ТЕОРИЯ СИСТЕМ и СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

•связь по управлению – выход вышестоящего блока направляется на управление нижестоящего (например, один блок вырабатывает план, предписывающий, что и как должен делать другой блок);

•обратная связь по входу – выход нижестоящего блока направляется на вход вышестоящего (например, результатом функции контроля качества может быть отбракованный продукт, который передается на вторичную переработку);

•обратная связь по управлению – выход нижестоящего блока направляется на управление вышестоящего (например, результат корректировки проекта может передаваться на повторную реализацию проекта);

•связь «выход-механизм» – выход одного блока направляется на механизм другого (например, один блок подготавливает ресурсы, необходимые для работы другого блока).

На диаграмме декомпозиции, приведенной на рис. 3.12, присутствуют первые два типа связей. Пример связи по входу – дуга «Продукт», являющаяся результатом блока А2 «Изготовление продукта» и предметом деятельности для блока А3 «Доставка продукта». К связи по управлению относится дуга «Заказ», являющаяся результатом блока А1 «Прием заявки» и управлением для блоков А2 и А3, т. к. она показывает соответственно, каким должен быть изготавливаемый продукт (в заказе должны быть указаны тип, цвет, размеры и др. характеристики продукта) и кому готовый продукт должен быть доставлен (в заказе указывается имя, адрес, телефон клиента).

Дуги (как внешние, так и внутренние) могут разветвляться в случае, если одни и те же данные или объекты могут использоваться сразу в нескольких функциональных блоках либо разные части выходных данных (объектов) направляются разным блокам. Каждая из ветвей может представлять один и тот же объект или различные объекты одного и того же типа. Например, на диаграмме, приведенной на рис. 3.12, дуга, идущая от портового узла М1 «Персонал», разветвляется на три ветви – «Отдел приема заявок», «Цех» и «Отдел доставки», являющиеся соответственно механизмами блоков А1, А2 и А3.

Кроме того, дуги могут сливаться. Например, разные блоки могут вырабатывать одинаковые или однородные данные (объекты), которые в дальнейшем используются или перерабатываются в одном месте.

После того как будет построена модель декомпозиции первого уровня, каждый из блоков этой диаграммы также может быть декомпозирован. Пример иерархии функциональных блоков («дерева узлов») приведен на рис. 3.13.

141

А0 Создание продукта

Рис. 3.13. Пример дерева узлов

Построение диаграмм нижестоящих уровней осуществляется аналогично процедуре построения диаграммы первого уровня.

На конечном этапе разработки модели к каждой диаграмме может быть приложена страница с сопроводительным текстом и глоссарий. Глоссарий содержит подробную информацию об элементах модели [59].

3.3. Методологии логического анализа систем

3.3.1. Сущность логического анализа

Логический анализ акцентирует внимание на поиске причинноследственных связей между проблемами и их причинами (или следствиями), между целями и средствами их достижения. В его основе лежит модель типа слоев. Анализу при этом подвергается не проблемосодержащая система, а непосредственно проблема – каковы логические причины ее возникновения, к каким последствиям она может привести, каковы пути ее устранения. Аналогично при проектировании проблеморазрешающей системы анализу подвергается не воображаемая проектируемая система, а цель системы – с помощью каких средств она может быть достигнута, какие решения могут привести к цели и к разрешению проблемы.

К методологиям логического анализа относятся, прежде всего, методологии, основанные на построении дерева целей8. В [1] приводится обзор методик построения дерева целей, базирующихся на различных концепциях (концепции деятельности, концепции стремления к идеалу, кон-

8 Тот факт, что методология ИСМ также позволяет формировать дерево целей, тем не менее, не означает, что она относится к методологиям логического анализа, т. к. изначально формируется иерархическая структура системы, дерево целей же «накладывается» на структуру.

142

цепции, учитывающей среду целеполагания и т. д.). В основном, они отличаются используемыми основаниями декомпозиции и последовательностью их применения. Ряд методик предполагают, помимо собственно построения дерева, его анализ с помощью различных процедур сравнения и оценки целей (подцелей), например: метод PATTERN, метод анализа иерархий Т. Саати, метод решающих матриц Г.С. Поспелова.

