шляхів (каналів), перетворює їх з певною затримкою в часі (час перетворення), в певних випадках припускає регулювання та обернений зв’язок. Структура може змінюватися в часі самостійно, а також під впливом потоків, впливає на потоки і є системою в межах системи. Потоки, які є необхідними для збереження первісної структури, називаються підтримуючими, а ті, що є результатами дії системи та її структури — потоками продукції [4].

Комунікаційний потік в ієрархічній системі може бути закріплений жорстко за певними “каналами”, межі яких не визначені в чітких фізичних термінах, однак вплив цих “каналів” може бути дуже реальним. Так, традиції орґанізації, норми поведінки та неписані правила утворюють такі “канали”, тобто орґанізаційна структура накладає обмеження на комунікаційні потоки та сприяє ефективній роботі системи. В кожній структурі існує певна ієрархія потоків (потоки між елементами, підсистемами, системою та зовнішнім середовищем).

Інформаційні потоки в складних штучних системах мають особливе значення:

• по-перше, інформаційні потоки та інформаційні зв’язки в багатьох випадках є домінуючими, визначальними в системі;

• по-друге, вони зазвичай супроводжують і інші — матеріальні, енерґетичні та людські — дії цих потоків фіксуються і у вигляді інформації.

Інформація в системі вивчається як з точки зору її отримання, зберігання, передачі, перетворення, фільтрації, так і з точки зору її вимірювання. Інформаційним потокам ставлять у відповідність певного виду структурні схеми (наприклад діаграми потоків даних та ін.), які мають певні спільні риси: вказані джерела та споживачі інформації, об’єм, форми представлення, напрямок передачі, місця і вид зберігання та ін. Ці структурні схеми (інформаційні моделі системи) використовуються для аналізу та мінімізації потоків даних та зменшення їх об’єму, виявлення як дублювання інформації, так і дублювання шляхів її передавання та ін. Поняття інформації має високий ступінь універсальності, і в загальному сенсі функціонування системи можна розглядати як перетворення вхідної інформації у вихідну шляхом прийняття певних рішень в системі.

Стан системи — це зафіксовані значення характеристик системи, важливі для цілей дослідження. Зміна довільної з числа цих характеристик означатиме перехід системи до іншого стану. Таким чином отримаємо набір станів, який ще не є процесом.

Процес — це набір станів системи, що відповідає впорядкованій неперервній або дискретній зміні деякого параметра, що визначає характеристики чи властивості системи. В більшості випадків таким параметром є час.

Процес зміни станів системи в часі відображає динаміку системи. Нехай — стан системи , — множина припустимих значень станів, — параметр процесу, , — множина припустимих значень параметра процесу. Стани системи залежать від значення параметра, , тобто зафіксувавши початковий стан процес описується як певне правило переходу від стану зі значенням параметру до стану зі значенням параметру через всі його неперервні або дискретні проміжні значення, . Процеси в системі мають різноманітне значення. Так, процес проектування інформаційної системи як рух від системного аналізу через ряд проміжних етапів (технічне завдання, технічне та робоче проектування, впровадження, супровід) є основною функцією системи — розробницької фірми. В цьому випадку необхідно враховувати також цілий ряд внутрішніх процесів. Таким чином процеси описуються як залежності виходів від входів в модулях різного ступеня узагальнення або різного рівня ієрархії. При цьому принципово не важливо, чи сприяє, а чи перешкоджає загалом той чи інший процес реалізації системою своїх функцій.

Системи класифікуються за різними класифікаційними ознаками. Ми розглядатимемо класифікацію систем за такими основними ознаками, як: призначення (мета), взаємодія з зовнішнім середовищем, походження, спосіб орґанізації, тип та характер зв’язків між елементами, спосіб керування, функції.

З точки зору призначення згідно до [9] системи поділяються на пасивні та активні.

Пасивні системи — це пристрої, що використовуються для виконання вимог, які усвідомлені їх творцями (автомобілі та літаки призначені для транспортування, будинки захищають від оточуючого середовища). В пасивних системах цілі задані творцем і не можуть змінюватися довільно.

Активні системи — ті, що сприймають потреби для того, щоб формувати і реалізувати дії з множини альтернативних для задоволення потреб. Динамізм цілеспрямованих систем полягає у тому, що їхні цілі та способи їх вибору змінюються з часом, вони не лише пристосовуються до змін зовнішнього середовища, але й самі змінюють його у відповідності до цілей.

З точки зору взаємодії з зовнішнім середовищем (потоку) системи є відкритими або замкненими (автономними) [5]. Замкнені системи не взаємодіють з зовнішнім середовищем; система, що з часом досягає положення рівноваги, в якому не взаємодіє з зовнішнім середовищем, буде в такому стані замкненою. Відкриті системи теж за певних умов можуть досягати рівноважних станів, незмінних в часі, і в цих станах склад системи залишається незмінним, незважаючи на неперервну взаємодію з зовнішнім середовищем (стани динамічної рівноваги).

Якщо замкнена система повинна бути включеною в систему (відкриту), то неможливо буде вивчити, досліджуючи призначення , і крім того, не буде ні на що впливати в . Таким чином, замкнуті системи не можуть бути підсистемами будь-якої системи, тобто всі підсистеми належать до відкритих систем.

