«Теория систем и системный анализ. Практическое использование результатов системного анализа Условия реализации свойств модели

Основные понятия системного анализа

1.1.1. Задачи системного анализа

В процессе создания ИС исследователи стремятся к наиболее полному и объективному представлению объекта автоматизации - описанию его внутренней структуры, объясняющей причинно-следственные законы функционирования и позволяющей предсказать, а значит, и управлять его поведением. Одним из условий автоматизации является адекватное представление системы с управлением в виде сложной системы.

Существует несколько подходов к математическому описанию сложных систем. Наиболее общим является теоретико-множественный подход, при котором система S представляется как отношение S Ì X ´ Y, где X и Y - входной и выходной объекты системы соответственно.

Точнее говоря, предполагается, что задано семейство множеств V i где i Î I -множество индексов, и система задается на V i как некоторое собственное подмножество декартова произведения, все компоненты которого являются объектами системы. Такое определение ориентировано на исследование предельно общих свойств систем независимо от их сущности и лежит в основе общей теории систем.

Другие подходы, сформулированные на более низком уровне общности, не могут претендовать на роль математического фундамента общей теории систем, но позволяют конструктивно описывать системы определенного класса. Так, например, общие закономерности функционирования и свойства систем с управлением являются предметом изучения системного анализа. Принято считать, что системный анализ - это методология решения проблем, основанная на структуризации систем и количественном сравнении альтернатив.

Иначе говоря, системным анализом называется логически связанная совокупность теоретических и эмпирических положений из области математики, естественных наук и опыта разработки сложных систем, обеспечивающая повышение обоснованности решения конкретной проблемы.

В системном анализе используются как математический аппарат общей теории систем, так и другие качественные и количественные методы из области математической логики, теории принятия решений, теории эффективности, теории информации, структурной лингвистики, теории нечетких множеств, методов искусственного интеллекта, методов моделирования.

Применение системного анализа при построении ИС дает возможность выделить перечень и указать целесообразную последовательность выполнения взаимосвязанных задач, позволяющих не упустить из рассмотрения важные стороны и связи изучаемого объекта автоматизации. Системный анализ - это методика улучшающего вмешательства в проблемную ситуацию.

В состав задач системного анализа в процессе создания ИС входят задачи декомпозиции, анализа и синтеза.

Задача декомпозиции означает представление системы в виде подсистем, состоящих из более мелких элементов. Часто задачу декомпозиции рассматривают как составную часть анализа.

Задача анализа состоит в нахождении различного рода свойств системы или среды, окружающей систему. Целью анализа может быть определение закона преобразования информации, задающего поведение системы. В последнем случае речь идет об агрегации (композиции) системы в один-единственный элемент.

Задача синтеза системы противоположна задаче анализа. Необходимо по описанию закона преобразования построить систему, фактически выполняющую это преобразование по определенному алгоритму. При этом должен быть предварительно определен класс элементов, из которых строится искомая система, реализующая алгоритм функционирования.

В рамках каждой задачи выполняются частные процедуры. Например, задача декомпозиции включает процедуры наблюдения, измерения свойств системы. В задачах анализа и синтеза выделяются процедуры оценки исследуемых свойств, алгоритмов, реализующих заданный закон преобразования. Тем самым вводятся различные определения эквивалентности систем, делающие возможными постановку задач оптимизации, т. е. задач нахождения в классе эквивалентных систем системы с экстремальными значениями определяемых в них функционалов.

1.1.2. Система

1 подход . Для выделения системы требуется наличие:

• цели, для реализации которой формируется система,
• объекта исследования, состоящего из множества элементов, связанных в единое целое важными, с точки зрения цели, системными признаками,
• субъекта исследования («наблюдателя»), формирующего систему,
• характеристик внешней среды по отношению к системе и отражения её взаимосвязей с системой.

Наличие субъекта исследования и некоторая обусловленная этим возможная неоднозначность при выделении существенных системных признаков подчас вызывает трудности при формировании системы и затрудняет её определение.

Можно определить систему как упорядоченное представление об объекте исследования с точки зрения поставленной цели . Упорядоченность заключается в целенаправленном выделении системообразующих элементов, установлении их существенных признаков, характеристик взаимосвязей между собой и с внешней средой. Системный подход, формирование систем позволяют выделить главное, наиболее существенное в исследуемых объектах и явлениях; игнорирование второстепенного упрощает, упорядочивает изучаемые процессы. Для анализа многих сложных ситуаций такой подход важен сам по себе, однако, как правило, построение системы имеет не самостоятельное значение, а служит предпосылкой для разработки и реализации модели конкретной ситуации.

2 подход . В некоторых исследованиях систему задают тремя аксиомами.

Аксиома 1. Для системы определены пространство состояний Z, в которых может находиться система, и параметрическое пространство Т, в котором задано поведение системы.

X=x(t) – входной сигнал, конечное множество функций времени;

Y=y(t) – выходной сигнал, конечное множество функций времени.

y(t) = g(z(t), x(t)) (1.1)

– уравнение наблюдения системы,

z(t) = f(z(t 0), x(τ)), τÎ (1.2)

Уравнение состояния системы

Системы, способные изменять состояния z(t) в параметрическом пространстве Т, называются динамическими системами. В отличие от динамических статические системы таким свойством не обладают.

Аксиома 2. Пространство состояний Z содержит не менее двух элементов. Эта аксиома отражает естественное представление о том, что сложная система может находиться в разных состояниях.

Аксиома 3. Система обладает свойством функциональной эмерджентности.

Эмерджентность (целостность) - это такое свойство системы S, которое принципиально не сводится к сумме свойств элементов, составляющих систему, и не выводится из них:

При таком рассмотрении система является совокупностью взаимосвязанных элементов, обладающая интегративными свойствами (эмерджентностью), а также способом отображения реальных объектов.

1.1.3 Классификация систем

Системы принято подразделять на физические и абстрактные, динамические и статические, простые и сложные, естественные и искусственные, с управлением и без управления, непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические, открытые и замкнутые.

1. Деление систем на физические и абстрактные позволяет различать реальные системы (объекты, явления, процессы) и системы, являющиеся определенными отображениями (моделями) реальных объектов.

Для реальной системы может быть построено множество систем - моделей, различаемых по цели моделирования, по требуемой степени детализации и по другим признакам.

Например, реальная ЛВС, с точки зрения системного администратора, - совокупность программного, математического, информационного, лингвистического, технического и других видов обеспечения, с точки зрения противника, - совокупность объектов, подлежащих разведке, подавлению (блокированию), уничтожению, с точки зрения технического обслуживания, - совокупность исправных и неисправных средств.

2. Деление систем на простые и сложные (большие) подчеркивает, что в системном анализе рассматриваются не любые, а именно сложные системы большого масштаба. При этом выделяют структурную и функциональную (вычислительную) сложность.

Общепризнанной границы, разделяющей простые, большие и сложные системы, нет. Однако условно будем считать, что сложные системы характеризуются тремя основными признаками: свойством робастности, наличием неоднородных связей и эмерджентностью.

1). Робастность - способность сохранять частичную работоспособность (эффективность) при отказе отдельных элементов или подсистем. Она объясняется функциональной избыточностью сложной системы и проявляется в изменении степени деградации выполняемых функций, зависящей от глубины возмущающих воздействий. Простая система может находиться не более чем в двух состояниях: полной работоспособности (исправном) и полного отказа (неисправном).

2). В составе сложных систем кроме значительного количества элементов присутствуют многочисленные и разные по типу (неоднородные) связи между элементами. Основными типами считаются следующие виды связей: структурные (в том числе иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные, отношения истинности), информационные, пространственно-временные. По этому признаку будем отличать сложные системы от больших систем, представляющих совокупность однородных элементов, объединенных связью одного типа.

3). Сложные системы обладают свойством, которое отсутствует у любой из составляющих ее частей. Это интегративность (целостность), или эмерджентность. Другими словами, отдельное рассмотрение каждого элемента не дает полного представления о сложной системе в целом. Эмерджентность может достигаться за счет обратных связей, играющих важнейшую роль в управлении сложной системой.

Считается, что структурная сложность системы должна быть пропорциональна объему информации, необходимой для ее описания (снятия неопределенности). В этом случае общее количество информации о системе S, в которой априорная вероятность появления j-го свойства равна р(у j ), определяется известным соотношением для количества информации

I(Y) = -Sp(y j)log 2 p(y j). (1.3)

Это энтропийный подход к дескриптивной (описательной) сложности.

Одним из способов описания такой сложности является оценка числа элементов, входящих в систему (переменных, состояний, компонентов), и разнообразия взаимозависимостей между ними.

3. Сложные системы допустимо делить на искусственные и естественные (природные).

Искусственные системы, как правило, отличаются от природных наличием определенных целей функционирования (назначением) и наличием управления.

4. Принято считать, что система с управлением, имеющая нетривиальный входной сигнал x{t) и выходной сигнал y(t), может рассматриваться как преобразователь информации, перерабатывающий поток информации (исходные данные) x(t) в поток информации (решение по управлению) y(t).

В соответствии с типом значений x(t), y(t), z(t) и t системы делятся на дискретные и непрерывные . Такое деление проводится в целях выбора математического аппарата моделирования. Так, теория обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных позволяет исследовать динамические системы с непрерывной переменной (ДСНП). С другой стороны, современная техника создает антропогенные динамические системы с дискретными событиями (ДСДС), не поддающиеся такому описанию. Изменения состояния этих систем происходят не непрерывно, а в дискретные моменты времени, по принципу «от события к событию». Математические (аналитические) модели заменяются на имитационные, дискретно - событийные: модели массового обслуживания, сети Петри, цепи Маркова и др.

Примеры фазовых траекторий ДСДС и ДСНП показаны на рис. 1.1, а, б.

Для ДСДС траектория является кусочно-постоянной и формируется последовательностью событий u и описывается последовательностью из двух чисел (состояния и времени пребывания в нем). Следует подчеркнуть, что термин «дискретный» отличается от широко используемого прилагательного «цифровой», поскольку последнее означает лишь то, что анализ задачи ведется не в терминах вещественной числовой переменной, а численными методами. Траектория ДСНП, состояниями которой являются точки пространства R n , постоянно изменяется и развивается на основе непрерывных входных воздействий. Здесь под состоянием понимается «математическое» состояние в том смысле, что оно включает в себя информацию к данному моменту времени (кроме внешних воздействий), которая необходима для однозначного определения дальнейшего поведения системы. Математическое определение включает в себя и физическое определение, но не наоборот.

5. Предметом курса основ системного анализа являются детерминированные системы. Они предполагают в основном ясность цели исследования и детерминированное к ней отношение всех элементов системы, взаимосвязь между ними и с внешней средой. Это не означает, что все предпосылки, лежащие в основе их построения, на практике выполняются. Однако во многих случаях, и это характерно, прежде всего, для макроэкономики, цель исследований – изучение и анализ природы усредненных и устойчивых в среднем показателей. Это приводит к детерминированному подходу к построению системы.

Альтернативу представляют системы со стохастической структурой (случайной природы), когда-либо отсутствует ясно выраженная цель исследования, либо по отношению к ней нет полной определенности, какие признаки считать существенными, а какие – нет. То же относится и к связям элементов системы с внешней средой (так называемые игры с природой). Возникает ситуация принятия решений в условиях неопределенности или риска. Методы построения и исследования стохастических систем более сложные. В некоторых случаях можно указать на способы сведения стохастических систем к специальным образом построенным детерминированным. Исследованиям таких систем соответствуют дисциплины по моделированию рисковых ситуаций в экономике и бизнесе. Для перехода от детерминированной к стохастической системе достаточно в правые части соотношений (1.1) и (1.2) добавить в качестве аргументов функционалов случайную функцию p(t), принимающую значения на непрерывном или дискретном множестве действительных чисел.

