ТЕОРИЯ СИСТЕМ и СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

оптимальный вариант. Затем происходит согласование выбранных вариантов и их агрегация в варианты вышестоящих подсистем. Полученные агрегированные варианты также обобщаются до тех пор, пока не будет сформирован вариант всей системы в целом. Недостаток данной стратегии состоит в том, что при выборе вариантов учитываются только локальные критерии эффективности и результирующее решение может быть слишком далеко от глобального оптимума.

При использовании нисходящей стратегии сначала выбирается оптимальный обобщенный вариант всей системы в целом. Затем осуществляется выбор оптимальных вариантов для подсистем второго уровня с учетом выбранного варианта первого уровня. Аналогичным образом выбираются варианты следующих уровней. Основным недостатком данной стратегии является то, что на верхнем уровне может быть выбран нереализуемый обобщенный вариант, для которого не удается найти варианты подсистем, удовлетворяющие ограничениям, накладываемым этим вариантом.

Более гибкой является смешанная стратегия, в соответствии с которой происходит прохождение иерархии «сверху вниз с возвратом». В случае если для какой-либо подсистемы не удается найти вариант, удовлетворяющий ограничениям материнской подсистемы, осуществляется возврат на предыдущий уровень и выбирается вариант, накладывающий менее жесткие ограничения на дочерние подсистемы. Если этот, более «мягкий», вариант материнской системы нарушает ограничения подуровня, в который она входит, то осуществляется переход к еще более высокому уровню с тем, чтобы «ослабить» ограничения подуровня и т. д.

Реализация решений и оценивание результатов. Данный этап на-

чинается с организации выполнения принятых решений. Это не менее важная часть проекта, чем выработка решений. Необходимо разработать обеспечивающие комплексы. Результатом создания нормативноправового обеспечения являются документы, которые создадут правовую основу для внедрения решений. Создание организационного обеспечения заключается в разработке системы управления реализацией проекта. В ходе создания финансового обеспечения выявляется потребность в финансовых ресурсах, определяются источники их покрытия, разрабатывается инвестиционный план.

Следует разработать план мероприятий по внедрению решений с учетом имеющихся ресурсов и сроков внедрения. В ходе его разработки требуется: распределить весь процесс на этапы; распределить обязанности (ответственность) и назначить исполнителей на каждом этапе; определить состав и количество необходимых ресурсов; распределить ресурсы по

121

этапам; установить даты начала и завершения каждого этапа, принимая в расчет их согласованность между собой и возможность поступления ресурсов.

Немаловажной частью подготовки к реализации плана работ является выявление потенциальных рисков, составляющих угрозу его срыва или ненадлежащего выполнения. Управление рисками включает в себя: идентификацию предполагаемых рисков (технических, правовых, организационных и т. д.); оценку рисков по критериям вероятности и значимости; классификацию по степени терпимости; разработку мер по снижению или нейтрализации рисков.

В ходе реализации разработанной программы мероприятий необходимо осуществлять мониторинг с тем, чтобы в случае отклонения от плана, вовремя внести коррективы. По окончании выполнения программы необходимо дать оценку последствий ее реализации.

Рассмотренная базовая методология системного анализа не накладывает никаких ограничений на используемые методы и модели. На ее основе разрабатываются различные прикладные методологии, в основе каждой из которых лежит некоторая модель предметной области, вокруг которой и организуется весь процесс системного анализа. Прикладные методологии более детальны и конкретны по сравнению с базовой, однако, как правило, они охватывают не все этапы системной последовательности, акцентируя внимание лишь на некоторых. Все прикладные методологии можно условно разделить на две группы: структурного анализа и логического анализа. Ниже (в пп. 3.2, 3.3) будут рассмотрены наиболее яркие представители обеих групп методологий.

