Тема 2. Основні поняття системного аналізу
Принципи системного підходу
2.2. Матеріальна або нематеріальна система
2.3. Поняття, що характеризують склад та функціонування систем
2.1. Принципи системного підходу
Формулювання вимог до системи та до методології розв'язування проблем досягається шляхом визначення основних положень, або принципів системного підходу, які є досить загальними твердженнями, що узагальнюють досвід роботи людини зі складними системами. Такими принципами є наступні:
Принцип остаточної (глобальної) мети: глобальна мета системи має абсолютний пріоритет;
Принцип єдності: сумісний розгляд системи і як цілого, і як сукупності компонентів (елементів, підсистем, системотворчих відношень);
Принцип зв'язності: довільна компонента системи розглядається сумісно з її зв'язками з оточенням;
Принцип модульності: в багатьох випадках в системі доцільно 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 напівпорядок) 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.
Принцип остаточної (єдиної, генеральної, глобальної) мети означає, що в системі все повинно бути спрямоване на досягнення призначення, підпорядковане глобальній меті. Будь-які зміни, удосконалення та управління повинні оцінюватися виходячи з того, чи сприяють вони досягненню остаточної мети. В дещо модифікованому вигляді принцип остаточної мети застосовується до систем, що не є цілеспрямованими – для таких систем поняття остаточної мети замінюється поняттям основної функції, основної властивості системи. Принципи єдності, зв'язності та модульності доволі тісно пов'язані між собою, але якщо принцип єдності відображає «погляд ззовні» на систему, то принцип зв'язності орієнтує на «погляд зсередини» системи. На різних етапах дослідження системи ці погляди можуть знаходитися у різному співвідношенні.
Принцип модульності вказує на можливість розгляду замість частини системи сукупності входів та виходів цієї частини, тобто дозволяє абстрагуватися від зайвої деталізації за умови збереження можливості адекватного описання системи.
Принцип ієрархії акцентує увагу на корисності відшукання або створення в системі ієрархічного характеру зв'язків між її елементами, цілями, модулями. Ієрархічні системи, зазвичай, створюються та досліджуються «згори», починаючи з аналізу модулів вищих рівнів ієрархії. У випадку відсутності Ієрархії дослідник повинен вирішити, в якому порядку він буде розглядати складові системи та напрямок конкретизації своїх уявлень.
Принцип функціональності стверджує, що довільна структура тісно пов'язана з функціями системи та її складових, і створювати (досліджувати) структуру необхідно після зрозуміння функцій системи. З практичної точки зору це означає, що у випадку надання системі нових функцій доцільно переглядати її структуру, а не прагнути «втиснути» нову функцію в стару структуру.
Принцип розвитку повинен закладатися при побудові штучних систем як здатність до вдосконалення, розвитку системи за умови збереження якісних особливостей. Межі розширення функцій та модернізації повинні бути чітко усвідомленими творцями штучної системи, тому що існують доцільні межі універсальності системи. Можливості для розвитку закладаються шляхом надання системі властивостей до самонавчання, самоорганізації, штучного інтелекту.
Принцип децентралізації орієнтує на розумний компроміс між повною централізацією та наданням здатності реагувати на певні дії частинам системи. Система з повною централізацією буде негнучкою, нездатною до пристосування; ймовірно, що в такій системі інформаційні канали, що ведуть до керуючого елементу, виявляться перевантаженими, а сам керуючий елемент буде нездатним опрацювати таку велику кількість інформації. Однак чим децентралізованішими будуть рішення в системі, тим складніше їх узгодити з точки зору досягнення глобальної мети. Досягнення спільної мети в сильно децентралізованій системі може забезпечуватися лише стійким механізмом регулювання, що не дозволяє сильно відхилитися від поведінки, яка веде до досягнення спільної мети. В усіх таких випадках діє сильний зворотний зв'язок.
В системах, що не мають стійких механізмів регулювання, наявність того чи іншого рівня централізації є необхідністю, і це пов'язане з оптимальним співвідношенням керуючих дій, які отримуються «згори» певним елементом з діями, що продукуються цим елементом самостійно.
Системний аналіз виник у відповідь на вимоги практики, що поставила нас перед необхідністю вивчати і проектувати складні системи, управляти ними в умовах неповноти інформації, обмеженості ресурсів, дефіциту часу. Достатньо узагальнене визначення системного аналізу – це сукупність методологічних засобів, що використовуються для підготовки та обґрунтування рішень зі складних проблем політичного, соціально-економічного, екологічного, науково-технічного та іншого характеру. Системний аналіз – це синтез ідей і принципів теорії дослідження операцій, методів теорії керування з можливостями сучасної комп’ютерної техніки. Можна сказати, що системний аналіз – це сучасний етап розвитку цих дисциплін. Слово «система» і пов'язані з ним терміни отримали широке розповсюдження. Це відбулося тому, що на перший план все більш і більш виступає необхідність вивчення складних комплексів (систем). Особливо важливу роль тут грають формалізовані моделі та методи системного аналізу, що спрямовані на вирішення прикладних, практично важливих задач в різних сферах діяльності людини – в гуманітарній сфері: економіці, соціології та демографії, екології, в природознавстві: фізиці, техніці, біології, та ін. Така необхідність визначається новими, більш досконалими підходами до розгляду складних процесів, ускладненням створюваних програмно-технічних комплексів, пристроїв, технологій, з якими працюють системні аналітики, економісти, соціологи, екологи та інші фахівці.