6. Следует иметь в виду, что в отличие от математики для системного анализа, как и для кибернетики, характерен конструктивный подход к изучаемым объектам. Это требует обеспечения корректности задания системы, под которой понимается возможность фактического вычисления выходного сигнала y(t) (с той или иной степенью точности) для всех t > 0 при задании начального состояния системы z(0) и входного сигнала x(t) для всех t i . Поэтому при изучении сложных систем приходится переходить к конечным аппроксимациям.

Системы с нетривиальным входным сигналом x(t) , источником которого нельзя управлять (непосредственно наблюдать), или системы, в которых неоднозначность их реакции нельзя объяснить разницей в состояниях, называются открытыми.

Признаком, по которому можно определить открытую систему, служит наличие взаимодействия с внешней средой. Взаимодействие порождает проблему «предсказуемости» значений выходных сигналов и, как следствие, - трудности описания открытых систем.

Примером трудностей описания является понятие «странный аттрактор» - специфическое свойство некоторых сложных систем. Простейший аттрактор, называемый математиками неподвижной точкой, представляет собой такой вид равновесия, который характерен для состояния устойчивых систем после кратковременного возмущения (состояние покоя емкости с водой после встряхивания). Второй вид аттрактора - предельный цикл маятника. Все разновидности предельного цикла предсказуемы. Третья разновидность называется странным аттрактором. Обнаружено много систем, имеющих встроенные в них источники нарушений, которые не могут быть заранее предсказаны (погода, место остановки шарика в рулетке). В экспериментах наблюдали за краном, из которого нерегулярно капали капли, хотя промежутки должны быть регулярными и предсказуемыми, так как вентиль зафиксирован и поток воды постоянен.

Понятие открытости систем конкретизируется в каждой предметной области. Например, в области информатики открытыми информационными системами называются программно-аппаратные комплексы, которым присущи следующие свойства:

переносимость (мобильность) - программное обеспечение (ПО) может быть легко перенесено на различные аппаратные платформы и в различные операционные среды;

стандартность - программное обеспечение соответствует опубликованному стандарту независимо от конкретного разработчика ПО;

наращиваемость возможностей - включение новых программных и технических средств, не предусмотренных в первоначальном варианте;

совместимость - возможность взаимодействовать с другими комплексами на основе развитых интерфейсов для обмена данными с прикладными задачами в других системах.

В отличие от открытых замкнутые (закрытые) системы изолированы от среды - не оставляют свободных входных компонентов ни у одного из своих элементов. Все реакции замкнутой системы однозначно объясняются изменением ее состояний. Вектор входного сигнала x(t) в замкнутых системах имеет нулевое число компонентов и не может нести никакой информации. Замкнутые системы в строгом смысле слова не должны иметь не только входа, но и выхода. Однако даже в этом случае их можно интерпретировать как генераторы информации, рассматривая изменение их внутреннего состояния во времени. Примером физической замкнутой системы является локальная сеть для обработки конфиденциальной информации.

Основным противоречием, которое приходится разрешать в замкнутых системах, является проблема возрастания энтропии. Согласно второму закону термодинамики по мере движения замкнутой системы к состоянию равновесия она стремится к максимальной энтропии (дезорганизации), соответствующей минимальной информации. Открытые системы могут изменить это стремление к максимальной энтропии, получая внешнюю по отношению к системе свободную энергию, и этим поддерживают организацию.

1.1.4. Основные определения системного анализа

Для оперирования основными понятиями системного анализа будем придерживаться следующих словесно-интуитивных или формальных определений.

Элемент - некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных свойств и реализующий в системе определенный закон функционирования F S , внутренняя структура которого не рассматривается.

Формальное описание элемента системы совпадает с описанием подмодели. В зависимости от целей моделирования входной сигнал x(t) может быть разделен на три подмножества:

Неуправляемых входных сигналов х i Î X, i = 1,...,к х , преобразуемых рассматриваемым элементом;

Воздействий внешней среды n ν Î N, ν = 1,…,к п, представляющих шум, помехи;

Управляющих сигналов (событий) u m Î U, т = 1, ... ,к и, появление которых приводит к переводу элемента из одного состояния в другое.

Иными словами, элемент - это неделимая наименьшая функциональная часть исследуемой системы, включающая < х, п, и, у, F S > и представляемая как «черный ящик» (рис. 1.2). Функциональную модель элемента можно представлять как y(t) = F S (x, п, и, t).

Входные сигналы, воздействия внешней среды и управляющие сигналы являются независимыми переменными. При строгом подходе изменение любой из независимых переменных влечет за собой изменение состояния элемента системы. Поэтому в дальнейшем будем обобщенно обозначать эти сигналы как x(t), a функциональную модель элемента - как y(t) = F S (x(t)), если это не затрудняет анализ системы.

Под средой понимается множество объектов S" вне данного элемента (системы), которые оказывают влияние на элемент (систему) и сами находятся под воздействием элемента (системы), S ÇS" =Æ.

Правильное разграничение исследуемого реального объекта и среды является необходимым этапом системного анализа. Часто в системном анализе выделяют понятие «суперсистема» - часть внешней среды, для которой исследуемая система является элементом.

Подсистема - часть системы, выделенная по определенному признаку, обладающая некоторой самостоятельностью и допускающая разложение на элементы в рамках данного рассмотрения.

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы - совокупности элементов. Такое расчленение, как правило, производится на основе определения независимой функции, выполняемой данной совокупностью элементов совместно для достижения некой частной цели, обеспечивающей достижение общей цели системы. Подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не выполняется условие целостности.

Последовательное разбиение системы в глубину приводит к иерархии подсистем, нижним уровнем которых является элемент.

Характеристика - то, что отражает некоторое свойство элемента системы.

Характеристики делятся на количественные и качественные в зависимости от типа отношений на множестве их значений.

Если на множестве значений заданы метризованные отношения, когда указывается степень количественного превосходства, то характеристика является количественной. Например, размер экрана (см), максимальное разрешение (пиксель) являются количественными характеристиками мониторов, поскольку существуют шкалы измерений этих характеристик в сантиметрах и пикселях соответственно, допускающие упорядочение возможных значений по степени количественного превосходства.

Если пространство значений не метрическое, то характеристика называется качественной. Например, такая характеристика монитора, как комфортное разрешение, хотя и измеряется в пикселях, является качественной. Поскольку на комфортность влияют мерцание, нерезкость, индивидуальные особенности пользователя и т.д., единственным отношением на шкале комфортности является отношение эквивалентности, позволяющее различить мониторы как комфортные и некомфортные без установления количественных предпочтений.

Количественная характеристика называется параметром.

Характеристики элемента являются зависимыми переменными и отражают свойства элемента. Под свойством понимают сторону объекта, обусловливающую его отличие от других объектов или сходство с ними и проявляющуюся при взаимодействии с другими объектами.

Свойства задаются с использованием отношений одного из основных математических понятий, используемых при анализе и обработке информации. На языке отношений единым образом можно описать воздействия, свойства объектов и связи между ними, задаваемые различными признаками. Существует несколько форм представления отношений: функциональная (в виде функции, функционала, оператора), матричная, табличная, логическая, графовая, представление сечениями, алгоритмическая (в виде словесного правила соответствия).

Свойства классифицируют на внешние, проявляющиеся в форме выходных характеристик у i только при взаимодействии с внешними объектами, и внутренние, проявляющиеся в форме переменных состояния z i при взаимодействии с внутренними элементами рассматриваемой системы и являющиеся причиной внешних свойств.

Одна из основных целей системного анализа - выявление внутренних свойств системы, определяющих ее поведение.

По структуре свойства делят на простые и сложные (интегральные). Внешние простые свойства доступны непосредственному наблюдению, внутренние свойства конструируются в нашем сознании логически и не доступны наблюдению. Свойства проявляются только при взаимодействии с другими объектами или элементами одного объекта между собой.

По степени подробности отражения свойств выделяют горизонтальные (иерархические) уровни анализа системы. По характеру отражаемых свойств выделяют вертикальные уровни анализа - аспекты. Этот механизм лежит в основе утверждения о том, что для одной реальной системы можно построить множество абстрактных систем.

При проведении системного анализа на результаты влияет фактор времени. Для своевременного окончания работы необходимо правильно определить уровни и аспекты проводимого исследования. При этом производится выделение существенных для данного исследования свойств путем абстрагирования от несущественных по отношению к цели анализа подробностей.

Законом функционирования F S , описывающим процесс функционирования элемента системы во времени, называется зависимость y{t) = F S (x, n, и, t).

Оператор F S преобразует независимые переменные в зависимые и отражает поведение элемента (системы) во времени - процесс изменения состояния элемента (системы), оцениваемый по степени достижения цели его функционирования. Понятие поведения принято относить только к целенаправленным системам и оценивать по показателям.

Цель - ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенный промежуток времени. Цель может задаваться требованиями к показателям результативности, ресурсоемкости, оперативности функционирования системы либо к траектории достижения заданного результата. Как правило, цель для системы определяется старшей системой, а именно той, в которой рассматриваемая система является элементом.

Показатель - характеристика, отражающая качество j -й системы или целевую направленность процесса (операции), реализуемого j- й системой:

Y j = W j (n, x, и).

Показатели делятся на частные показатели качества (или эффективности) системы y j i , которые отражают i -е существенное свойство j -й системы, и обобщенный показатель качества (или эффективности) системы Y j - вектор, содержащий совокупность свойств системы в целом. Различие между показателями качества и эффективности состоит в том, что показатель эффективности характеризует процесс (алгоритм) и эффект от функционирования системы, а показатели качества - пригодность системы для использования ее по назначению.

Вид отношений между элементами, который проявляется как некоторый обмен (взаимодействие), называется связью. В исследованиях выделяются внутренние и внешние связи. Внешние связи системы - это ее связи со средой. Они проявляются в виде характерных свойств системы. Определение внешних связей позволяет отделить систему от окружающего мира и является необходимым начальным этапом исследования.

В ряде случаев считается достаточным исследование всей системы ограничить установлением ее закона функционирования. При этом систему отождествляют с оператором F S и представляют в виде «черного ящика». Однако в задачах анализа обычно требуется выяснить, какими внутренними связями обусловливаются интересующие исследователя свойства системы. Поэтому основным содержанием системного анализа является определение структурных, функциональных, каузальных, информационных и пространственно-временных внутренних связей системы .

Структурные связи обычно подразделяют на иерархические, сетевые, древовидные и задают в графовой или матричной форме.

Функциональные и пространственно-временные связи задают как функции, функционалы и операторы.

Каузальные (причинно-следственные) связи описывают на языке формальной логики.

Для описания информационных связей разрабатываются инфологические модели.

Выделение связей разных видов наряду с выделением элементов является существенным этапом системного анализа и позволяет судить о сложности рассматриваемой системы.

Важным для описания и исследования систем является понятие алгоритм функционирования A S , под которым понимается метод получения выходных характеристик y(t) с учетом входных воздействий x(t), управляющих воздействий u(t) и воздействий внешней среды n(t).

Алгоритм функционирования раскрывает механизм проявления внутренних свойств системы, определяющих ее поведение в соответствии с законом функционирования. Один и тот же закон функционирования элемента системы может быть реализован различными способами, т.е. с помощью множества различных алгоритмов функционирования A S . Наличие выбора алгоритмов A S приводит к тому, что системы с одним и тем же законом функционирования обладают разным качеством и эффективностью процесса функционирования.

Качество - совокупность существенных свойств объекта, обусловливающих его пригодность для использования по назначению. Оценка качества может производиться по одному интегральному свойству, выражаемому через обобщенный показатель качества системы.

Процессом называется совокупность состояний системы z(t Q ), z (t 1), ... , z(t k ), упорядоченных по изменению какого-либо параметра t, определяющего свойства системы.