3.1.3. Методы организации экспертиз

Базовая методология системного анализа оставляет за системным аналитиком выбор методов, используемых на том или ином этапе. Могут быть привлечены любые методы, в том числе описанные в главе 2. При этом большинство методов предполагает выявление мнений экспертов. Это могут быть не только экспертные оценки систем (подсистем) или вариантов их реализации, но и идеи, предложения, используемые для выработки решений. Сама процедура выявления мнений экспертов может быть организована по-разному. Разработан ряд методов организации экспертиз

– от методов экспертного опроса, таких как анкетирование, интервьюирование, организация дискуссий, до методов активизации мышления, использующихся для выработки новых, нестандартных решений. Некоторые из этих методов рассматриваются ниже.

122

Нужно подчеркнуть, что методы активизации мышления не связаны ни с какими конкретными методологиями, в них делается акцент на способы организации группового или индивидуального поиска решений, т. е. определяется не что должны оценивать или предлагать эксперты, а как, каким образом они должны это делать. Например, метод мозговой атаки может быть использован и для построения дерева целей, и для анализа причин возникновения проблем, и для формирования структуры проектируемой системы, и для разработки сценариев развития ситуаций и др.

Мозговая атака (мозговой штурм). Метод представляет собой групповое обсуждение с целью получения новых идей, вариантов решений проблемы. Характерной особенностью этого вида экспертизы является его использование в трудных тупиковых ситуациях, когда известные пути и способы решения оказываются непригодными. Суть метода состоит в том, что при коллективном поиске решения некоторой задачи в условиях благоприятного для творчества микроклимата происходит как бы цепная реакция идей, приводящая к интеллектуальному взрыву.

При использовании метода мозговой атаки целесообразно использовать следующие принципы [37, 45, 56]:

сознательное генерирование как можно большего количества вариантов. Предпочтение отдается количеству идей, а не качеству (идеи высказываются кратко – без обсуждения);

запрет критики любой идеи, какой бы дикой она ни казалась. Не рекомендуется отбрасывать альтернативы, кажущиеся, на первый взгляд, абсурдными, надуманными;

предпочтительное использование не систематического логического мышления, а фантазии, ассоциаций, образного мышления;

комбинирование или усовершенствование идей, предложенных участниками мозговой атаки.

При организации работ на этапе генерации альтернатив необходимо помнить о существовании факторов, как тормозящих работу, так и способствующих ей. К числу негативных факторов можно отнести психологическую несовместимость экспертов, инертность мышления, эмоциональные преграды, плохое физическое состояние, неблагоприятные условия и т. д. Продуктивному мышлению способствует юмор, смех, свободные дружеские отношения.

Наиболее эффективное число участников для проведения сеанса мозговой атаки 5–12 человек. При этом число специалистов по решаемой задаче должно быть не более половины. Желательно участие в группе женщин, т. к. они не только оригинально мыслят, но и повышают дух соревнования среди мужчин. Результативность совещания в большой мере зависит

123

от ведущего. Он должен обеспечить соблюдение участниками всех правил проведения мозговой атаки, следить, чтобы обсуждение не прерывалось и не шло в слишком узком направлении Фиксирование идей осуществляется либо стенографистом, либо с помощью диктофона или магнитофона.

Полная продолжительность сеанса мозговой атаки составляет 1,5–2 часа. Рекомендуется следующий порядок: ознакомление участников с правилами (5–10 минут); постановка задачи ведущим (10–15 минут); проведение мозговой атаки (20–30 минут); перерыв (10 минут); составление отредактированного списка идей (30–45 минут).

При оформлении результатов все идеи желательно разделить на три группы: наиболее приемлемые (легко реализуемые); наиболее эффективные (перспективные); прочие.

Существуют различные модификации метода мозговой атаки, в частности: обратная атака, целью которой является выявление в существующих системах максимального числа недостатков; комбинированная атака (сначала обратная, потом прямая или сначала обратная, потом прямая); мозговая атака с оценкой идей; письменные варианты, например, метод анкетирования Кроуфорда, метод номинальных групп [57]. Письменные варианты мозговой атаки предполагают изложение участниками своих идей в письменной форме. Преимущество такой процедуры заключается в том, что отсутствует доминирование наиболее активных участников группы. Как правило, после того, как каждый анонимно выскажет свое мнение, составляется общий перечень идей, которые затем обсуждаются, дополняются, ранжируются.