Цілеспрямовані системи відкриті, тобто обмінюються матерією, енерґією та інформацією з своїм оточуючим середовищем, однак цілеспрямовані мають властивість розвивати та вдосконалювати реакцію на зовнішнє середовище, а ті, які служать меті, запроґрамовано реаґують на зовнішнє середовище. Відкриті системи можуть зберігати високий рівень орґанізованості та розвиватися в бік збільшення порядку та складності.

За походженням серед систем виділяють такі, що створені природою, і створені людиною або є результат діяльності людей.

За видом елементів системи поділяються на фізичні та абстрактні. Елементами фізичних систем є реальні предмети, явища, процеси, а в абстрактних — символи (знаки, букви, цифри).

За способом орґанізації системи поділяються на ієрархічні (структура задається деревом) та неієрархічні (структура — нечітко визначена мережа).

За числом елементів, характером та типом зв’язків між ними системи поділяються на прості (великі) та складні. Гідною уваги властивістю оточуючого нас світу є складність та взаємний зв’язок між його частинами. Ні соціальні, ні політичні чи економічні проблеми не існують ізольовано, вони не можуть бути виокремленими з цілого, пояснені окремо одна від іншої та потім інтеґрованими для пояснення цілого, що є наслідком власне їхньої складності, а також динамічності середовища. Середовище змінюється разом зі своїми проблемами та їх розв’язаннями як в часі, так і в фізичному та концептуальному просторі.

Слід розрізняти складність та “важкість”. Проблема чи річ може бути “важкою” до розв’язання, але це ще не обов’язково означатиме, що вона буде складною (головоломки в більшості своїй є важкими до розв’язання, але не складними). Різниця між цими поняттями полягає в тому, що складна проблема зазвичай має велику кількість розв’язань, і ці розв’язання мають багато призначень, що не в останню чергу викликане слабкою структурованістю та багатобічністю складних проблем та мети їх розв’язання.

Складність є взаємодією та взаємною залежністю, причому взаємні залежності складових системи є симетричними зі змінною інтенсивністю (економіка залежить від енергетики та енергоресурсів і навпаки, наявність енергоресурсів залежить від політики і навпаки, політика залежить від сили і навпаки, а сила в свою чергу залежить від військової могутності та економічної стабільності). Для складних об’єктів властива множинність системних образів, тобто один і той же об’єкт допускає різні системні моделі, що відповідають різним його сторонам та різному ступеню глибини проникнення в об’єкт [10].

Поняття складності системи вивчається не лише з якісного боку, існують концепції, скеровані на вимірювання складності деяким числом. Найвідомішими серед них є наступні [22]:

• логічна концепція, що ґрунтується на аналізі властивостей предикатів, які характеризують систему;

• теоретико-інформаційна концепція, яка пов’язує складність системи з її ентропією;

• статистична концепція, що характеризує складність через міру розрізняльності розподілів ймовірностей;

• алґоритмічна концепція, що визначає складність як довжину алґоритму відтворення системи;

• теоретико-множинна концепція, що утотожнює складність системи з числом її елементів;

• обчислювальна концепція, яка пов’язує алґоритмічну складність та засоби обчислень.

Великі системи — це системи, що не можуть розглядатися іншим чином, ніж як сукупність апріорно виділених підсистем. Для отримання необхідної інформації про велику систему дослідник послідовно розглядає її по частинах, будуючи підсистеми. Кожна з підсистем одного ієрархічного рівня описується однією і тією ж мовою, а на наступному рівні використовується метамова. Створення такої метамови рівноцінне до відкриття законів побудови структури системи і є найбільш цінним результатом дослідження. Якщо дослідних просувається від елементів, підсистем різних рівнів загальності до системи, то це є шлях композиції. Протилежний шлях — декомпозиції, використовується тоді, коли необхідно отримати нову інформацію, виходячи зі знання системи загалом, і така інформація не може бути отримана іншим шляхом.

Складні системи — це цілеспрямовані системи, побудовані для розв’язування багатоцільових задач, системи, що відображають різноманітні, не порівняльні між собою характеристики об’єкта; системи, для описання яких необхідне використання декількох мов; системи, що включають взаємнопов’язаний комплекс різних моделей.

За способом керування системи поділяються на керовані ззовні, самокеровані, та з комбінованим керуванням.

В систем, керованих ззовні, управляючий блок є зовнішнім відносно неї, в систем з комбінованим керуванням — управління здійснюється частково ззовні, а частково зсередини. Незалежно від того, де знаходиться управляючий блок, розрізняють чотири основних типи керування.

Найпростіший випадок виникає тоді, коли потрібна траєкторія руху відома, і, відповідно, відоме й правильне керування. В цьому випадку все відбувається згідно до наміченої програми. Однак в більшості випадків під впливом зовнішніх та внутрішніх чинників можливе порушення руху за визначеною траєкторією. Якщо в цьому випадку існує можливість спостереження біжучої траєкторії, визначення відмінності її від запланованої та випрацювання додаткового до програмного керування, яке в найближчому майбутньому прагне повернути систему на планову траєкторію, то такий спосіб керування буде регулюванням.