Формально процесс функционирования как последовательная смена состояний интерпретируется как координаты точки в k -мерном фазовом пространстве. Причем каждой реализации процесса будет соответствовать некоторая фазовая траектория. Совокупность всех возможных значений состояний {z} называется пространством состояний системы.

В общем случае время в модели системы S может рассматриваться на интервале моделирования (0, Т) как непрерывное, так и дискретное, т.е. квантованное на отрезки длиной Δt временных единиц каждый, когда Т = m Δt, где m - число интервалов дискретизации.

Эффективность процесса - степень его приспособленности к достижению цели.

Принято различать эффективность процесса, реализуемого системой, и качество системы. Эффективность проявляется только при функционировании и зависит от свойств самой системы, способа ее применения и от воздействий внешней среды.

Критерий эффективности - обобщенный показатель и правило выбора лучшей системы (лучшего решения). Например, Y* = max{Y j }.

Если решение выбирается по качественным характеристикам, то критерий называется решающим правилом.

Если нас интересует не только закон функционирования, но и алгоритм реализации этого закона, то элемент не может быть представлен в виде «черного ящика» и должен рассматриваться как подсистема (агрегат, домен) - часть системы, выделенная по функциональному или какому-либо другому признаку.

Описание подсистемы в целом совпадает с описанием элемента. Но для ее описания дополнительно вводится понятие множества внутренних (собственных) характеристик подсистемы. Метод получения выходных характеристик кроме входных воздействий x(t), управляющих воздействий u(t) и воздействий внешней среды n(t) должен учитывать и собственные характеристики подсистемы h(t).

Описание закона функционирования системы наряду с аналитическим, графическим, табличным и другими способами в ряде случаев может быть получено через состояние системы. Состояние системы - множество значений характеристик системы в данный момент времени.

Формально состояние системы в момент времени t 0 < t* £ Т полностью определяется начальным состоянием z(t 0), входными воздействиями x(t), управляющими воздействиями u(t), внутренними параметрами h(t) и воздействиями внешней среды n(t), которые имели место за промежуток времени t* -t 0 , с помощью глобальных уравнений динамической системы (1.1), (1.2), преобразованных к виду

z(t) =f(z(t 0 ), х(t), и(t), п(t), h(t), t), t Î [t 0 , t ];

y(t) = g(z(t), t).

Здесь уравнение состояния по начальному состоянию z(t 0) и переменным х, и, п, h определяет вектор-функцию z(t), а уравнение наблюдения по полученному значению состояний z(t) определяет переменные на выходе подсистемы y(t).

Таким образом, цепочка уравнений объекта «вход-состояния-выход» позволяет определить характеристики подсистемы и под математической моделью реальной системы можно понимать конечное подмножество переменных {x{t), u(t), n(t), h(t)} вместе с математическими связями между ними и характеристиками y(t).

Структура - совокупность образующих систему элементов и связей между ними. В структуре системы существенную роль играют связи. Так, изменяя связи при сохранении элементов, можно получить другую систему, обладающую новыми свойствами или реализующую другой закон функционирования. Например, в качестве системы рассмотрим соединение трех проводников, обладающих разными сопротивлениями. В системе А соединим их параллельно, а в системе В – последовательно. При одинаковом входе выходы систем будут разными.

Необходимость одновременного и взаимоувязанного рассмотрения состояний системы и среды требует определения понятий «ситуация» и «проблема».

Ситуация - совокупность состояний системы и среды в один и тот же момент времени.

Проблема - несоответствие между существующим и требуемым (целевым) состоянием системы при данном состоянии среды в рассматриваемый момент времени.

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ»

ОСНОВЫ

СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Учебное пособие

«Издательский дом «Бизнес-пресса»

Санкт-Петербург

УДК 303.732.4

ББК 65.05

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой Санкт-Петербургского государственного института точной механики и оптики (технический университет)

академик акмеологических наук, президент АРИСИМ, доктор технических наук, профессор Санкт-Петербургской государст­венной инженерно-экономической академии

С 72 Основы системного анализа: Учеб. пособие. - СПб.: «Изд. дом «Бизнесс-пресса», 2000 г. - 326 с.

В учебном пособии представлены история развития и ло­гико-методологические основы системного анализа. Рассмот­рены практические основы использования системного ана­лиза в науке, технике, экономике, образовании.

УДК 303.732.4

© «Издательский дом

«Бизнес-пресса», 2000

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПОЯВЛЕНИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА, ЕГО СУТЬ И ТЕРМИНОЛОГИЯ

1.1. История развития системного подхода

1.2. Современный этап научно-технической революции (НТР)

1.2.1. НТР как система

1.2.2. Особенности современной науки

1.2.3. Создание технических систем - прогрессивное направление развития техники

1.2.4. Образование и его роль в НТП

1.2.5. Еще раз о науке в целом

1.2.6. Развитие технических систем как объект исследования, оценки и управления

1.3.1. Система

1.3.2. Связь

1.3.3. Структура и структурное исследование

1.3.4. Целое (целостность)

1.3.5. Элемент

1.3.6. Системный подход (СП)

1.3.7. Системный анализ

1.3.8. Другие понятия системного анализа

Глава 2. ЛОГИКА И МЕТОДОЛОГИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

2.1. Логические основы системного анализа

2.2. Методология познания

2.2.1. Понятие о методе и методологии

2.2.2. Виды методологии и их создание

2.2.3 Методы системного анализа

2.2.4. Принципы системного анализа

2.3. Интегральный тип познания

ГЛАВА 3. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

3.1. Рабочие этапы реализации системного анализа

3.2. Цикл как фундамент мироздания

3.3. Теория циклов

3.4. ПЖЦ ТС - принцип и объект оценки и управления

3.5. Значение полного жизненного цикла

3.6. Организационные структуры управления

3.7. Некоторые практические результаты применения системного анализа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Кто берется за частные вопросы, без предварительно­го

решения общих, тот неминуемо будет на каждом шагу

бессознательно для себя «натыкаться» на эти общие

воп­росы. А натыкаться слепо на них в каждом частном слу­чае - значит обрекать свою политику на худшие шатания и беспринципность.

«Исследователь ощущает свое невежество тем боль­ше, чем больше он знает...» - это парадоксальное заме­чание крупнейшего физика нашего времени Р. Оппенгеймера как нельзя более точно характеризует парадоксальную ситуацию в современной науке. Если еще недавно ученый буквально гонялся за фактами, то сегодня он не в силах справиться с их половодьем. Аналитические мето­ды, столь эффективные при изучении частных процессов, уже не работают. Нужен новый, более действенный прин­цип, который помог бы разобраться в логических связях между отдельными фактами. Такой принцип был найден и получил название принцип системного движения или системного подхода (СП).

Этот принцип определяет не только новые задачи, но и характер всей управленческой деятельности, научное, техническое, технологическое и организационное совер­шенствование которой обусловлено самой природой круп­ного общественного и частного производства.

Многообразие и возрастающий объем стоящих перед нами задач хозяйственного строительства требует их вза­имной увязки, обеспечения общей целенаправленности. Но этого трудно достичь, если не учитывать сложной за­висимости между отдельными районами страны, между отраслями народного хозяйства, между всеми сферами общественной жизни страны. Более конкретно, 40% ин­формации специалисту необходимо черпать из смежных областей, а подчас и отдаленных.

Уже сегодня системный подход используют во всех областях знания, хотя в ее различных областях он прояв­ляется по-разному.

Так, в технических науках речь идет о системотехни­ке, в кибернетике - о системах управления, в биологии - о биосистемах и их структурных уровнях, в социологии - о возможностях структурно-функционального подхода, в медицине - о системном лечении сложных болезней (коллагенозы , системные васкулиты и др.) терапевтами широ­кого профиля (врачами-системщиками).

В самой природе науки лежит стремление к единству и синтезу знания. Изучение этого стремления, выявле­ние особенностей этого процесса - одна из задач совре­менных исследований в области теории научного знания. В современной науке и технике из-за их необычайной дифференцированности и насыщения информацией пробле­ма концептуального синтеза приобретает особенно важ­ное значение. Философский анализ природы научного знания предполагает рассмотрение его структуры, кото­рое позволяет выявить пути и способы единства и синте­за знаний, ведущие к формированию новых понятий, к концептуальному синтезу. Изучая процессы объединения и синтеза научных теорий в сфере развивающихся наук, можно выявить их различные типы и формы. При перво­начальном подходе к проблеме мы не усматриваем различия между единством знания и его синтезом. Заметим только, что понятие единства знания предполагает опре­деленное его расчленение, его структуру. Синтез знания, понятный как процесс рождения нового, возникает на основе определенных типов объединения или взаимодействия его структурных форм. Иначе говоря, единство и синтез знания - лишь определенные ступени в разви­тии науки. Среди многообразия форм объединения знания, веду­щих к синтезу, легко усмотреть четыре различных типа, иначе говоря, четыре типа единства научного знания.

Первый тип объединения состоит в том, что в процессе дифференциации знания возникают научные дисциплины, подобные кибернетике, семиотике, общей теории систем, содержание которых связано с выявлением общего в са­мых различных областях исследования. На этом пути про­исходит своеобразная интеграция знания, компенсирую­щая до некоторой степени многообразие и отграничение друг от друга различных научных дисциплин. Общеизвест­но, что на этом пути синтезируется новое знание.

Рассматривая более детально такую интеграцию, мы можем наблюдать второй тип единства научного знания. Изучая генезис научных идей, мы замечаем тенденцию к методологическому единству. Эта тенденция заключается в методологическом продолжении одной специальной на­уки, т. е. в перенесении ее теории на другие области ис­следования. Этот второй путь к единству знания можно назвать методологической экспансией. Сразу же заметим, что эта экспансия, плодотворная на определенном этапе, рано или поздно обнаруживает свои границы.

Третий тип стремления к единству научного знания связан с фундаментальными понятиями, которые перво­начально возникают в сфере естественного языка и вклю­чаются затем в систему философских категорий. Такого рода понятия путем соответствующих уточнений приоб­ретают смысл исходных понятий формирующихся науч­ных теорий. Можно сказать, что в данном случае мы име­ем дело с концептуальной формой единства науки.

Последовательное развитие концептуального единства науки создает предпосылки для четвертого и в известном смысле самого существенного пути к единству и синтезу научного знания, а именно - пути разработки и исполь­зования единой философской методологии. Наука - это система многообразных знаний, и развитие каждого эле­мента этой системы невозможно без их взаимодействия. Философия исследует принципы этого взаимодействия и тем самым способствует объединению знания. Она дает основание для высшего синтеза, без которого невозможен синтез научного знания на его более специальных уров­нях исследования (Овчинников един­ство и синтез научного знания в свете ленинских идей // Вопр. филос. 1969. № 10).

Возможны и другие подходы к проблеме единства и синтеза знания. Но так или иначе эта проблема нуждает­ся в качестве предпосылки исследования в определенном истолковании природы науки. А она системна, так же как и окружающий нас мир, наше познание и вся человеческая практика. Следовательно, исследование этих объек­тов должно осуществляться с помощью методов, адекват­ных их природе, т. е. системных!

Системность мира представляется в виде объективно существующей иерархии различно организованных взаи­модействующих систем. Системность мышления реализу­ется в том, что знания представляются в виде иерархиче­ской системы взаимосвязанных моделей. Хотя люди и являются частью природы, человеческое мышление обладает определенной самостоятельностью относительно окружа­ющего мира: мыслительные конструкции вовсе не обяза­ны подчиняться ограничениям мира реальных конструк­ций. Однако при выходе в практику неизбежны сопостав­ление и согласование системностей мира и мышления.

Практическое согласование идет через практику по­знания (сближения моделей с реальностью) и практику преобразования мира (приближения реальности к моде­лям). Обобщение этого опыта привело к открытию диалектики; следование ее законам является необходимым условием правильности нашего познания, адекватности наших моделей. Современный системный анализ исходит в своей методологии из диалектики. Можно выразиться более определенно и сказать, что системный анализ есть прикладная диалектика. С появлением системного анали­за философия перестала быть единственной теоретической дисциплиной, не имеющей прикладного аналога. С прак­тической же стороны прикладной системный анализ яв­ляется методикой и практикой улучшающего вмешатель­ства в реальные проблемные ситуации.