В динамическом варианте логический анализ отражает последовательности событий, проистекающих из того или иного решения (действия), которые могут произойти в будущем с исследуемой системой. По сути, строится сценарий. При этом множество альтернативных решений, которые могут быть приняты при наступлении определенного события, и множество возможных последствий любого решения приводят к разветвленным по типу «дерева» сценариям. Один из вариантов построения подобного сценария, включающий оценку возможных исходов (их вероятности и полезности), реализован в методике, получившей название «дерева решений».

Ниже будет рассмотрена методика построения дерева целей, разработанная томскими учеными, а также метод анализа иерархий. Здесь необходимо оговориться, почему эти методы (методики) мы причисляем к методологиям. Выше (п. 3.1.1) уже указывалось, что методологией называется учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности. Поэтому наличие в методике таких составляющих, как характеристики деятельности (принципы, условия), логическая структура (субъект, объект, средства, методы, результат деятельности), временная структура (стадии, этапы деятельности), позволяет считать ее методологией.

Деление прикладных методологий системного анализа на структурные и логические не означает, что, с одной стороны, методологии логического анализа не используют модели структуры, а, с другой стороны, методологии структурного анализа не могут опираться на модели, отражающие логику. Просто модели логического анализа представляют структуру не исследуемой проблемосодержащей или проблеморазрешающей системы, а самого процесса рассуждений эксперта, поиска логических цепочек решений, которые позволяют решить исходную проблему. Модели структурного анализа могут также отражать логику, но не логику системного аналитика, а, например, логику последовательности функционирования подсистем, составляющих структуру проблемосодержащей или проблеморазрешающей системы (как это делается, в частности, в методологии IDEF3).

143

Основным преимуществом методологий логического анализа является наглядность отражения причинно-следственных связей между проблемой (целью) и средствами ее разрешения. Основным недостатком можно считать то, что в явном виде целиком вся структура исследуемой системы (существующей или создаваемой) не отображается. Используются лишь отдельные фрагменты структуры (основания декомпозиции) для сопоставления целей соответствующим структурным элементам.

Методологии логического и структурного анализа целесообразно сочетать, чтобы достоинства одних дополняли достоинства других. Так, можно для одной и той же системы формировать разные деревья целей на различных уровнях абстрагирования, для различных подсистем, составляющих структуру системы. Попытки же формирования единого дерева целей для действительно сложной системы, состоящей из множества подсистем (к тому же, вероятно, описанных на различных языках конфигуратора), могут приводить к тому, что дерево получится очень громоздким, запутанным, а процесс его построения – весьма неоднозначным.

3.3.2. Методологии построения дерева целей

Идея метода дерева целей состоит в декомпозиции глобальной цели системы на отдельные подцели, достижение которых обеспечивает достижение глобальной цели. Подцели, в свою очередь могут разбиваться на более мелкие подцели и т. д. Процесс заканчивается, если подцели нижнего уровня могут считаться элементарными, т. е. способ их достижения достаточно очевиден. Несмотря на простоту концепции построения дерева целей, при его формировании возникают большие трудности, связанные с декомпозицией. Процедура формирования иерархии целей в значительной мере является процессом эвристическим и мало формализованным. Для облегчения данного процесса было предложено использовать типовые основания декомпозиции. На рис. 3.14 представлена обобщенная схема построения дерева целей с использованием типовых оснований (детальная блок-схема алгоритма построения дерева приведена в [2]).

1.Определение области анализа. Формулируется глобальная цель в виде некоторого высказывания, подлежащего анализу. От правильности формулировки во многом зависит, получим ли мы в результате анализа то, что хотели.

2.Определение целевой системы (точки зрения). Определяется система, в интересах которой выполняется весь анализ. Этот блок определяет, зачем нужно то, что мы будем делать [2].

144

КОНЕЦ

Рис. 3.14. Обобщенная схема построения дерева целей

3.Выбор формальной модели. Из набора типовых оснований декомпозиции, являющихся формальными моделями системы, эксперт выбирает наиболее подходящее основание. Примеры формальных моделей: «Жизненный цикл», «Структурные элементы деятельности», «Управленческий цикл». Нужно уточнить, что система, с которой связан объект анализа, и система, по модели которой проводится декомпозиция, не обязательно совпадают. Например, одна из этих систем может являться подсистемой или надсистемой для другой [2].