При дослідженні систем доводиться ставити і вирішувати як добре формалізовані в математичних термінах задачі, так і "слабо структуровані задачі", що формулюються на природній мові і вирішувані евристичними засобами. Головне досягнення системного аналізу полягає в розробці методів переходу від неформальних задач до формальних, від моделей типу "чорної скриньки" до моделей типу "білої скриньки". Більшість цих методів не формалізується (в математичному значенні), але вони достатньо конкретні і придатні для практичного використовування. У відповідь на потреби вивчення складних систем виникла дисципліна «системний аналіз». Її, як це вже підкреслювалося, природно вважати подальшим розвитком дослідження операцій і теорії керування, оскільки однією з центральних проблем системного аналізу є проблема прийняття рішень. В більшості випадків аналіз складних систем неможливий без використання комп’ютерної техніки. Тому прикладні методи та моделі системного аналізу основані на процедурах та алгоритмах, що розраховані на її використання.
Термін «системного аналізу» в російській мові не має точного аналога в іноземних мовах. На початку шестидесятих років в США з'явився термін «system analysis» для позначення виникаючої тоді техніки аналізу складних систем, що розвивала перш за все методи дослідження операцій і вивчаючої, зокрема, ті способи представлення інформації, які полегшують досліднику формулювання мети операції. Дослідник операцій в закордонній літературі позначався словом «analyst». Для того, щоб підкреслити особливість кваліфікації фахівця, що займається аналізом і проектуванням складних систем, стали використовувати термін «system analyst». Таким чином, термін «system analysis» було слід би перевести як «аналіз систем», але його одного разу перевели як «системний аналіз», оскільки на англійську мову обидва ці терміну переводяться однаково. Термін «системний аналіз» несе набагато більше смислове навантаження: цим терміном називають велику самостійну дисципліну. Помітимо, що і в даний час термін «system analysis» розуміється в західних країнах як аналіз систем, як сукупність більш менш простих рецептів дослідження конкретних систем. В СРСР стала виникати синтетична дисципліна, що містить не тільки конкретні прийоми представлення інформації, але і фундаментальні розділи теорії.
Разом з терміном «системний аналіз» велике розповсюдження отримав і термін «теорія систем». Не дивлячись на широке використовування цього терміну, його єдине розуміння відсутнє. Так само не вдається визначити достатньо чітко і сам термін «система». Але системний аналіз і теорія систем ще не вичерпують ту «системну термінологію», яка виникла в останні десятиріччя. Існує ще одне поняття – «системний підхід», – ще більш розпливчате і нечітке. Проте воно відображає певні тенденції, які стали особливо помітні в останні десятиріччя.
Почнемо з розгляду штучних, тобто створюваних людиною, систем. Будь-яка діяльність людини носить цілеспрямований характер. Найбільш чітко це простежується на прикладі трудової діяльності. Мета, яку ставить перед собою людина, рідко досягається тільки завдяки його власних можливостей або зовнішніх засобів, які він має в даний момент часу. Такий збіг обставин називається проблемною ситуацією. Прикладом такої ситуації, що вимагає створення інформаційних (інтелектуальних) систем, є випадок, коли звичайні засоби збору і переробки інформації не забезпечують необхідної повноти і швидкості її обробки, що значно знижує якість прийняття управлінських рішень.
Проблемність існуючого положення усвідомлюється в декілька "стадій": від смутного відчуття, що "щось не так", до усвідомлення потреби, потім до виявлення проблеми і, нарешті, до формулювання мети. Мета – це суб'єктивний образ (абстрактна модель) неіснуючого, але бажаного стану середовища, який би вирішив дану проблему. Тому система (штучна) – це засіб досягнення мети.
Це визначення штучної системи висуває на перший план цільову підлеглість всіх сторін організації системи, Проте навіть на простих прикладах виявляються складнощі: відповідність між метою і системами не завжди однозначно (одна система може бути пов'язана з декількома прагненнями, одній меті можуть відповідати різні системи) і не завжди очевидно (виявити дійсну мету існуючої системи непросто). Проте цільове призначення системи – це її початкова, головна властивість.