Во-первых, важный этап исследования реальных ситу­аций и построения их моделей (разных уровней - от вер­бальной до математической) является общим для всех спе­циальностей. Для этого этапа системный анализ предла­гает подробную методику, овладение которой должно стать важным элементом в подготовке специалистов любого (не только технического, но также естественного и гумани­тарного) профиля.

Во-вторых, для некоторых инженерных специальнос­тей, прежде всего связанных с проектированием слож­ных систем, а также для прикладной математики систем­ный анализ в скором будущем, очевидно, станет одним из профилирующих курсов.

В-третьих, практика прикладного системного анализа в ряде стран убедительно показывает, что такая деятель­ность в последние годы становится для многих специали­стов профессией, и уже в некоторых университетах раз­витых стран начат выпуск таких специалистов.

В-четвертых, чрезвычайно благоприятной аудиторией для преподавания системного анализа являются курсы по­вышения квалификации специалистов, проработавших после окончания вуза несколько лет на производстве и на собственном опыте испытавших, как непросто иметь дело с проблемами реальной жизни.

Введение системного анализа в вузовские учебные пла­ны и учебный процесс связано с преодолением некоторых трудностей. Главные из них - преобладание технократи­ческого подхода в инженерном образовании, традиционно аналитическое построение наших знаний, специальностей, отображенное в дисциплинарной организации факульте­тов и кафедр, нехватка учебной литературы , неосознан­ность существующими фирмами потребности иметь про­фессионалов-системщиков в своих штатах, так что таких специалистов готовить вроде бы не для кого. Последнее не случайно, ибо, по социологическим опросам, лишь 2-8% населения владеет (стихийным) системным анализом.

Однако жизнь берет свое. Резко возросшие требова­ния к качеству подготовки выпускаемых высшей школой специалистов, необходимость междисциплинарного подхода к решению сложных вопросов, нарастание глубины и мас­штабности проблем при ограничении сроков и ресурсов, отводимых на их решение, - все это значимые факторы, которые сделают преподавание системного анализа необ­ходимым, более того, неизбежным (Тарасенко Ф. Введе­ние к статье Р. Акоффа «Рассогласование между системой образования и требованиями к успешному управлению // Вестн. высш. шк. 1990. № 2). А психологическую инерцию, которая всегда стояла на пути нововведений, можно пре­одолеть только пропагандой новых идей, ознакомлением широкой педагогической, научной и студенческой общественности с существом нового, пробивающего себе доро­гу. Будем надеяться, что предлагаемое пособие сыграет свою роль в том, чтобы привлечь внимание студентов и препо­давателей к некоторым особенностям системного анализа. Тем более системный анализ перспективен и для гармоничного развития личности, для получения студентом пред­ставления о научной картине мира (НКМ) как целостного усвоения знаний по основам наук, и для формирования научного мировоззрения, и для понимания знаний! Имен­но непонимание ведет к утрате желания многих учиться, потере престижа высшей школы.

Обобщая сказанное, можно сделать твердый вывод о необходимости введения в современное образование дис­циплины «системный анализ» - как в виде одного из общих курсов в фундаментальной подготовке студентов и слушателей, так и в виде новой специальности, существу­ющей пока лишь в нескольких вузах мира, но, несомнен­но, являющейся весьма перспективной.

Изучение системного анализа предлагается начать с ознакомления опорных сигналов (по). По­чему? Весь окружающий нас мир имеет системную (не­линейную) природу. Поэтому составляющие его объекты, явления и процессы должны объективно отражать его реалии, т. е. быть также системными, нелинейными. Од­нако современная система (какой парадокс в названии!) высшего образования построена по линейному принци­пу - и в этом ее существенный недостаток. Он может изживаться постепенно, через переход от линейных к не­линейным формам. Путей этого движения много. Один из них - разработка и изучение опорных сигналов, пред­ставляющих собой нелинейный текст (гипертекст!), за ко­торое отвечает правое полушарие мозга человека, создаю­щее полнокровный и натуральный образ мира. Именно опорные сигналы фиксируют и интенсифицируют самостоятельную работу студентов, в том числе и в направле­нии изучения и понимания системного анализа.

Опорные сигналы (ОС) - это специально закодиро­ванное и особым образом оформленное содержание темы, раздела или дисциплины в целом. Принципами кодирова­ния являются:

извлечение квинтэссенции материала;

представление материала в наиболее удобном для изу­чения виде.

Опорные сигналы для изучения системного анализа

1. Сведение множества к единому - в этом первоосно­ва красоты (Пифагор, древнегреческий ученый, профессор).

2. Глубина прозрения и элегантность гипотезы - по­чти всегда следствие общности (В. Дружинин, профес­сор; Д. Конторов, профессор).

4. Те, кто задерживаются только на «деталях» позна­ния, обретают «печать духовного убожества» (Жюльен Офре Ламерти, французский философ и врач, представи­тель французского материализма).

5. ...Различные вещи становятся количественно срав­нимыми лишь после того, как они сведены к одному и тому же единству. Только как выражения одного и того же един­ства они являются одноименными, а следовательно, срав­нимыми величинами (К. Маркс, Ф. Энгельс, немецкие фи­лософы).

6. В недалеком времени общество будет иметь «одну науку». Представители ее не сверхуниверсалы, все зна­ющие и все умеющие. Это будут высокообразованные, эрудированные люди, обладающие глубокими представ­лениями о развитии науки и общества в целом, знаю­щие основные пути и возможности познания через «се­бя» (человека) всей природы. В то же время они будут универсалами в какой-то одной или группе отраслей (К. Маркс).

7. Единство природы обнаруживается в поразитель­ной аналогичности дифференциальных уравнений, отно­сящихся к разным областям явлений (- осно­ватель советского государства).

8. Факты в науке и технике, если взять их в целом, в их связи, не только «упрямая», но и безусловно доказа­тельная вещь... Необходимо брать не отдельные факты, а всю совокупность относящихся к рассматриваемому во­просу фактов, без единого исключения. Мы никогда не до­стигнем этого полностью, но требование всестороннос­ти предостережет нас от ошибок и от «омертвления» ().

9. Кто берется за частные вопросы, без предваритель­ного решения общих, тот неминуемо будет на каждом шагу бессознательно для себя «натыкаться» на эти об­щие вопросы. А натыкаться слепо на них в каждом част­ном случае - значит обрекать свою политику на худшие шатания и беспринципность ().

10. Наука представляет собой единое целое. Ее раз­деление на отдельные области обусловлено не столько при­родой объектов, сколько ограниченностью способностей человеческого познания. В действительности, «существует непрерывная цепь от физики к химии, через биологию и антропологию к социальным наукам, ц е п ь, которая ни в одном месте не может быть разорвана, разве лишь по про­изволу» (разрядка моя. - В. С .) (М. Планк, немецкий фи­зик, лауреат Нобелевской премии).

11. Цель современной науки - раскрыть внутреннюю связь и тенденции, открыть законы, объективную логику этих изменений ().

12. Цель современной науки состоит в том, чтобы видеть общее в частном и постоянное в переходящем (К. Уайтхед, канадский профессор).

13. ...Необходим комплексный, системный подход к вы­работке ответственных решений. Мы приняли такой на вооружение и будем последовательно проводить его в жизнь (, Генеральный секретарь ЦК КПСС).

14. Наука серьезно обогатила теоретический арсенал планирования, разработав методы экономико-математи­ческого моделирования, системного анализа и др. Необхо­димо шире использовать эти методы... Это делает важ­ным не только производство соответствующей техники, но и подготовку значительного числа квалифицированных кадров (А. И. Брежнев).

15. Среди самых насущных проблем развития совре­менной науки одно из первых мест занимает и н т е г р а ­ц и я научных знаний. Она находит свое выражение в вы­работке общих понятий, принципов, теорий, концепций в создании общей (разрядка моя. - В. С .) картины мира. Бурный процесс появления общих теорий отдельных ви­дов знаний обусловливается в первую очередь интереса­ми повышения их эффективности и способностью их уплотнения (В. Турченко, философ).

16. Синтез различных наук оказался в высшей степени плодотворным. Данная тенденция становится важнейшей, ибо наиболее крупные открытия нашего времени сделаны на стыках различных наук, где родились новые научные дисциплины и направления (, философ).

17. Процесс интеграции приводит к выводу, что мно­гие проблемы получат правильное научное освещение толь­ко в том случае, если они будут опираться одновременно на общественные, естественные и технические науки. Это требует применения результатов исследования разных специалистов - философов, социологов, психологов, эконо­мистов, инженеров... Именно в связи с процессами инте­грации возникла потребность развития системных иссле­дований (, философ).

18. Метод целостного подхода имеет важнейшее значе­ние в становлении более высокой ступени мышления, а именно перехода от аналитической ступени к синтетической, которая направляет познавательный процесс к более все­стороннему и глубокому (разрядка моя. - В. С. ) познанию явлений (, философ; , философ).

19. Главная цель любой науки состоит в том, чтобы свести самое удивительное к обычному, чтобы показать, что сложность, если смотреть на нее под верным углом, оказывается лишь з а м а с к и р о в а н н о й (разрядка моя. - В. С. ) простотой, чтобы открыть закономерности, скрывающиеся в кажущемся хаосе. Но эти закономерности мо­гут быть очень сложными по своему представлению или содержать такие исходные данные, которых не хватает для осуществления какого-либо расчета (Э. Квейд, амери­канский системщик).

20. Мыслительная деятельность отдельного Человека тем продуктивнее и логичнее, чем полнее и глубже он ус­воил в с е о б щ и е (разрядка моя. - В. С. ) категории мыш­ления (, профессор).

21. В природе нет отдельно существующих техники и технологии, физики и биологии, исследования и проекти­рования (М. Планк).

22. Явления природы, как правило, комплексны. Они ничего не знают о том, как мы поделили наши знания на науки. Только всестороннее рассмотрение явлений с точ­ки зрения физики, химии, механики, а иногда и биологии позволит распознать их сущность и применить на прак­тике (, академик).

23. НТР выявила ряд интеллектуальных «болезней». Одна из них - узость профессионального сознания. В любой об­ласти научно-технической деятельности нельзя сделать что-либо существенное, если сосредоточить внимание и усилия на узком месте. Сужение поиска - условие как будто грамотного решения проблемы. Но постоянное участие специалистов в такого рода программах нередко приводит к тому, что они теряют панорамное видение всего фронта работ. Возникает «глухота специализации», которая при неблагоприятных условиях может перерасти в «заболева­ние», названное К. Марксом «профессиональным кретиниз­мом». Не случайно, что именно он заложил принципы СП при анализе капиталистического производства. Его «Капи­тал» - первое фундаментальное системное исследование структуры общества (Е. Жариков, профессор).

24. Системных подход к явлениям - одно из важней­ших интеллектуальных свойств человека (, профессор).

25. Чтоб жизни суть постичь

И описать точь-в-точь,

Он, тело расчленив,

А душу выгнав прочь,

Глядит на части. Но...

Духовная их связь

Исчезла, безвозвратно унеслась!

Г. Гете, немецкий поэт

В одно мгновенье видеть вечность,

Огромный мир - в зерне песка,

В единой горсти - бесконечность

И небо - в чашечке цветка.

У. Блейк, английский философ и поэт

26. Подход научный - значит системный!!! ().

27. Мир, наше познание и вся человеческая практика имеют системную природу. Информация идет из окружа­ющего мира. Мы - мыслим. Необходимо согласование си­стемности и мышления. Но мышление обеспечивается образованием. Следовательно, и оно должно быть системным!!! ().