4.Детализация основания декомпозиции. Формальную модель необходимо наполнить содержанием с учетом выбранной области анализа и целевой системы. Например, необходимо конкретизировать этапы жизненного цикла производства продукта или цикла управления, составить конкретные классификаторы структурных элементов для рассматриваемого вида деятельности.

5.Операция декомпозиции. Для каждой подсистемы, выделяемой в соответствии с выбранным основанием декомпозиции, формулируется подцель, связанная с данной подсистемой и обеспечивающая достижение декомпозируемой цели.

6.Проверка. Полученные подцели нижнего уровня проверяются на элементарность. Если все «листья» дерева можно считать элементарными (простыми, понятными, реализуемыми), то построение дерева целей заканчивается.

145

7. Выбор объекта декомпозиции. Выбирается одна из подцелей, нуждающихся в дальнейшей декомпозиции (из множества не элементарных поцелей), и осуществляется переход на шаг 3.

Итеративность приведенного алгоритма придает ему вариабельность, возможность пользоваться моделями различной детальности на разных ветвях, углублять детализацию сколь угодно [2].

Наиболее сложным и, пожалуй, наиболее важным является вопрос, какие из типовых оснований декомпозиции и в каком порядке следует использовать. Порядок следования должен быть логичным, обеспечивать последовательное уточнение способов достижения глобальной цели. В [2] предлагается следующая последовательность уровней дерева: «глобальная цель» – «конечные продукты» – «целеполагающие системы» – «жизненный цикл производства» – «состав системы (ресурсы)» – «управленческий цикл». Логика здесь такова. Так как конечные продукты являются основным результатом деятельности предприятия, то глобальная цель определяется, прежде всего, через цели, связанные с различными продуктами системы. В свою очередь, цели по продуктам достигаются, если выполняются требования к ним всех целеполагающих систем (вышестоящих систем, систем среды, исследуемой системы, подведомственных систем). Для достижения этих целей требуется, чтобы выполнялись цели на всех этапах жизненного цикла производства продуктов (снабжение, производство, сбыт и т. д.). Каждая из целей на любом этапе производства детализируется через цели, связанные с используемыми ресурсами (предметами деятельности, средствами деятельности, кадрами). Наконец, реализация этих целей предполагает выполнение целей на всех этапах управленческого цикла (планирования, организации, контроля).

На рис. 3.15 приведен пример дерева целей, сформированного в соответствии с описанным порядком следования оснований декомпозиции.

Необходимо подчеркнуть, что в отличие от методики ИСМ (п. 3.2.2), где декомпозируется сама исследуемая система, а затем уже каждой из подсистем сопоставляется цель, в методологии дерева целей декомпозируются именно цели. Если бы декомпозировалась сама система, то, например, за выделением подсистем, соответствующих различным конечным продуктам, не могло следовать выделение целеполагающих систем. Но поскольку декомпозируется цель системы, то такое вполне допустимо. Например, в дереве целей, приведенном на рис. 3.15, цель по продукту «Повысить эффективность производства барометров» декомпозирована на подцели: «Минимизировать инвестиции» (цель вышестоящей организации), «Повысить качество продукции» (цель клиентов), «Сократить расходы» (цель исследуемой системы).

146

Рис. 3.15. Пример дерева целей

Основное достоинство методологии дерева целей заключается в том, что она позволяет связать сложную многофакторную цель со средствами ее достижения, т. к. «элементарные» подцели на нижнем уровне, по сути, определяют пути достижения глобальной цели.

Основной недостаток методологии – сложность и неоднозначность процесса построения дерева целей. Применение стандартных оснований декомпозиции, с одной стороны, облегчает построение иерархии целей, с другой стороны – «уводит в сторону» от поиска логически обоснованной цепочки, связывающей цели со средствами их достижения.