Якщо ж планову траєкторію на весь період часу визначити неможливо, або ж можливі великі відхилення від планової траєкторії, виникає завдання проґнозу майбутньої траєкторії, а керування полягатиме в підлаштуванні значень параметрів системи до того часу, поки не буде забезпечене досягнення мети. В цьому випадку відбувається процес параметричної адаптації системи.

Якщо ж шляхом керування значеннями змінних та зміни значень параметрів не забезпечується досягнення мети, це означає, що для існуючої системи мета не досягається. Однак можливо вона досягається іншою системою, яку отримаємо, змінюючи структуру існуючої. Таким чином здійснюється процес структурної адаптації. Процеси самоорґанізації та орґанізаційного керування змінюють не лише структуру системи, але й можуть змінювати оточення системи.

За ступенем свободи при здійсненні системами своїх функцій вони є:

• зі скінченою множиною функціональних перетворень та жорстко визначеним способом реалізації функцій (механічні та робототехнічні системи — розробник програмує функціональні перетворення в системі, призначенням функцій є утримання системи в стійкому робочому стані);

• з визначеною множиною функціональних перетворень, які можуть модифікуватися змінами оточуючого середовища (біолоґічна система не може самостійно визначити своє призначення або ціль, але зміни в оточуючому середовищі можуть їх модифікувати — якщо антитіла, що виділяються орґанізмом людини, для боротьби з вірусом неефективні, орґанізм може модифікувати антитіла і надалі закріпити це ґенетично);

• з можливістю реалізувати одну й ту ж функцію різними способами, число яких обмежене тими цілями, яким служать ці функції (людина як цілеспрямована система в більшості випадків має вибір між декількома стратеґічними та тактичними функціями.

Складні системи мають наступні основні властивості:

1. Загальність та абстрактність. В якості системи можуть розглядатися всі без винятку предмети, явища, процеси незалежно від їх природи.

2. Множинність. Одна й та ж сукупність елементів є множиною систем, кожна з яких визначається конкретними системотворчими відношеннями та властивостями.

3. Відносність і конкретність. Поділ об’єктів на системи і несистеми має сенс відносно конкретних заданих властивостей та відношень. Розгляд деякого об’єкта в якості системи без безвідносно до конкретних властивостей та відношень не має сенсу.

4. Цілісність. Система поводить себе як одне ціле, якщо зміни однієї зі змінних викликають зміни інших змінних (організм людини, промислові фірми — успіх кожної фази виробничого процесу обумовлений успіхом інших фаз);

5. Емерджентність. У складної системи наявні властивості, що не можуть бути виведені з відомих властивостей елементів, які входять до її складу. Ця властивість відображає той факт, що стан системи — це функція як станів її елементів, так і відношень (зв’язків) між ними, тобто , де — стан системи, — стан елементів, — відношення між елементами. Властивості системи, набуті за рахунок відношення , що не виводяться з , називаються емерджентними. Як наслідок при незмінних способах дії елементів спосіб дії системи змінюється, якщо змінюєься структура системи. Цілісність, що обумовлена властивістю емерджентності, полягає в тому, що систем без підсистем (елементів) не буває, а тому система відносно до них є їх цілим, тобто має властивості, відсутні в них. Власна сутність частини знаходиться не всередині неї, а в її цілому.

6. Еквіпотенційність. Систему можна розглядати як підсистему системи вищого рівня, і навпаки — підсистему можна розглядати як систему зі своїм складом елементів та зв’зків між ними.

7. Синерґізм. Ефективність сумісного функціонування елементів системи вища, ніж сумарна ефективність ізольованого функціонування цих же елементів.

Характерним для складних систем є наявність обмежень на здійснення призначення, в результатаі чого проблема пошуку “найкращого” розв’язку (у випадку слабоструктурованих проблем саме визначення поняття “найкращий” розв’язок є проблемою) перетворюється у проблему знаходження прийнятного розв’язку [1]. Ці обмеження особливо характерні для систем за участю людини і є не лише зовнішніми, але й внутрішніми.

Внутрішні обмеження.

Сприйняття. Погляди окремих людей на світ формують сприйняття ними середовища і можуть підсилювати або заважати здатності ідентифікувати та диференціювати альтернативні потреби та цілі, засоби їх досягнення.

Унікальні проблеми. В багатьох випадках при детальному вивченні потреб виявляється, що вони слабо структуровані та не існує наперед визначеного набору впорядкованих процедур, що задовольняли б ці вимоги. З кожною потребою або набором потреб необхідно діяти по-новому.

Конфлікт. Усвідомлені потреби можуть бути джерелом конфлікту в системі, коли особи, що приймають рішення, не можуть прийти до згоди при розв’язанні проблеми або ж мають різні уявлення про призначення, що приводить до нечітких макроцілей та цілей. В багатьох випадках виявляється, що отримана в результаті компромісу система не відповідає початковому призначенню.

Інерція. Важливі рішення, що приймаються людиною, інколи приписуються неконтрольованим соціальним силам, а не окремим особам, що приводить до більш потужної бюрократії.

Зовнішні обмеження (обмеження середовища).