28. Была подорвана престижность инженерного твор­чества, растеряны всемирно известные отечественные школы разработчиков техники. Сложилась порочная фило­софия подражания и посредственности. В результате часть продукции не отвечает современному уровню науки и тех­ники. В чем же... корни сложившегося положения с техни­ческим уровнем создаваемых машин? Прежде всего в том, что по существу до сих пор у нас отсутствовал систем­ный анализ новейших мировых достижений (­чев, Генеральный секретарь ЦК КПСС).

29. Считаю, что в этом виновата и высшая школа, не готовя соответствующих специалистов. В передовой статье «На путях перестройки высшего образования» (Вест­ник высшей школы. 1986. № 7) отмечается, что «...сейчас впервые предложены решения, базирующиеся на систем­ных позициях ().

30. Важный этап системных исследований реальных ситуаций и построения их моделей является общим прак­тически для всех специальностей;

для инженерных специалистов, связанных с проекти­рованием СТС, также для прикладной математики сис­темный анализ в скором будущем (чего ждать, и так опоз­дали. - В. С. ) очевидно, станет одним из профилирующих курсов;

практика прикладного СА в ряде стран убедительно показывает, что такая научно-техническая деятельность (НТД) в последние годы становится для многих специалис­тов профессией, и уже в нескольких университетах разви­тых стран начат выпуск таких специалистов;

чрезвычайно благоприятной аудиторией для препода­вания СА является ИПК специалистов, проработавших после окончания вуза несколько лет на производстве и на собственном опыте испытавших, как непросто иметь де­ло с проблемами реальной жизни (, профессор).

Трудности введения СА в уч/процесс: традиционно аналитическое построение наших знаний и специальнос­тей, отображенное в организации факультетов и кафедр. Поэтому руководители не знают сущности СА! Доклад в ЛГУ: «Кто мыслит системно?» Ответ: 8% руководите­лей Северо-Запада ().

31. В чем же заключается важность СА? Прежде все­го - для принятия оптимальных решений (­дель). Половина беспокойства в мире (а следовательно, и болезней) происходит от людей, пытающихся принимать решения без достаточного знания того, на чем основыва­ется решение. Решение должно быть не любым, а оптималь­ным. Но нельзя принять оптимального решения в рамках предметного знания! (А. Рапопорт, канадский профессор).

32. Я не знаю ни одного завершенного системного ис­следования в технике (, академик).

33. Современные системные исследования, к сожале­нию, остаются либо частнонаучными разработками, либо концентрируются вокруг формальных методологических вопросов (, профессор).

34. Исключая единичные случаи, необходимо признать, что системная методология редко используется в массовом масштабе и для большинства разработок... характерно эм­пирическое развитие метода проб и ошибок (­ров, академик).

35. Системный подход легко провозглашается в общем виде, но очень трудно реализуется в конкретной форме, т. к. многоаспектная ориентация требует специальной научной, организационной, технической, педагогической подготовки и др. условий в совокупности с целенаправленными мероприятиями по ресурсному обеспечению сис­темной деятельности. Подчеркнем, единой и непрерыв­ной системной деятельности, начиная от исследования конкретного объекта и кончая ликвидацией, наступаю­щей после физического или морального его устаревания ().

36. СА характеризуется главным образом не специфи­ческим научным аппаратом, а упорядоченным (разряд­ка моя. - В. С .), логически обоснованным подходом к иссле­дованию проблемы и использованию соответствующих ме­тодов их решения, которые могут быть разработаны в рамках других наук (, профессор).

37. Если естествознание было преимущественно со­бирающей наукой, то сейчас оно стало в сущности упо­рядочивающей (разрядка моя. - В. С. ) наукой, наукой о связях (Ф. Энгельс).

38. Все мы... пользуемся огромным запасом неосознан­ных знаний, навыков и умений, сформировавшихся на про­тяжении длительной эволюции человечества (, академик). В связи с этим возникает вопрос - как мы можем студентам читать эти неосознанные знания, тем более нацеливая их на самостоятельную работу? ().

39. Большинство специалистов понимают (синтез) не прямо, а зигзагами, не сознательно, а стихийно, идут к нему, не видя ясно своей конечной цели, а приближаясь ней ощупью, шатаясь, иногда даже задом ().

40. С принципом развития (элемент СА. - В. С. ) со­гласны все. Но это есть поверхностное согласие, кото­рым душат и опошляют истину ().

41. Сегодня о системном подходе говорится практи­чески во всех науках, хотя в ее различных разделах он проявляется по-разному. Так, в технических науках речь дет о системотехнике, в кибернетике - о СУ, в биоло­гии - о биосистемах и их структурных уровнях, в соци­ологии - о возможностях структурно-функционального подхода, в медицине - о сложных системных болезнях (коллагенозы, системные васкулиты и пр.), лечить кото­рые должны терапевты широкого профиля (врачи-системщики) (, академик).

42. Существо системного подхода ярко выражено в одном высказывании, приписываемом английскому офице­ру периода Второй мировой войны: «Эти парни не возьмут в руки даже паяльника, пока они досконально не разберут­ся в стратегии военных действий на всем Тихоокеанском театре». Налицо целостность локальных и глобальных задач конкретной деятельности! ().

43. Значение системности: для принятия оптималь­ных (!) решений, которые невозможно принять в предмет­ном знании; в противном случае - головотяпство и не­компетентность; для сокращения нагрузки на память; пе­регрузки в ВШ возникают за счет слишком большой мобилизации памяти студентов при ярко выраженной не­догрузки их мысли, воображения и фантазии; практика: повышает интерес студентов к науке; не только развива­ет студентов, но и воспитывает их; восприятие теоре­тических знаний происходит целыми блоками; СА - пред­посылка дальнейшего рационального овладения знаниями; коль скоро студент будет осознавать природу знаний, пути их получения и фиксации, состав и структуру научной теории, то он сможет осмыслить новые знания по об­разцу, усвоенному в вузе через курс СА; установка на ос­мысление знаний в определенной структуре приводит сту­дента к формулировке вопросов, на которые он должен искать ответ в разных источниках, к критическому рас­смотрению новой информации; все это является необхо­димыми элементами творческого мышления; для понима­ния, потому что именно оно является результатом син­теза, а не анализа; системность позволяет получить Н KM - целостное усвоение знаний по основам наук.

Ведь наука представляет собой единое целое и ее раз­деление на отдельные области условно. НКМ - это модель, образ действительности, в основе которого лежат данные конкретных наук о природе и обществе. Знания, относящиеся к НКМ, называют мировоззренческими: они формируются очень медленно, но СА ускоряет их форми­рование ().

ГЛАВА 1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПОЯВЛЕНИЯ

СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА, ЕГО СУТЬ

И ТЕРМИНОЛОГИЯ

Сведение множества к единому - в этом первоосно­ва красоты.

Пифагор

История - это наука о прошлом и наука о будущем.

Л. Февр

1.1. История развития системного подхода

Составляющим понятий «системный анализ», «систем­ная проблема», «системное исследование» является слово «система», которое появилось в Древней Элладе 2000-2500 лет назад и первоначально означало: сочетание, орга­низм, устройство, организация, строй, союз. Оно также выражало определенные акты деятельности и их резуль­таты (нечто, поставленное вместе; нечто, приведенное в порядок).

Первоначально слово «система» было связано с фор­мами социально-исторического бытия. Лишь позднее прин­цип порядка, идея упорядочивания переносятся на Все­ленную.

Перенос значения слова с одного объекта на другой и вместе с тем превращение слова в обобщенное понятие совершаются поэтапно. Метафоризация слова «система» была начата Демокритом (460-360 до н. э.), древнегре­ческим философом, одним из основоположников материалистического атомизма. Образование сложных тел из атомов он уподобляет образованию слов из слогов и сло­гов из букв. Сравнение неделимых форм (элементов с буквами) - один из первых этапов формирования науч­но-философского понятия, обладающего обобщенным уни­версальным значением.

На следующем этапе происходят дальнейшая универ­сализация значения слова, наделение его высшим обоб­щенным смыслом, что позволяет применять его и к физи­ческим, и к искусственным объектам. Универсализация может осуществляться двояко - или в процессе мифотворчества, т. е. построения мифа на основе метафоры [ха­рактерно для одного из основателей объективного идеализ­ма Платона (427-347 до н. э.)], или же путем воссоздания философско-рациональной картины мироздания и челове­ческой культуры, т. е. трансформирования и развертыва­ния метафоры в философской системе [характерно для Аристо-322 до н.э. ), колеблющегося между ма­териализмом и идеализмом] [ «Этапы интер­претации системности научного знания (античность и новое время)». Системные исследования // Ежегодник. М.: Наука, 1974].

Итак, в античной (древней) философии термин «систе­ма» характеризовал упорядоченность и целостность естественных объектов, а термин «синтагма » - упорядоченность и целостность искусственных объектов, прежде всего про­дуктов познавательной деятельности . Именно в этот период был сформулирован тезис о том, что целое больше суммы его частей (Философский словарь. М.: Политиздат, 1980).

Не касаясь вопроса о трактовке системности знания в средневековой философии, отметим лишь, что для выра­жения интегративности познавательных образований здесь стали использоваться новые термины: сумма, дисципли­на, доктрина...

С возникновением науки и философии Возрождения (XV в.) связано радикальное преобразование в истолкова­нии бытия. Трактовка бытия как космоса сменяется рас­смотрением его как системы мира. При этом система мира понимается как независимое от человека, обладающее сво­им типом организации, иерархией, имманентными (свойственными, внутренне присущими какому-либо предме­ту, явлению, проистекающими из их природы) законами и суверенной структурой. Кроме того, бытие становится не только предметом философского размышления, стре­мящегося постичь его целостность, но и предметом социально-научного анализа. Возникает ряд научных дисцип­лин, каждая из которых вычленяет в природном мире определенную область и анализирует ее свойственными этим дисциплинам методами.

Астрономия была одной из первых наук, которая пере­шла к онтолого-натуралистической интерпретации систем­ности мироздания. Большую роль в становлении новой трактовки системности бытия сыграло открытие Н. Коперника (1473-1543). Он создал Гелиоцентрическую сис­тему мира, объяснив, что Земля, как и другие планеты, обращается вокруг Солнца и, кроме того, вращается вокруг своей оси. Телеологизм, отягощавший представления Ко­перника, был преодолен позднее Г. Галилеем (1564-1642) и И. Ньютоном (1642-1727).

3.2.1. Характеристика системного анализа как научной дисциплины

Проблема возрастающей трудности управления экономическими процессами, характерная для всех развитых стран, породила целый ряд научных дисциплин. Их цель - создание концепций, позволяющих объяснить сложные экономические явления; выработать конкретные методы и формы управления экономическими процессами. Для всего этого комплекса дисциплин характерно широкое использование метода моделирования, применение математического аппарата, заимствование понятий и методов точных и технических наук.

Одна из таких научно-прикладных дисциплин– системный анализ, основанный на системном подходе к рассмотрению изучаемых экономических объектов и явлений. Системный анализ – это научный, всесторонний подход к принятию решений. Вся проблема изучается в целом, определяются цели развития объекта управления и различные пути их реализации в свете возможных последствий. При этом возникает необходимость согласования работы различных частей объекта управления, отдельных исполнителей, с тем, чтобы направить их на достижение обшей цели.

Системный анализ - это совокупность определенных научных методов и практических приемов решения разнообразных проблем, возникающих во всех сферах целенаправленной деятельности общества, на основе системного подхода и представления объекта исследования в виде системы. Характерным для системного анализа является то, что поиск лучшего решения проблемы начинается с определения и упорядочения целей деятельности системы, при функционировании которой возникла данная проблема. При этом устанавливается соответствие между этими целями, возможными путями решения возникшей проблемы и потребными для этого ресурсами.