Кроме того, при использовании типовых оснований декомпозиции сохраняется неоднозначность процесса формирования дерева. Чередуя различные основания в различной последовательности, можно построить огромное количество всевозможных иерархий. Поэтому качество сформированного дерева сильно зависит от квалификации его разработчика. Причем методика не содержит критериев оценки качества формируемого дерева. Предлагаются лишь некоторые эвристические рекомендации

(принципы) [2, 16]:

147

принцип полноты: проблема должна быть рассмотрена максимально всесторонне и подробно;

принцип простоты: все дерево должно быть максимально компактным «вширь» и «вглубь»;

принцип существенности: в модель основания декомпозиции включаются только компоненты, существенные по отношению к цели анализа.

К недостаткам методики дерева целей можно отнести и неоднородность формируемой иерархии. При ее построении могут перемежаться основания декомпозиции, отражающие различные способы расчленения как самой системы и ее подсистем, так и окружающей среды. Причем к различным подцелям на одном уровне могут применяться различные основания декомпозиции. Отсутствие процедур согласования различных подцелей приводит к тому, что иерархия целей может содержать противоречивые цели.

Методология дерева целей может быть использована не только на этапах целеполагания и выработки решения для поиска способов достижения целей, но и на этапе анализа ситуаций для поиска причин возникновения проблемы. В этом случае вместо причинно-следственных связей между целями и средствами их достижения в дереве фиксируются при- чинно-следственные связи между проблемами и их причинами. Исходная проблема декомпозируется на ряд подпроблем, являющихся причинами ее появления. Каждая из выделенных подпроблем, в свою очередь, также может быть декомпозирована и т. д. Процедура повторяется, пока не будут достигнуты коренные причины. На рис. 3.16 приведен пример дерева причин, описанный в [57] и отражающий причины неудовлетворенности клиентов работой сети пунктов проката видеокассет.

Как видно из рисунка, на втором уровне были выделены четыре причины недовольства клиентов: слишком долгое оформление; плохой ассортимент фильмов; невежливый и недружелюбный персонал; неудачное размещение пункта проката, плохая планировка помещения. Дальнейший поиск причин привел к определению коренных причин, которых оказалось всего две: низкая зарплата персонала и малый опыт менеджеров [57].

148

Рис. 3.16. Пример дерева причин

При построении дерева причин, как и при формировании дерева целей, также могут использоваться типовые основания декомпозиции. На использовании типовых категорий возможных причин возникновения рассматриваемой проблемы основан, в частности, метод построения диаграммы «рыбий скелет». Структура диаграммы действительно напоминает рыбий скелет (рис. 3.17). При этом анализируемая проблема изображается справа, у острия большой стрелки. Категории возможных причин представляются в виде ветвей, похожих на кости рыбьего скелета. Наименование категории помещается на конце «кости». Примеры категорий для производственных процессов: исполнители; машины и оборудование; материалы; используемые методы и технологии; окружающая среда; управление и т. д. Для каждой категории выявляются все возможные причины. На диаграмме они размещаются вдоль соответствующей «кости».

На рис. 3.17 приведен пример диаграммы «рыбий скелет», описанный в [57] и отражающий причины дефектов в партиях насосов, обусловленных неточностью размеров двух валов, которые входят в конструкцию насоса.

149

Рис. 3.17. Пример диаграммы «рыбий скелет»

Для сложных систем может быть построено несколько подобных диаграмм, соответствующих разным подсистемам. В частности, в [57] описывается построение так называемой карты процесса, в которой для каждого этапа процесса формируется своя диаграмма причин.

3.3.3. Методология анализа иерархий

Метод анализа иерархий (МАИ), предложенный Томасом Саати, использует методологию дерева целей, т. е. также основан на формировании иерархии целей и средств по типу слоев. Данный метод предназначен для выбора средств решения сложной многофакторной проблемы и состоит в декомпозиции цели на все более простые составляющие (подцели и средства) и дальнейшей оценке этих составляющих путем парных сравнений. В результате определяется численная оценка приоритетности элементов иерархии, используемая для выбора наилучших альтернатив решения исходной проблемы [27].

Основные этапы метода анализа иерархии:

1.Иерархическое представление проблемы.

2.Построение множества матриц парных сравнений.

3.Определение векторов локальных приоритетов.

4.Проверка согласованности полученных результатов.

5.Вычисление глобальных приоритетов.

Рассмотрим подробнее содержание этапов.

150