Динаміка, невизначеність зовнішнього середовища та планування. Це прагнення пов’язане головним чином з безуспішністю спроб прогнозування та планування майбутнього. На рішення впливає велика кількість взаємно залежних факторів та постійні зміни, що заважають ідентифікації “оптимального” рішення, взагалі незрозуміло, що можна досягнути за таких умов.

Турбулентність. Складні мережі відношень між системами в сукупності з динамікою середовища можуть створити “турбулентність”, що заважатиме кожному окремому елементу системи виживати та еволюціонувати , ґрунтуючись на власних адаптивних здатностях.

Обернений зв’язок з запізненням. Реакція на дію системи або на відповідність її призначенню може (і є) не миттєвою, а запізненою в часі. Внаслідок цього дія оберненого зв’язку може бути неправильно інтерпретована або залишена без уваги.

Окрім цих обмежень, діють й більш очевидні — технічні, фінансові, людські ресурси (старіння інформації, час отримання оптимуму).

Таки чином, з системної точки зору оптимізація є ідеалом, дечим, недосяжним на практиці. Незважаючи на наявність досконалих методів оптимізації, з загальносистемної точки зору найкращим шляхом необов’язково є оптимізація, це може бути просто задоволення потреб.

Одним з найважливіших методів отримання нових знань про досліджувану систему є системне моделювання. Модель — (від латинського modulus — міра) — це заміщувач об’єкту дослідження, що знаходиться з ним в такій відповідності, яка дозволяє отримати нове знання про цей об’єкт.

Оскільки модель ґрунтується на аналоґії, то вона губить сенс засобу пізнання як у випадку тотожності моделі та об’єкту дослідження, так і в випадку дуже великих відмінностей між ними. Таким чином моделювання пов’язане зі спрощенням, огрубленням прототипу, абстраґуванням від ряду його властивостей, ознак, сторін. Надмірно спрощена модель, проте, може привести до невідповідності з досліджуваним об’єктом, що унеможливить дослідження його з допомогою такої моделі. З іншого боку, врахування в моделі якомога більшої кількості властивостей досліджуваного об’єкту приводить до ускладнення процесу дослідження.

Будь-яка модель охоплює суттєве в певному сенсі, тобто завжди однобічно представляє об’єкт лише з боку деяких його властивостей. Вивчення окремих властивостей об’єкту здійснюється таким чином коштом відмови від дослідження інших його властивостей. В той же час багато властивостей, від яких доводиться абстраґуватись при моделюванні, ще невідомі, і врешті-решт не виключено, що саме вони можуть виявитися важливими, тобто модель буде некоректною. Говорять, що модель відповідає (адекватна) об’єкту дослідження, якщо результати моделювання служать основою для проґнозування процесів в реальному об’єкті, що досліджується.

Підсумовуючи, можна сказати, що моделювання — це метод опосередкованого пізнання за допомогою штучних або природних систем, які зберігають деякі особливості об’єкту дослідження і таким чином заміщають його, що дає можливість отримати нове знання про об’єкт-оригінал. У системному аналізі моделі є дуже важливим компонентом дослідження та проектування нової системи, і зазвичай використовується множина моделей для забезпечення якісного дослідження системи.

Зв’язок між системою, що моделюється, і нашими знаннями про неї та моделлю ілюструється нижче.

Для опису взаємозв’язків між системою та моделлю використаємо властивість відносності та конкретності стосовно системи. Система S₁ — це первісна система, модель якої необхідно створити. На грунті процесу пізнання системи S₁ шляхом спостережень та (або) проведення обмежених експериментів над нею та попереднього досвіду в свідомості формується образ системи S₁ — система S₂, тобто сукупність знань про систему. Відображення системи S₁ в систему S₂ неповне і має характер гомоморфізму.

Рис. Взаємозв’язок між системою, моделлю та дослідником.

Система S_a відображається гомоморфно в систему S_b, якщо кожному елементу та кожному відношенню (зв’язку) між елементами S_a відповідає один і лише один елемент та відношення (зв’язок) системи S_b, але обернене твердження невірне. Таким чином S_b є гомоморфним образом системи S_a, яка називається прообразом.

Ізоморфізм — це співвідношення між системами тотожньої структури. Між елементами та відношеннями ізоморфних систем існує взаємно однозначне відображення — кожному елементу та відношенню однієї системи відповідає один і тільки один елемент (та відношення) іншої та навпаки.

Моделювання — це ітераційний процес, під час якого уявлення про модель постійно поповнюються та корегуються — можливо, аж до зміни первинних уявлень. Відповідно до цього змінюється модель. Подібність моделі до оригіналу завжди неповна, тобто модель лише приблизно відображає деякі властивості оригіналу. Внаслідок цього реальна система може мати різноманітні гомоморфні моделі, які між собою не будуть ізоморфними. Таким чином поняття гомоморфізму дозволяє теоретично обгрунтувати процес моделювання та множинність моделей системи.

Особливості імітаційних моделей прийняття рішень.

Імітаційні моделі складних систем є найрозповсюдженішими внаслідок своєї універсальності, можливості проведення чисельних експериментів, планування різноманітних змін. В процесі проведення експериментів на імітаційній моделі можливо внесення таких змін:

• в структурі моделі (включити нові елементи та зв’язки, виключити інші);

• моделей поведінки, параметрів моделей;

• параметрів та законів розподілу випадкових факторів;

• значень та зміни в часі зовнішніх (екзогенних) змінних.