Системный анализ – это методология общей теории систем, заключающаяся в исследовании любых объектов посредством представления их в качестве систем, проведения их структуризации и последующего анализа. Общая теория систем – научная дисциплина, разрабатывающая методологические принципы исследования систем.

Системный анализ характеризуется упорядоченным, логически обоснованным подходом к исследованию проблем и использованию существующих методов их решения, которые могут быть разработаны в рамках других наук.

Целью системного анализа является выявление проблемы, ее причин, предсказание ее развития, выработка и обоснование рекомендаций по решению проблемы.

Объект системного анализа в теоретическом аспекте - это процесс подготовки и принятия решений; в прикладном аспекте - различные конкретные проблемы, возникающие при создании и функционировании систем.

Предмет системного анализа – полная и всесторонняя проверка различных вариантов действий с точки зрения количественного и качественного сопоставления затраченных ресурсов с получаемым эффектом.

В прикладном плане системный анализ вырабатывает рекомендации по созданию принципиально новых или усовершенствованных систем. Рекомендации по улучшению функционирования существующих систем касаются самых различных проблем, в частности ликвидации нежелательных ситуаций (например, ухудшение финансово-экономического положения предприятия), вызванных изменением как внешних по отношению к изучаемой системе факторов, так и внутренних.

Системный анализ имеет двойственную природу: с одной стороны, это теоретическое и прикладное научное направление, использующее в практических целях достижения многих других наук, как точных (математика), так и гуманитарных (экономика, социология), а с другой стороны, это искусство. В нем сочетаются объективные и субъективные аспекты, причем последние присущи как самому процессу системного анализа, так и процессу принятия решения на основе его данных.

Системному анализу присущи определенные принципы, логические элементы, определенная этапность и методы проведения.

Применение системного анализа в управленческой деятельности позволяет:

· определить и упорядочить элементы, цели, параметры, задачи, ресурсы и структуру организационных систем;

· выявить внутренние свойства организационных систем, определяющие их поведение;

· выделить и классифицировать связи между элементами ЛС;

· выявить нерешенные проблемы, узкие места, факторы неопределенности, влияющие на функционирование, возможные решения;

· формализовать слабоструктурированные проблемы, раскрыть их содержание и возможные последствия;

· выделить перечень и указать целесообразную последовательность выполнения задач функционирования организационных систем и отдельных ее элементов;

· разработать модели, характеризующие решаемую проблему со всех основных сторон и позволяющие «проигрывать» возможные варианты действий и т.п.

3.2.2. Основные понятия системного анализа

Система – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство. Элемент системы – некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных свойств и реализующий в системе определенный закон функционирования , внутренняя структура которого не рассматривается.

Подсистема – часть системы, выделенная по определенному признаку, обладающая некоторой самостоятельностью и допускающая разложение на элементы в рамках данного рассмотрения. Связь – вид отношений между элементами, который проявляется как некоторый обмен, взаимодействие. Связи могут быть структурные, функциональные, пространственно-временные, каузальные (причинно-следственные), информационные.

На рис.3.1 представлен общий вид системы.

Рис.3.1. Система в общем виде

Первая часть любой системы – ее вход , который состоит из элементов, классифицируемых по их роли в процессах, протекающих в системе. Входной сигнал может быть разделен на три подмножества:

· неуправляемых входных сигналов , преобразуемых рассматриваемой системой;

· воздействий внешней среды , представляющих шум, помехи;

· управляющих сигналов (событий) , появление которых приводит к переводу элемента из одного состояния в другое.

Первый элемент входа - тот, над которым осуществляется некоторый процесс, или операция. Этот вход есть или будет «нагрузкой» системы (сырье, материалы, энергия, информация и др.).

Вторым элементом входа системы является внешняя (окружающая) среда, под которой понимается совокупность факторов и явлений, воздействующих на процессы системы и не поддающиеся прямому управлению со стороны ее руководителей. Не контролируемые системами факторы внешней среды обычно можно разбить на две категории: случайные, характеризуемые законами распределения, неизвестными законами или действующие без всяких законов (например, природные условия); факторы, находящиеся в распоряжении системы, являющейся внешней и активно действующей по отношению к рассматриваемой системе (например, законы, нормативно-правовые документы, целевые установки). Цели внешней системы могут быть известны, известны неточно, вовсе неизвестны.

Третий элемент входа обеспечивает размещение и перемещение компонентов системы, например различных инструкции, положений, приказов, то есть задает законы ее организации и функционирования, цели, ограничительные условия и др.

Вторая часть системы - это операции, процессы или каналы , через которые проходят элементы входа. Система должна быть устроена таким образом, чтобы необходимые процессы (производственные, подготовки кадров, материально-технического снабжения и др.) воздействовали по определенному закону на каждый вход, в соответствующее время для достижения желаемого выхода.

Третья часть системы - выход , являющийся продуктом или результатом ее деятельности. Система на своем выходе должна удовлетворять ряду критериев, важнейшие из которых - стабильность и надежность. По выходу судят о степени достижения целей, поставленных перед системой. Выходной сигнал представляется совокупностью характеристик системы .

Характеристика – то, что отражает некоторое свойство элемента системы, задается как <имя, область допустимых значений>. Некоторые авторы термином параметр называют только количественные характеристики, другие отождествляют понятия параметра и характеристики.

Законом функционирования , описывающим процесс функционирования элемента системы во времени, называется зависимость .

Оператор преобразует независимые переменные в зависимые и отражает поведение элемента (системы) во времени - процесс изменения состояния элемента (системы), оцениваемый по степени достижения цели его функционирования. Понятие поведения принято относить только к целенаправленным системам и оценивать по показателям.

Цель – ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенный промежуток времени. Цель может задаваться требованиями к показателям результативности, ресурсоемкости, оперативности функционирования системы либо к траектории достижения заданного результата. Как правило, цель для системы определяется старшей системой, а именно той, в которой рассматриваемая система является элементом.

Качество – совокупность существенных свойств объекта, обусловливающих его пригодность для использования по назначению.

Показатель – характеристика, отражающая качество системы или целевую направленность процесса. Состояние системы – множество значений характеристик системы в данный момент времени. Процесс – совокупность состояний системы, упорядоченных по изменению какого-либо параметра. Эффективность процесса – степень его приспособленности к достижению цели. Критерий эффективности – обобщенный показатель и правило выбора лучшей системы (лучшего решения), например, . Структура – совокупность образующих систему элементов и связей между ними. Ситуация – совокупность состояний системы и среды в один и тот же момент времени. Проблема – несоответствие между существующим и целевым состоянием системы при данном состоянии среды в рассматриваемый момент времени.

Открытые системы – это системы, которые обмениваются материально-информационными ресурсами или энергией с окружающей средой регулярным и понятным образом.

Закрытые системы действуют с относительно небольшим обменом энергией или материалами с окружающей средой, например химическая реакция, протекающая в герметически закрытом сосуде.

Системы можно классифицировать на равновесные , слабо равновесные и сильно неравновесные. Для социально-экономических систем состояние равновесия может наблюдаться на относительно коротком промежутке времени. Для слабо равновесных систем небольшие изменения внешней среды дают возможность системе в новых условиях достичь состояния нового равновесия. Сильно неравновесные системы, которые весьма чувствительны к внешним воздействиям, под влиянием внешних сигналов, даже небольших по величине, могут перестраиваться непредсказуемым образом.

По типу составных частей, входящих в систему, последние можно классифицировать на машинные (автомобиль, станок), типа «человек-машина » (самолет-пилот) и типа «человек-человек » (коллектив организации).

Одна из возможных классификаций систем приведена в табл.3.1.

Таблица 3.1

Классификация систем

Признак классификации	Вид систем
Сложность	Простая, сложная, большая
Изменение во времени	Статическая, динамическая
Взаимосвязь с окружающей средой	Закрытая, открытая
Предвидение развития	Детерминированная, стохастическая
Реакция на изменение окружающей среды	Адаптивная, неадаптивная
Устойчивость к возмущающим воздействиям	Равновесная, слабо равновесная, сильно неравновесная
По типу составных частей	Техническая, социо-техническая, социальная

Следует различать сложные и большие системы. Сложная система – система с разветвленной структурой и значительным количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (подсистем), имеющих разные по своему типу связи, способная сохранять частичную работоспособность при отказе отдельных элементов (свойство робастности ). Большая система – сложная система, имеющая ряд дополнительных признаков: наличие подсистем, имеющих собственное целевое назначение, подчиненное общему целевому назначению всей системы; большое число разнообразных связей (материальных, информационных, энергетических и т.п.); внешние связи с другими системами; наличие в системе элементов самоорганизации.

Важнейшими характерными чертами больших систем являются:

1) целенаправленность и управляемость системы, наличие у всей системы общей цели и назначения, задаваемых и корректируемых в системах более высоких уровней;

2) сложная иерархическая структура организации системы, предусматривающая сочетание централизованного управления с автономностью частей;

3) большой размер системы, то есть большое число частей и элементов, входов и выходов, разнообразие выполняемых функций и т.д.;

4) целостность и сложность поведения. Сложные, переплетающиеся взаимоотношения между переменными, включая петли обратной связи, приводят к тому, что изменение одной влечет изменение многих других переменных.

К большим системам относятся крупные производственно-экономические системы (например, холдинги), города, строительные и научно-исследовательские комплексы.

Справиться с задачами анализа больших сложных систем можно лишь тогда, когда в нашем распоряжении будет надлежащим образом организованная система исследования, элементы которой подчинены общей цели. Таково основное содержание закона необходимого разнообразия Эшби , из которого вытекает важная практическая рекомендация. Чтобы всесторонне изучить экономическую систему и уметь управлять ею, необходимо создать систему исследования, сравнимую по своей сложности с экономической; невозможно эффективно управлять большой системой с помощью простой системы управления, она требует сложного управляющего механизма. По мере роста сложности решаемых задач должна повышаться возможность системы управления решать эти задачи. Большие организации требуют сложных, многосторонних планов.

К числу понятий, на которых основаны важные принципы управления системами, относится понятие обратной связи (рис.3.2).

Рис.3.2. Обратная связь

Именно оно способствовало установлению принципиальных аналогий между организацией управления в таких качественно различных системах, как машины, живые организмы и коллективы людей. С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информацию о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

В изменяющейся среде или под воздействием различных «возмущений», которые достигают порога устойчивости, система может прекратить существование, превращаться в другую систему или распадаться на составные элементы. Например, банкротство предприятий.

Способность системы оставаться устойчивой через изменения своей структуры и поведения называется ультрастабильностью . Так, многие современные, прежде всего крупные, компании обеспечивают высокий уровень своей стабильности за счет высокой приспособляемости к внешним и внутренним условиям своего функционирования. Такие компании своевременно прекращают одни направления своей деятельности и начинают другие, вовремя выходят на новые рынки и покидают бесперспективные.

Свойство – сторона объекта, обуславливающая его отличие от других объектов или сходство с ними и проявляющаяся при взаимодействии с другими объектами. При взаимодействии с внутренними элементами или с внешними объектами выделяют соответственно внутренние и внешние свойства. Одна из основных целей системного анализа – выявление внутренних свойств системы, определяющих ее поведение и являющихся причинами внешних свойств. По структуре свойства делят на простые и сложные (интегральные). Внешние простые свойства доступны непосредственному наблюдению, внутренние свойства конструируются в нашем сознании логически и не доступны наблюдению.

Существуют следующие четыре свойства, которыми должен обладать объект, чтобы его можно было считать системой.

1. Целостность и членимость . Системой является целостная совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, но в целях анализа система может быть условно разделена на отдельные элементы.

2. Связи – это то, что соединяет объекты и свойства в системном процессе в целое. Между элементами системы существуют связи, которые определяют интегративные качества системы. Связи между элементами системы должны быть более мощными, чем связи отдельных элементов с внешней средой.

3. Организация – это внутренняя упорядоченность, согласованность взаимодействия элементов системы, определенная структура связей между элементами системы.