Метод Дельфи. Этот метод может использоваться как для генерирования вариантов решения задачи, так и для экспертного оценивания вариантов на качественном уровне. Метод предполагает анонимность и физическое разделение членов группы, созданной для решения некоторой проблемы. Цель такого разделения — избежать некоторых потенциальных «ловушек» группового принятия решений, таких как присоединение к мнению наиболее авторитетного специалиста, следование за мнением большинства, нежелание отказаться от публично выраженного мнения. Устранение подобных психологических трудностей дает возможность свободно высказываться и прислушиваться к критике, не связанной с персональной конфронтацией.

Метод Дельфи предполагает проведение нескольких туров. На первом туре членам творческой группы (экспертам) раздаются анкеты с вопросами, качающимися решаемой задачи. После того как каждый эксперт анонимно выскажет свое мнение, ответив на вопросы предложенной ему анкеты, суждения экспертов обрабатываются с целью выделения среднего

124

(медианы) и крайних значений. На втором туре экспертам сообщаются результаты обработки первого тура опроса с указанием расположения мнений каждого эксперта относительно среднего. Если мнение эксперта сильно отклоняется от среднего значения, то его просят аргументировать свое мнение или изменить. Собранные результаты второго тура обрабатываются. Если разброс оценок слишком велик, может быть принято решение о проведении следующего тура. Такая процедура повторяется несколько раз до достижения приемлемой сходимости оценок экспертов. Хотя теоретически число циклов не ограничено, на практике обычно выполняется три-четыре итерации [54].

Вся работа проводится под руководством отдельной управляющей группы, в которую входят системные аналитики и лицо, принимающее решения. Анонимность экспертов сохраняется до конца работы.

Недостатками метода Дельфи являются: длительность экспертизы, связанная с организацией повторных опросов; необходимость неоднократного пересмотра экспертом своих ответов, что иногда вызывает отрицательную реакцию [37].

Существует ряд модификаций метода Дельфи. В некоторых их них экспертам присваиваются весовые коэффициенты значимости их мнений, вычисляемые на основе предшествующих опросов и уточняемые от тура к туру. Эти коэффициенты учитываются при получении обобщенных результатов. В последние годы создано программное обеспечение, поддерживающее процедуру Дельфи в сетевой конфигурации персональных компьютеров [54].

Эвристические приемы. Большинство эвристических приемов изобретательской деятельности разработано для проектирования технических систем в рамках таких научных дисциплин, как системотехника, методы инженерного творчества. Однако они могут быть использованы для синтеза систем любой природы.

В методе Десятичная матрица Повилейко [58] предлагается к каж-

дой из десяти групп показателей проектируемого изделия (геометрических, конструктивно-технологических, эксплуатационных, экономических, показателей надежности и т. д.) применить десять эвристических приемов:

неология – использование уже созданной системы (компонента, процесса, формы, конструкции), используемой в других отраслях, применительно к проектируемому изделию;

адаптация – приспособление известной системы для конкретных условий (характеристики исходной системы изменяются не более чем вдвое);

мультипликация – гиперболизация или миниатюризация, т. е. умножение параметров исходной системы в несколько раз;

125

дифференциация – разделение функций и элементов системы в пространстве, во времени;

интеграция – объединение, совмещение (технологическое, пространственное, временное) функций и элементов;

инверсия – переворачивание, обращение функций, конструкции и расположения элементов;

импульсация – организация прерывистых процессов (периодических, апериодических);

динамизация – проектирование системы с изменяющимися параметрами;

аналогия – отыскание сходства, подобия с различными системами;

идеализация – представление идеального решения.

На использовании приема аналогии основан метод синектики [2, 54]. Суть данного метода состоит в систематическом направленном обсуждении группой специалистов любых аналогий (спонтанно возникающих в беседе) с подлежащей решению проблемой. При этом используются различные виды подобия – прямое, косвенное, условное. Предлагается даже экспертам «поставить себя на место проектируемого механизма». Результатом поиска аналогии является метафора, «отвечающая» на поставленный вопрос.