Ці змінні використовуються для вибору варіантів при оптимізації системи. Імітаційна модель — це з одного боку зовнішній Описання системи, що діє за принципом “чорної скрині”, і в цій якості використовується для проведення експериментів. З іншої точки зору, елементи імітаційних моделей — це внутрішні описання систем, що можуть функціонувати за принципом аксіоматичних моделей.

Але слід мати на увазі, що імітаційні моделі створюються на зовсім іншому концептуальному грунті — вони не продукт чи об’єкт якоїсь математичної теорії або "чорна скриня", їх основу складають сукупні знання експертів з даної проблеми.

В процесі опрацювання концептуальної схеми моделі системи в якості її елементів використовуються моделі інших класів. Моделі компонент описують локальні механізми поведінки, мають конкретну природу та в багатьох випадках можуть бути отримані в рамках відповідних конкретних дисциплін.

Структура імітаційної моделі відображає систему уявлень експертів про проблему в цілому та методи її дослідження, призначення моделі та її цінність, функціонально-цільові причинно-наслідкові зв’язки між елементами та компонентами системи, відношення системи до зовнішнього середовища.

Імітаційні моделі дозволяють дослідити загальносистемні властивості, поведінку системи в особливих ситуаціях, знайти кращі значення параметрів системи, які до початку дослідження були вільними, прогнозувати поведінку системи в часі. Алґоритмічна структура імітаційних моделей сприяє реалізації різноманітних схем ієрархічного підпорядкування та координації між елементами моделі.

Таким чином імітаційні моделі дозволяють дослідити поведінку великих систем, що не піддаються дослідженню за допомогою інших методів.

Разом з тим слід бути свідомим недоліків імітаційних моделей. По-перше, імітаційні моделі будуються на основі знань дослідника, який переслідує певну мету, тобто зберігається суб’єктивний елемент як в процесі побудови моделі, так і під час проведення експериментів на ній. Крім того, обов’язковим етапом є інтерпретація отриманих результатів, тому що імітаційні моделі не є моделями “пояснюючого” типу.

Аналітичний метод має величезне значення в науці та на практиці (розкладення функцій в ряди, диференційне та інтеґральне числення — в математиці; аналізатори спектрів, дослідження атомів — в фізиці; анатомія — в медицині; конвейерна технолоґія — в виробництві). Однак цілісність системи має величезне значення, що особливо підкреслювалося Р. Акофом. Цілісність при аналізі порушується, при розчленуванні системи втрачаються не лише суттєві властивості системи (“розібраний автомобіль не поїде”), але й зникають й суттєві властивості частин системи (“відділене кермо автомобіля не кермує, відділене око не бачить”). Тому за Акофом результатом аналізу є лише відкриття структури, знання того, як система працює, а не розуміння того, чому і навіщо вона це робить [12].

“Синтетичне мислення вимагає пояснення поведінки системи. Воно суттєвим чином відрізняється від аналізу. На першому кроці аналізу річ, що підлягає поясненню, розділяється на частини; в синтетичному мисленні вона повинна розглядатися як частина великого цілого. На другому кроці аналізу пояснюються складові частини; в синтетичному мисленні пояснюється ціле, до складу якого входить річ. На останньому кроці аналізу знання про частини аґреґується в знання про ціле; в синтетичному мисленні розуміння цілого, що має в своєму складі річ, дезінтеґрується для пояснення частин. Це досягається розкриттям їх ролей та функцій в цілому. Синтетичне мислення відкриває не структуру, а функцію; воно відкриває, чому система працює так, а не те, як вона це робить”[12].

Аналітичний метод дозволяє досягнути найвищих результатів за умови, що ціле вдається розділити на незалежні одна від одної частини, оскільки в цьому випадку їх окремий розгляд дозволяє скласти правильне уявлення про вкладення їх в загальний ефект. Однак випадки, коли система є сумою складових, зустрічаються надзвичайно рідко. Зазвичай вклад частини в загальносистемний ефект залежить і від вкладів інших складових. Внаслідок цього автономно частина може функціонувати якнайкраще, але загалом ефект функціонування буде далеко не найвищим.

Таким чином при аналізі “неадитивних” систем основне значення має дослідження не окремих складових, а їх взаємодії, що є значно складнішим завданням. Ідеалом, остаточною метою аналітичного методу є встановлення причинно-наслідкових зв’язків між явищами. Дещо вважається пізнаним і повністю зрозумілим лише в тому випадку, коли відома його причина (сукупність умов, необхідних та достатніх для реалізації наслідку). Однак така ситуація в багатьох випадках є недосяжною, і навіть в тих випадках, коли є причинно-наслідковий опис, все інше повинне бути виключеним. Для причинно-наслідкового описання не існує поняття оточуючого середовища, оскільки для наслідку нічого, окрім причини, не потрібно (приклад — закон всесвітнього тяжіння, справедливий тоді, коли відсутні всі сили, окрім сили тяжіння).