4. Интегративные качества (эмерджентность, системный эффект, синергетический эффект) – качества, присущие системе в целом, но не свойственные ни одному из ее элементов в отдельности.

3.2.3. Принципы системного анализа

Системный анализ основывается на множестве принципов , т.е. положениях общего характера, обобщающих опыт работы человека со сложными системами.

К наиболее важным относятся следующие принципы.

Принцип конечной цели заключается в абсолютном приоритете глобальной цели и имеет следующие правила:

1) для проведения системного анализа необходимо в первую очередь сформулировать основную цель исследования;

2) анализ следует вести на базе уяснения основной цели исследуемой системы, что позволит определить ее основные свойства, показатели качества и критерии оценки;

3) при синтезе систем любую попытку изменения или совершенствования существующей системы надо оценивать относительно того, помогает или мешает она достижению конечной цели;

4) цель функционирования искусственной системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система является составной частью.

Принцип измерения . О качестве функционирования какой-либо системы можно судить только применительно к системе более высокого порядка. Другими словами, для определения эффективности функционирования системы надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних свойств исследуемой системы относительно целей и задач суперсистемы.

Принцип единства . Это совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов). Принцип ориентирован на «взгляд внутрь» системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе.

Принцип связности . Рассмотрение любой части совместно с ее окружением подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами системы и выявление связей с внешней средой (учет внешней среды). В соответствии с этим принципом систему в первую очередь следует рассматривать как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой суперсистемой или старшей системой.

Принцип иерархии . Полезно введение иерархии частей и их ранжирование, что упрощает разработку системы и устанавливает порядок рассмотрения частей.

Принцип функциональности утверждает, что любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей. В случае придания системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему. Поскольку выполняемые функции составляют процессы, то целесообразно рассматривать отдельно процессы, функции, структуры. В свою очередь, процессы сводятся к анализу потоков различных видов: материальный поток; поток энергии; поток информации; смена состояний. С этой точки зрения структура есть множество ограничений на потоки в пространстве и во времени.

Принцип развития . Это учет изменяемости системы, ее способности к развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации. В основу синтезируемой системы требуется закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования. Обычно расширение функций предусматривается за счет обеспечения возможности включения новых модулей, совместимых с уже имеющимися. С другой стороны, при анализе принцип развития ориентирует на необходимость учета предыстории развития системы и тенденций, имеющихся в настоящее время, для вскрытия закономерностей ее функционирования.

3.2.4. Структура системного анализа

На рис.3.3 представлен общий циклический подход к решению проблем. В процессе функционирования реальной системы выявляется проблема практики как несоответствие существующего положения дел требуемому. Для решения проблемы проводится системное исследование (декомпозиция, анализ и синтез) системы, снимающее проблему. В ходе синтеза осуществляется оценка анализируемой и синтезируемой систем. Реализация синтезированной системы в виде предлагаемой физической системы позволяет провести оценку степени снятия проблемы практики, и принять решение на функционирование модернизированной (новой) реальной системы.

Основными задачами системного анализа являются (табл.3.2):

· задача декомпозиции означает представление системы в виде подсистем, состоящих из более мелких элементов;

· задача анализа – нахождение различного рода свойств системы, ее элементов и окружающей среды с целью определения закономерностей поведения системы;

· задача синтеза – на основе полученных знаний о системе, создать модель системы, определить ее структуру, параметры, обеспечивающие эффективное функционирование системы, решение задач и достижение поставленных целей.

Рис.3.3. Общий подход к решению проблем с позиций системного анализа

Таблица 3.2

Основные задачи и функции системного анализа

Структура системного анализа
Декомпозиция	Анализ	Синтез
Определение и декомпозиция общей цели, основной функции	Функционально-структурный анализ	Разработка модели системы
Выделение системы из среды	Морфологический анализ (анализ взаимосвязи компонентов)	Структурный синтез
Описание воздействующих факторов	Генетический анализ (анализ предыстории, тенденций, прогнозирование)	Параметрический синтез
Описание тенденций развития, неопределенностей	Анализ аналогов	Оценивание системы
Описание как «черного ящика»	Анализ эффективности
Функциональная, компонентная и структурная декомпозиция	Формирование требований к создаваемой системе

На этапе декомпозиции , обеспечивающем общее представление системы, осуществляются:

1. Определение и декомпозиция общей цели исследования и основной функции системы как ограничение траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций.

2. Выделение системы из среды (разделение на систему/«несистему») по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы.

3. Описание воздействующих факторов.

4. Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.

5. Описание системы как «черного ящика».

6. Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений между элементами) декомпозиции системы.

Глубина декомпозиции ограничивается. Декомпозиция должна прекращаться, если необходимо изменить уровень абстракции – представить элемент как подсистему. Если при декомпозиции выясняется, что модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика», то в этом случае произошло изменение уровня абстракции. Это означает выход за пределы цели исследования системы и, следовательно, вызывает прекращение декомпозиции.

В автоматизированных методиках типичной является декомпозиция модели на глубину 5-6 уровней. На такую глубину декомпозируется обычно одна из подсистем. Функции, которые требуют такого уровня детализации, часто очень важны, и их детальное описание дает ключ к секретам работы всей системы.

В общей теории систем доказано, что большинство систем могут быть декомпозированы на базовые представления подсистем. К ним относят: последовательное (каскадное) соединение элементов, параллельное соединение элементов, соединение с помощью обратной связи.

Проблема проведения декомпозиции состоит в том, что в сложных системах отсутствует однозначное соответствие между законом функционирования подсистем и алгоритмом, его реализующим. Поэтому осуществляется формирование нескольких ва­риантов (или одного варианта, если система отображена в виде иерархической структуры) декомпозиции системы.

Рассмотрим некоторые наиболее часто применяемые стратегии декомпозиции.

Функциональная декомпозиция . Декомпозиция базируется на анализе функций системы. При этом ставится вопрос что делает система, независимо от того, как она работает. Основанием разбиения на функциональные подсистемы служит общность функций, выполняемых группами элементов.

Декомпозиция по жизненному циклу . Признак выделения подсистем – изменение закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы «от рождения до гибели». Рекомендуется применять эту стратегию, когда целью системы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов в выходы.

Декомпозиция по физическому процессу . Признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Хотя эта стратегия полезна при описании существующих процессов, результатом ее часто может стать слишком последовательное описание системы, которое не будет в полной мере учитывать ограничения, диктуемые функциями друг другу. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Применять эту стратегию следует, только если целью модели является описание физического процесса как такового.

Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция). Признак выделения подсистем – сильная связь между элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (информационных, логических, иерархических, энергетических и т.п.). Силу связи, например, по информации можно оценить коэффициентом информационной взаимосвязи подсистем к = N / N o , где N – количество взаимоиспользуемых информационных массивов в подсистемах, N 0 - общее количество информационных массивов. Для описания всей системы должна быть построена составная модель, объединяющая все отдельные модели. Рекомендуется использовать разложение на подсистемы, только когда такое разделение на основные части системы не изменяется. Нестабильность границ подсистем быстро обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

На этапе анализа , обеспечивающем формирование детального представления системы, осуществляются:

1. Функционально-структурный анализ существующей системы, позволяющий сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает уточнение состава и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовлияний подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание пространства состояний Z, задание параметрического пространства Т, в котором задано поведение системы, анализ целостности системы, формулирование требований к создаваемой системе.

2. Морфологический анализ – анализ взаимосвязи компонентов.

3. Генетический анализ – анализ предыстории, причин развития ситуации, имеющихся тенденций, построение прогнозов.

4. Анализ аналогов.

5. Анализ эффективности (по результативности, ресурсоемкости, оперативности). Он включает выбор шкалы измерения, формирование показателей эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, непосредственно оценивание и анализ полученных оценок.

6. Формирование требований к создаваемой системе, включая выбор критериев оценки и ограничений.

Этап синтеза системы, решающей проблему, представлен в виде упрощенной функциональной диаграммы на рис.3.4.

Рис.3.4. Упрощенная функциональная диаграмма этапа синтеза системы, решающей проблему

На этом этапе осуществляются:

1. Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата, моделирование, оценка модели по критериям адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения).

2. Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.

3. Синтез параметров системы, снимающей проблему.

4. Оценивание вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта).

Оценка степени снятия проблемы проводится при завершении системного анализа.

Наиболее сложными в исполнении являются этапы декомпозиции и анализа. Это связано с высокой степенью неопределенности, которую требуется преодолеть в ходе исследования. Рассмотрим процесс формирования общего и детального представления системы, включающий девять основных стадий.

Формирование общего представления системы

Стадия 1 . Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) системы. Формирование (выбор) основных предметных понятий, используемых в системе. На этой стадии речь идет об уяснении основных выходов в системе. Именно с этого лучше всего начинать ее исследование. Должен быть определен тип выхода: материальный, энергетический, информационный, они должны быть отнесены к каким-либо физическим или другим понятиям (выход производства – продукция (какая?), выход системы управления – командная информация (для чего? в каком виде?), выход автоматизированной информационной системы – сведения (о чем?) и т.д.).

Стадия 2 . Выявление основных функций и частей (модулей) в системе. Понимание единства этих частей в рамках системы. На этой стадии происходит первое знакомство с внутренним содержанием системы, выявляется, из каких крупных частей она состоит и какую роль каждая часть играет в системе. Это стадия получения первичных сведений о структуре и характере основных связей. Такие сведения следует представлять и изучать при помощи структурных или объектно-ориентированных методов анализа систем, где, например, выясняется наличие преимущественно последовательного или параллельного характера соединения частей, взаимной или преимущественно односторонней направленности воздействий между частями и т.п. Уже на этой стадии следует обратить внимание на так называемые системообразующие факторы, т.е. на те связи, взаимообусловленности, которые и делают систему системой.

Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осуществления; выявление стадийности, скачков, смен состояний в функционировании; в системах с управлением – выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе, ход событий, вводятся параметры состояния, рассматриваются факторы, влияющие на эти параметры, обеспечивающие течение процессов, а также условия начала и конца процессов. Определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли они осуществлению системой своих главных функций. Для управляемых систем уясняются основные управляющие воздействия, их тип, источник и степень влияния на систему.

Стадия 4 . Выявление основных элементов «несистемы», с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии решается ряд отдельных проблем. Исследуются основные внешние воздействия на систему (входы). Определяются их тип (вещественные, энергетические, информационные), степень влияния на систему, основные характеристики. Фиксируются границы того, что считается системой, определяются элементы «несистемы», на которые направлены основные выходные воздействия. Здесь же полезно проследить эволюцию системы, путь ее формирования. Нередко именно это ведет к пониманию структуры и особенностей функционирования системы. В целом данная стадия позволяет лучше уяснить главные функции системы, ее зависимость и уязвимость или относительную независимость во внешней среде.

Стадия 5 . Выявление неопределенностей и случайностей в ситуации их определяющего влияния на систему (для стохастических систем).

Стадия 6. Выявление разветвленной структуры, иерархии, формирование представлений о системе как о совокупности модулей, связанных входами-выходами.

Стадией 6 заканчивается формирование общих представлений о системе. Как правило, этого достаточно, если речь идет об объекте, с которым мы непосредственно работать не будем. Если же речь идет о системе, которой надо заниматься для ее глубокого изучения, улучшения, управления, то нам придется пойти дальше по спиралеобразному пути углубленного исследования системы.

Формирование детального представления системы

Стадия 7 . Выявление всех элементов и связей, важных для целей рассмотрения. Их отнесение к структуре иерархии в системе. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадии 6 и 7 тесно связаны друг с другом, поэтому их обсуждение полезно провести вместе. Стадия 6 – это предел познания «внутрь» достаточно сложной системы для лица, оперирующего ею целиком. Более углубленные знания о системе (стадия 7) будет иметь уже только специалист, отвечающий за ее отдельные части. Для не слишком сложного объекта уровень стадии 7 – знание системы целиком – достижим и для одного человека. Таким образом, хотя суть стадий 6 и 7 одна и та же, но в первой из них мы ограничиваемся тем разумным объемом сведений, который доступен одному исследователю.