3.2. Методологии структурного анализа систем

3.2.1. Сущность структурного анализа

Сущность структурного подхода заключается в построении многоуровневой иерархической структуры исследуемой системы на основе использования отношений «целое-часть», что позволяет рассматривать систему на разных уровнях абстрагирования (по типу страт7). Анализируется не проблема, т. е. не причины ее возникновения или способы ее решения, а сама проблемосодержащая система. Декомпозиция системы позволяет подробно рассмотреть, как она устроена, из чего состоит, как работает. Главное здесь – наглядность представления структуры системы. Неслучайно для ее отражения используются схемы, графы, диаграммы, построенные с использованием некой графической нотации. Системному аналитику, имеющему в своем распоряжении подобную модель, проще уяснить проблему, локализовать ее.

7 Здесь понятие страты трактуется широко: используется главный принцип – на разных стратах представлена одна и та же система, но с разной степенью детальности. Однако языки описания, используемые на разных стратах, не обязательно должны принципиально различаться.

126

В контуре системной последовательности принятия решений методологии структурного анализа используются, прежде всего, на этапе анализа ситуации. Дескриптивная модель существующей системы (модель «Как есть», As is, объяснительная) может выступать в качестве основы для сравнительного, ретроспективного и других видов анализа. Однако структурный подход может использоваться и на этапе выработки решений системной последовательности – для построения модели проектируемой проблеморазрешающей системы (модели «Как должно быть», To be, нормативной). Причем стратифицированное представление позволяет формировать структуру системы методом последовательного приближения – от общей концепции к детальному представлению. При этом может быть построено несколько моделей, отражающих различные варианты структуры проектируемой системы. Построенные структуры могут выступать в качестве основы для сравнения и оценки вариантов реализации создаваемой системы.

Тем не менее способы перехода от модели «Как есть» к модели «Как должно быть», как правило, в методологиях структурного анализа либо вообще не определены, либо слабо формализованы. Поэтому для поиска путей решения проблем и достижения поставленных целей необходимо привлекать другие методы и методологии (например, методологии логического анализа).

Большинство методологий структурного анализа, в частности описываемые ниже ИСМ и IDEF0, используют функциональную декомпозицию. Система и ее подсистемы при этом рассматриваются как процессы (работы, операции), осуществляющие некоторые преобразования. Формируемое дерево процессов представляет собой модель функционального состава системы, т. к. выделение той или иной подсистемы осуществляется в соответствии с тем, какую функцию она должна выполнять, что она должна делать. То, как, каким образом, с помощью каких ресурсов подсистема выполняет свою функцию, представляется в виде структурированного описания. Как правило, при этом используется некий шаблон (классификатор). Так, в методологии ИСМ для каждой подсистемы определяются структурные элементы – предметы деятельности, средства деятельности, субъекты деятельности и конечные продукты. В методологии IDEF0 используются четыре группы элементов, составляющих интерфейс функциональных блоков, – вход, выход, механизм и управление.

Существенным элементом формируемых моделей структуры являются взаимосвязи между подсистемами. В различных методологиях вопрос о типе связей, включаемых в модель, решается по-разному. Так, модель ИСМ отражает материальные, энергетические и информационные

127

потоки между подсистемами, в том числе между подсистемами исследуемой системы и окружающей среды. В модели IDEF0 связи между функциональными блоками носят характер ограничений на деятельность блока, в том смысле, что они показывают, какие элементы необходимы для его деятельности, при этом эти элементы необязательно должны передаваться извне с некоторым потоком. В любом случае, какие бы связи в модели не отражались, общим является то, что степень детальности их описаний, так же, как и описаний подсистем, возрастает при переходе от верхних уровней к нижним. По сути, происходит декомпозиция не только подсистем, но и связей.

Модели структурного анализа могут отражать не только статический, но и динамический взгляд на систему. Так, методология IDEF3 позволяет отражать последовательность выполнения работ, составляющих некоторый сложный процесс, включая всевозможные варианты ветвления и слияния потоков работ.