У випадку складних систем виключення на перший погляд “непотрібних” чи “нецікавих” взаємодій може суттєво порушити адекватність моделі і є в багатьох випадках принципово неможливим. Для описання таких ситуацій використовується дві можливості: або відобразити “безпричинну” компоненту через “об’єктивну випадковість” чи “суб’єктивну невизначеність” (чи їх комбінацію), або виходити з того, що відношення “причина-наслідок” є не єдино можливим способом для описання взаємодії. В останньому випадку застосовується модель “продуцент — продукт”, яка виходить з того, що для здійснення продукту продуцент є необхідною, але не достатньою умовою (для дуба жолудь є продуцентом, оскільки окрім нього для виростання дуба потрібні й інші умови). Таким чином у відношенні “продуцент-продукт” для отримання продукту необхідні й інші умови окрім продуцента, які й утворюють оточуюче середовище. Причинно-наслідковий зв’язок у цьому випадку є граничним ідеальним випадком зв’язку “продуцент-продукт”, до якого можна наблизитися, але досягнути який не завжди можливо.

Таким чином не лише аналітичний метод неможливий без синтезу (аґреґування частин в структуру), але й синтетичний метод неможливий без аналізу (необхідна дезаґреґація цілого для пояснення функцій частин). Аналіз і синтез доповнюють, але не замінюють один одного. Системне мислення суміщає обидва ці методи.

При застосуванні як аналітичного, так і синтетичного підходів виникають обов’язкові кроки, в яких необхідно розкласти ціле на складові (здійснити декомпозицію), або об’єднати складові в ціле (здійснити аґреґування).

Основною операцією аналізу є декомпозиція. Зазвичай об’єкт аналізу є складним, слабо структурованим, погано визначеним, а тому операцію декомпозиції здійснює експерт, і результати, отримані різними експертами, будуть різними.

Якість дерев декомпозиції залежатиме як від кваліфікації експертів, так і від застосованої методики декомпозиції. Зазвичай операція декомпозиції реалізується експертом відносно просто, і основні труднощі виникають при доведенні ненадлишковості та повноти отриманого набору компонентів.

Основою для декомпозиції може служити лише конкретна, змістовна модель системи, що розглядається. Вибір формальної моделі лише підповідає, орієнтує, якого типу повинна бути модель-основа, тобто формальну модель необхідно наповнити змістом, щоб реалізувати декомпозицію. Повнота декомпозиції забезпечується повнотою моделі-основи, тобто насамперед слід забезпечити повноту формальної моделі.

Схема входів орґанізаційної системи, що включає аґреґовані входи, пов’язані з зовнішнім середовищем, надсистемою та підсистемами є повною — ніяких інших входів додати вже неможливо, а видалення будь-якого з наявних позбавить її повноти. Перелік типів потоків в системі включає до свого складу енергетичні, матеріальні, кадрові та інформаційні. Модель життєвого циклу у вигляді “початок-функціонування-закінчення” є формально повною, але мало корисною внаслідок своєї загальності.

Для моделей інформаційних систем характерні наступні особливості.

1. Двоїстість природи мети. З одного боку це мета функціонування власне системи, що моделюється, яка в багатьох випадках описується в вигляді множини критеріїв, що відображають різні її аспекти. З іншого боку, це мета створення моделі (одноразове використання, періодичне використання, використання в контурі управління), що має безпосередній вплив на критерії оцінки адекватності моделі, точності та достовірності модельних результатів.

2. Складність моделі, яку дуже приблизно можна оцінити на основі загального числа елементів певних типів та взаємозв’язків між ними. Крім того, різноманітність елементів та зв’язків між ними для забезпечення виконання одного з головних кібернетичних принципів — принципу необхідної різноманітності — приводить до побудови моделі в вигляді ієрархічної структури.

3. Невизначеність інформаційної системи виявляється і в моделі. Оскільки в багатьох випадках ця невизначеність не має характеру стохастичності, необхідно вводити в такі моделі підсистеми експертного типу, елементи штучного інтелекту та передбачати можливість маніпулювання з нечіткими множинами. Так, для прогнозування курсу валют з успіхом використовуються моделі персептронного типу.

4. Особливістю моделей, які працюють в контурі управління, є адаптованість, тобто здатність цілеспрямовано функціонувати в умовах нестаціонарного середовища, що досягається реалізацією вищенаведеного системного принципу адаптації.

Характерною особливістю правильно побудованої моделі є те, що вона відбиває лише ті аспекти реальної системи, які цікавлять дослідника, тобто є в певному сенсі мінімальною.

Методолоґія — це базове начало системного аналізу (СА). Вона включає визначення понять, що використовуються, принципи системного підходу, а також постановку та загальну характеристику основних проблем орґанізації системних досліджень. Визначення в методолоґії подаються звичайно на словесно-інтуїтивному рівні і, зазвичай, мають властивість конструктивності.

Більшість CASE-засобів проектування інформаційних систем ґрунтується на парадигмі методолоґія—метод—нотація—засіб.

Методолоґія визначає керівні положення для оцінки та обрання проекту ІС, що розробляється, кроки проектування, їх послідовність, правила розподілу та призначення методів.