Основным преимуществом методологий структурного анализа является наглядность представления структуры существующей либо проектируемой системы, основным недостатком – отсутствие выразительных средств отражения причинно-следственных связей между проблемой (целью) и средствами ее разрешения.

3.2.2. Методология ИСМ

Теория иерархических содержательных моделей (ИСМ) [42–44] разработана одним из авторов данного пособия в 1970–80-е гг. Основная идея состоит в использовании декларативной иерархической модели исследуемой системы (предприятия) в качестве основы для формирования моделей принятия решений – дерева целей, дерева вариантов, дерева решений. Декларативная модель формируется путем декомпозиции предметной области, включающей помимо объекта моделирования (системы) и окружающую среду, с помощью стандартных оснований декомпозиции. Между выделяемыми системами устанавливаются связи (материальные, энергетические, информационные потоки).

Рассмотрим основные шаги процесса декомпозиции.

1. Выделяются объект моделирования (ОМ) и окружающая среда (ОС), а также четыре агрегированных связей: ОМ→ОС, ОС→ОМ, ОМ→ОМ и ОС→ОС (рис. 3.3, а). Последняя связь (помеченная на рисунке пунктиром) является несущественной для целей моделирования и поэтому в дальнейшем не рассматривается.

128

в

Рис. 3.3. Связи подсистем:

а– объекта моделирования и среды; б – объекта управления, системы управления

исреды; в – подсистем социальной деятельности объекта моделирования и среды

2.В объекте моделирования выделяются: объект управления (ОУ) и система управления (СУ), обменивающиеся с друг другом, с самими собой и с окружающей средой информацией, материей (продукцией, сырьем, материалами и т. д.) и энергией (см. рис. 3.3, б).

3.Объект моделирования и среда декомпозируются на так называемые подсистемы социальной деятельности (см. рис. 3.3, в). В ОУ выделяются подсистемы «Производство», «Население» (социальная деятельность, направленная на персонал), «Природа» (природоохранная деятельность). В окружающей среде выделяются: «Вышестоящие системы управления (ВС)», «Производство'» (поставщики, потребители), «Население'» (социальное окружение), «Природа'» (географическое окружение). Между выделенными подсистемами устанавливаются связи. Примеры связей:

«Производство → Производство'» – продукция, услуги; «Производство' → Производство» – сырье, материалы; «СУ → Производство» – приказы, распоряжения;

«СУ → ВС» – отчетная документация, запрашиваемые данные; «Производство → Природа'» – выбросы, загрязнения; «Население' → Население» – нанимаемые работники.

129

4.Подсистема ОМ «Производство» декомпозируется на «Основное производство» и «Вспомогательное производство», а подсистема среды «Производство'» – на «Потребители» и «Поставщики». Устанавливаются связи между полученными подсистемами.

5.Основное производство декомпозируется на подсистемы, соответствующие производству различных конечных продуктов, а вспомогательное производство – на подсистемы, соответствующие различным видам обеспечивающей деятельности (снабжение, сбыт, техническое обслуживание, обеспечение энергоресурсами и т. д.). Кроме того, в рамках подсистем среды «Потребители» и «Поставщики» выделяются конкретные организации. Связи между ОМ и средой, а также между подсистемами ОМ также конкретизируются.

6.Выделяются для ранее полученных подсистем ОУ технологические стадии производства (технологические операции) и определяются связи между стадиями. На рис. 3.4 приведены типовые структуры технологической сети.

7.Система управления декомпозируется на подсистемы, осуществляющие управление выделенными подсистемами ОУ.

8.Выделяются подсистемы СУ, соответствующие различным функциям управления (планирование, оперативное управление, контроль) и этапам переработки информации (сбор, передача, хранение, обработка, выдача информации), описываются их связи.

а

б

Рис. 3.4. Типовые технологические структуры:

а– последовательная; б – расходящаяся («дерево»); в – сходящаяся;

г– структура с реверсом

Помимо описанных оснований декомпозиции могут быть использованы и следующие: выделение пространственно обособленных подсистем; выделение этапов жизненного цикла; выделение различных способов производства; выделение частей, соответствующих функционированию и

130