Метод – це систематична процедура або техніка ґенерації описань компонентів ІС (наприклад, проектування потоків та структур даних).

Нотації призначені для опису структури системи, елементів даних, етапів опрацювання та включають ґрафи, діаграми, таблиці, блок-схеми, формальні та природні мови.

Засоби – це інструментарій для підтримки та посилення методів. Ці інструменти підтримують роботу користувачів в процесі створення та редаґування ґрафічного проекту в інтерактивному режимі, вони сприяють організації проекту в вигляді ієрархії рівнів абстракції, реалізують перевірки компонентів на відповідність.

Методолоґія для побудови та розв’язання системних проблем сама повинна бути системною, а саме [1]:

• скеровувати осіб, що приймають рішення (ОПР), до пояснення взаємодії елементів в системі, розуміючи й те, що деякі елементи можуть діяти незалежно від інших;

• виявляти та пояснювати тенденції до більшої спеціалізації та зменшення зв’язності елементів системи;

• ідентифікувати та впорядковувати домінуючі елементи перед описанням системи як єдиного цілого, орієнтувати на використання обмежених ресурсів насамперед для управління домінуючими елементами;

• при збиранні релевантної інформації про систему використовувати творчі здібності ОПР для визначення бажаного призначення та структури системи, ідентифікації складових частин та формування альтернативних стратеґій втручання;

• орієнтувати на остаточний результат, полегшуючи порівняння альтернатив з метою вибору найприйнятнішої;

• включати механізм оберненого зв’язку з метою аналізу від’ємної ентропії, еволюції та стійкості; як відкрита система методолоґія повинна використовувати інформацію з зовнішнього середовища для перевірки правильності управління системою та модифікації її призначення або дозволяти імітувати реакції зовнішнього середовища.

Незалежно від конкретних етапів та підетапів системного дослідження існують основні структурні елементи, основна послідовність “мета — способи досягнення мети — ресурси”. Мета зазвичай структурується у вигляді дерева (мультидерева) цілей, і в більшості випадків в процесі структуризації реалізується спіральний рух гранями піраміди “цілі — функції — проблеми”.

Х арактер руху при структуризації в системному дослідженні.

В загальному випадку для побудови системи та керування нею необхідна реалізація наступних етапів:

• визначення проблеми;

• ідентифікація призначення системи;

• ідентифікація змінних та взаємних зв’язків між ними;

• ідентифікація функцій та структури системи;

• ідентифікація оточення (середовища існування) системи;

• ґенерація та визначення пріоритетів альтернативних потоків;

• оцінювання ресурсів, необхідних для реалізації кожного з можливих варіантів;

• визначення наявності ресурсів;

• оцінка ефективності варіантів та вибір прийнятної альтернативи, яка може бути реалізована з врахуванням існуючих обмежень;

• реалізація (впровадження) обраної альтернативи та корегування плану

На ґрунті основних наведених понять та термінів, що використовуються при дослідженні складних систем, будуються загальні методики використання цих понять у вигляді методолоґій системного дослідження, що у свою чергу включають певну послідовність кроків. Ця абстрактна схема є деякою послідовністю орієнтуючих дій, тобто дослідження тієї чи іншої конкретної системи може відрізнятися певним чином від наведеної послідовності кроків. Різні автори схильні різним чином визначати послідовність та назви етапів системного дослідження, але за цим для всіх них характерним є єдність поглядів та принципова єдність підходів до поділу СА на етапи [2].

Деталізована послідовність етапів і робіт СА за Ю.І. Черняком

І. Аналіз проблеми

Чи існує проблема? Точне формулювання проблеми; Аналіз лоґічної структури проблеми; Розвиток проблеми (минуле і майбутнє); Зовнішні зв’язки проблеми (з іншими проблемами); Пронципова розв’язальність проблеми

ІІ. Визначення системи

Специфікація задачі; Визначення позиції спостерігача; Визначення об’єкта; Виділення елементів (визначення критеріїв декомпозиції); Визначення підсистем; Визначення середовища

ІІІ. Аналіз структури системи

Визначення рівнів ієрархії; Визначення аспектів та мов; Визначення процесів та функцій; Визначення та специфікація процесів управління та інформаційних каналів; Специфікація підсистем; Специфікація процесів та функцій (рутинних та цілових)

ІV. Формулювання мети системи

Визначення цілей та вимог надсистеми; Визначення цілей та обмежень середовища; Формулювання спільної мети; Визначення критеріїв; Декомпозиція цідей та критеріїв за підсистемами; Композиція загального критерію з критеріїв підсистем

V. Декомпозиція мети, виявлення потреби в ресурсах та процесах

Формулювання цілей верхнього рівня; Формулювання цілей біжучих процесів; Формулювання цілей ефективності; Формулювання цілей розвитку; Формулювання зовнішніх цілей та обмежень; Виявлення потреб в ресурсах та процесах

VI. Виявлення ресурсів та процесів, композиція цілей

Оцінювання існуючої технолоґії та потужностей; Оцінювання біжучого стану ресурсів; Оцінювання біжучих та запланованих проектів; Оцінка можливості взаємодії з іншими системами; Оцінювання соціальних факторів; Композиція цілей

VII. Проґноз та аналіз майбутніх умов

Аналіз стійких тенденцій розвитку системи; Прогноз розвитку та змін середовища; Передбачення появи нових факторів, які виявляють сильний вплив на розвиток системи; Аналіз ресурсів майбутнього; Комплексний аналіз взаємодії факторів майбутнього розвитку; Аналіз можливих зсувів цілей та критеріїв

VIII. Оцінювання цілей та засобів

Розрахунок оцінок за критеріями; Оцінювання взаємної залежності цілей; Оцінювання відносної важливості цілей; Оцінювання дефіцитності та вартості ресурсів; Оцінювання впливу зовнішніх факторів; Оцінювання комплексних розрахункових показників

IX. Відбір варіантів

Аналіз цілей на сумісність та входження; Перевірка цілей на повноту; Відкидання надлишкових цілей; Планування варіантів досягнення окремих цілей; Оцінка та порівняння варіантів; Суміщення комплексу взаємнопов’язаних варіантів

X. Діаґноз існуючої системи

Моделювання технолоґічного та економічного процесу; Розрахунок поьенційної та фактичної потужності; Аналіз втрат потужності; Виявлення недоліків в орґанізауії виробництва та керування; Виявлення та аналіз заходів з вдосконалення орґанізації

XI. Побудова комплексної програми розвитку

Формулювання заходів, проектів та програм; Визначення черговості цілей та заходів з їх досягнення; Розподіл сфер діяльності; Розподіл сфер компетенції; Розроблення комплексного плану заходів за умов дії обмежень в часі та за ресурсами; Розподілення по відповідальних орґанізаціях, керівниках та виконавцях

XII. Проектування орґанізації для досягнення мети

Призначення цілей орґанізації; Формулювання функції організації; Проектування орґанізаційної структури; Проектування інформаційних механізмів; Проектування режимів роботи; Проектування механізмів матеріального та морального стимулювання

Варіант методолоґії СА, запропонований Ю. І. Черняком, є певною мірою синтетичним і враховує всі етапи інших класифікацій, побудований за принципом лоґічної послідовності етапів системного дослідження, які пов’язані з основними положеннями теорії систем, по суті максимальною класифікацією. Розглянемо коротко особливості укрупнених етапів.

Питання про те, чи існує взагалі проблема, є надзвичайно важливим, оскільки застосування величезних зусиль до розв’язання неіснуючих проблем є доволі звичним випадком. Це пояснюється тим, що існують проблеми-привиди, які можуть маскувати інші, дійсно важливі та актуальні проблеми. Окрім того, правильне та достатньо точне формулювання проблеми є першим та необхідним етапом будь-якого системного дослідження.

Для побудови системи проблему необхідно піддати декомпозиції, тобто розкласти на комплекс чітко сформульованих завдань. Позиція спостерігача (аналітика) в принципі визначає критерій розв’язання проблеми. Визначення об’єкта в деяких випадках може скласти основну складність дослідження.

Довільність в процесі виділення підсистем та процесів, що реалізуються в системі, може привести до того, що системне дослідження буде невдалим. В складних системах з участю людей структурні співвідношення не лише не є очевидними, але й заховані за відношеннями адміністративної підпорядкованості. Рутинні цілі та процеси в багатьох випадках затуляють цілі та процеси розвитку, а тому потрібно відділяти їх одне від одного.

Формулювання мети організації неможливе шляхом опитування “суспільної думки”, а є складною лоґічною процедурою, що реалізується в межах системного аналізу та теорії систем і вимагає знання досліджуваної предметної області.

В складних системах мета в більшості випадків є віддаленою від конкретних засобів її досягнення, і “наближення” реалізується узгодженням мети з засобами її досягнення шляхом декомпозиції цілей. Це є однією з найважливіших складових системного аналізу і реалізується за допомогою методу дерева цілей.

СА застосовується в першу чергу до розв’язання стратеґічних проблем, а тому повинен враховувати майбутнє. Майбутні відкриття, ресурси, система майбутніх соціальних цінностей радикальним чином можуть вплинути на функціонування системи, а тому проґнозування є однією з найважливіших та найскладніших складових СА.

Велика кількість діючих в СА факторів (соціальні, політичні, моральні, етичні та ін.) не піддається кількісному вимірюванню, а враховується експертним шляхом. Оскільки СА в основному оперує слабоструктурованими чи неструктурованими даними, отримання та опрацювання експертних оцінок є необхідним етапом СА.

Корегування цілей з метою виявлення основних дозволяє звузити множину варіантів та привести їх у відповідність з наявними ресурсними обмеженнями.

В більшості випадків СА скерований на покращення функціонування існуючих систем, а тому виявлення важливих проблем управління та тактичних цілей є предметом діаґностичного дослідження та аналізу системи керування.

Формування комплексних програм в цій методолоґії має за мету “переклад” результатів СА мовою конкретних заходів, що повинні бути реалізовані для досягнення поставленої мети. В певних випадках може виявитися необхідність проектування додаткових структур управління або перепроектування існуючих.

Методолоґія системного дослідження, орієнтована насамперед для дослідження існуючих систем та виявлення проблем, включає до свого складу наступні кроки [4] .

Крок І. Формування загальних уявлень про систему.