При углубленной детализации важно выделять именно существенные для рассмотрения элементы (модули) и связи, отбрасывая все то, что не представляет интереса для целей исследования. Познание системы предполагает не всегда только отделение су­щественного от несущественного, но также уделение дополнительного внимания более существенному. Детализация должна затронуть и уже рассмотренную в стадии 4 связь системы с «несистемой». На стадии 7 совокупность внешних связей считается проясненной настолько, что можно говорить о доскональном знании системы.

Стадии 6 и 7 подводят итог общему, цельному изучению системы. Дальнейшие стадии уже рассматривают только ее отдельные стороны. Поэтому важно еще раз обратить внимание на системообразующие факторы, на роль каждого элемента и каждой связи, на понимание, почему они именно таковы или должны быть именно таковыми в аспекте единства системы.

Стадия 8 . Учет изменений и неопределенностей в системе. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных частей (модулей) на новые, позволяющие не только противостоять старению, но и повысить качество системы по сравнению с первоначальным состоянием. Такое совершенствование искусственной системы принято называть развитием. К нему также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей, накопление информации для лучшего ее использования, а иногда и перестройку структуры, иерархии связей.

Основные неопределенности в стохастической системе считаются исследованными на стадии 5. Однако недетерминированность всегда присутствует и в системе, не предназначенной работать в условиях случайного характера входов и связей. Добавим, что учет неопределенностей в этом случае обычно превращается в исследование чувствительности важнейших свойств (выходов) системы. Под чувствительностью понимают степень влияния изменения входов на изменение выходов.

Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решения. Управляющие воздействия как системы управления. Для целенаправленных и других систем с управлением данная стадия имеет большое значение. Основные управляющие факторы были уяснены при рассмотрении стадии 3, но там это носило характер общей информации о системе. Для эффективного введения управлений или изучения их воздействий на функции системы и процессы в ней необходимо глубокое знание системы. Именно поэтому мы говорим об анализе управлений только сейчас, после всестороннего рассмотрения системы. Напомним, что управление может быть чрезвычайно разнообразным по содержанию – от команд специализированной управляющей ЭВМ до министерских приказов.

Однако возможность единообразного рассмотрения всех целенаправленных вмешательств в поведение системы позволяет говорить уже не об отдельных управленческих актах, а о системе управления, которая тесно переплетается с основной системой, но четко выделяется в функциональном отношении.

На данной стадии выясняется, где, когда и как (в каких точках системы, в какие моменты, в каких процессах, скачках, выборах из совокупности, логических переходах и т.д.) система управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо. При введении управлений в системе должны быть исследованы варианты перевода входов и постоянных параметров в управляемые, определе­ны допустимые пределы управления и способы их реализации.

Стадии 6-9 были посвящены углубленному исследованию системы. Далее идет специфическая стадия моделирования. О создании модели можно говорить только после полного изучения системы.

Предметная область - раздел науки, изучающий предметные аспекты системных процессов и системные аспекты предметных процессов и явлений. Это определение можно считать системным определением предметной области .

Системный анализ - совокупность понятий, методов, процедур и технологий для изучения, описания, реализации явлений и процессов различной природы и характера, междисциплинарных проблем; это совокупность общих законов, методов, приемов исследования таких систем.

Системный анализ - методология исследования сложных, часто не вполне определенных проблем теории и практики.

Строго говоря, различают три ветви науки, изучающей системы:

системологию (теорию систем) которая изучает теоретические аспекты и использует теоретические методы (теория информации , теория вероятностей, теория игр и др.);

системный анализ (методологию, теорию и практику исследования систем), которая исследует методологические, а часто и практические аспекты и использует практические методы (математическая статистика, исследование операций, программирование и др.);

системотехнику, системотехнологику (практику и технологию проектирования и исследования систем).

За термин системотехнологика ответственность несет автор. Такое деление достаточно условно.

Общим у всех этих ветвей является системный подход, системный принцип исследования - рассмотрение изучаемой совокупности не как простой суммы составляющих (линейно взаимодействующих объектов), а как совокупности нелинейных и многоуровневых взаимодействующих объектов.

Любую предметную область также можно определить как системную.

Пример. Информатика - наука, изучающая информационно-логические и алгоритмические аспекты системных процессов, системные аспекты информационных процессов. Это определение можно считать системным определением информатики .

Системный анализ тесно связан с синергетикой . Синергетика - междисциплинарная наука, исследующая общие идеи, методы и закономерности организации (изменения структуры, ее пространственно-временного усложнения) различных объектов и процессов, инварианты (неизменные сущности) этих процессов. "Синергический" в переводе означает "совместный, согласованно действующий". Это теория возникновения новых качественных свойств, структур на макроскопическом уровне.

Системный анализ тесно связан и с философией. Философия дает общие методы содержательного анализа, а системный анализ - общие методы формального, межпредметного анализа предметных областей , выявления и описания, изучения их системных инвариантов. Можно дать и философское определение системного анализа: системный анализ - это прикладная диалектика.

Системный анализ предоставляет к использованию в различных науках, системах следующие системные методы и процедуры:

абстрагирование и конкретизация;

анализ и синтез, индукция и дедукция;

формализация и конкретизация;

композиция и декомпозиция;

линеаризация и выделение нелинейных составляющих;

структурирование и реструктурирование;

макетирование;

реинжиниринг;

алгоритмизация;

моделирование и эксперимент;

программное управление и регулирование;

распознавание и идентификация;

кластеризация и классификация;

экспертное оценивание и тестирование;

верификация

и другие методы и процедуры.

Имеются следующие основные типы ресурсов в природе и в обществе.

Вещество - наиболее хорошо изученный ресурс, который в основном представлен таблицей Д.И. Менделеева достаточно полно и пополняется не так часто. Вещество выступает как отражение постоянства материи в природе, как мера однородности материи.

Энергия - не полностью изученный тип ресурсов, например, мы не владеем управляемой термоядерной реакцией. Энергия выступает как отражение изменчивости материи, переходов из одного вида в другой, как мера необратимости материи.

Информация - мало изученный тип ресурсов. Информация выступает как отражение порядка, структурированности материи, как мера порядка, самоорганизации материи (и социума). Сейчас этим понятием мы обозначаем некоторые сообщения; ниже этому понятию мы посвятим более детальное обсуждение.

Человек - выступает как носитель интеллекта высшего уровня и является в экономическом, социальном, гуманитарном смысле важнейшим и уникальным ресурсом общества, рассматривается как мера разума, интеллекта и целенаправленного действия, мера социального начала, высшей формы отражения материи (сознания).

Организация (или организованность) выступает как форма ресурсов в социуме, группе, которая определяет его структуру, включая институты человеческого общества, его надстройки, применяется как мера упорядоченности ресурсов. Организация системы связана с наличием некоторых причинно-следственных связей в этой системе. Организация системы может иметь различные формы, например, биологическую, информационную, экологическую, экономическую, социальную, временную, пространственную, и она определяется причинно-следственными связями в материи и социуме.

Пространство - мера протяженности материи (события), распределения ее (его) в окружающей среде.

Время - мера обратимости (необратимости) материи, событий. Время неразрывно связано с изменениями действительности.

Можно говорить о различных полях, в которые "помещен" человек , - материальном, энергетическом, информационном, социальном, об их пространственных, ресурсных (материя, энергия , информация ) и временных характеристиках.

Пример. Рассмотрим простую задачу - пойти утром на занятия в вуз. Эта часто решаемая студентом задача имеет все аспекты:

материальный, физический аспект - студенту необходимо переместить некоторую массу, например, учебников и тетрадей на нужное расстояние;

энергетический аспект - студенту необходимо иметь и затратить конкретное количество энергии на перемещение;

информационный аспект - необходима информация о маршруте движения и месторасположении вуза и ее нужно обрабатывать по пути своего движения;

человеческий аспект - перемещение, в частности, передвижение на автобусе невозможно без человека , например, без водителя автобуса;

организационный аспект - необходимы подходящие транспортные сети и маршруты, остановки и т.д.;

пространственный аспект - перемещение на определенное расстояние;

временной аспект - на данное перемещение будет затрачено время (за которое произойдут соответствующие необратимые изменения в среде, в отношениях, в связях).

Все типы ресурсов тесно связаны и сплетены. Более того, они невозможны друг без друга, актуализация одного из них ведет к актуализации другого.

Пример. При сжигании дров в печке выделяется тепловая энергия , тепловая энергия используется для приготовления пищи, пища используется для получения биологической энергии организма, биологическая энергия используется для получения информации (например, решения некоторой задачи), перемещения во времени и в пространстве . Человек и во время сна расходует свою биологическую энергию на поддержание информационных процессов в организме; более того, сон - продукт таких процессов.

Социальная организация и активность людей совершенствует информационные ресурсы, процессы в обществе, последние, в свою очередь, совершенствуют производственные отношения.

Если классическое естествознание объясняет мир исходя из движения, взаимопревращений вещества и энергии , то сейчас реальный мир, объективная реальность могут быть объяснены лишь с учетом сопутствующих системных, и особенно системно-информационных и синергетических процессов.

Особый тип мышления - системный , присущий аналитику, который хочет не только понять суть процесса, явления, но и управлять им. Иногда его отождествляют с аналитическим мышлением, но это отождествление не полное. Аналитическим может быть склад ума, а системный подход есть методология, основанная на теории систем.

Предметное (предметно-ориентированное) мышление - это метод (принцип), с помощью которого можно целенаправленно (как правило, с целью изучения) выявить и актуализировать, познать причинно-следственные связи и закономерности в ряду частных и общих событий и явлений. Часто это методика и технология исследования систем.

Системное (системно-ориентированное) мышление - это метод (принцип), с помощью которого можно целенаправленно (как правило, с целью управления) выявить и актуализировать, познать причинно-следственные связи и закономерности в ряду общих и всеобщих событий и явлений. Часто это методология исследования систем.

При системном мышлении совокупность событий, явлений (которые могут состоять из различных составляющих элементов) актуализируется, исследуется как целое, как одно организованное по общим правилам событие, явление, поведение которого можно предсказать, прогнозировать (как правило) без выяснения не только поведения составляющих элементов, но и качества и количества их самих. Пока не будет понятно, как функционирует или развивается система как целое, никакие знания о ее частях не дадут полной картины этого развития.

Пример. В соответствии с принципом системного мышления общество состоит из людей (и, разумеется, из общественных институтов). Каждый человек - также система (физиологическая, например). У человека , в свою очередь, существуют присущие ему как организму системы, например, система кровообращения. Когда люди взаимодействуют с другими людьми, образуются новые системы - семья, этнос и др. Это взаимодействие может происходить на уровне общественных институтов, отдельных людей (например, социальные взаимодействия) и даже отдельных систем кровообращения (например, при прямом переливании крови).

В соответствии с принципом системного подхода, каждая система влияет на другую систему. Весь окружающий мир - взаимодействующие системы. Цель системного анализа - выяснить эти взаимодействия, их потенциал и "направить их на службу человека ".

Предметный аналитик (предметно-ориентированный или просто аналитик) - человек , профессионал, изучающий, описывающий некоторую предметную область , проблему в соответствии с принципами и методами, технологиями этой области. Это не означает "узкое" рассмотрение этой проблемы, хотя подобное часто встречается.

Системный (системно-ориентированный) аналитик - человек , профессионал высокого уровня (эксперт), изучающий, описывающий системы в соответствии с принципами системного подхода, анализа, т.е. изучающий проблему комплексно. Ему присущ особый склад ума, базирующийся на мультизнаниях, достаточно большом кругозоре и опыте, высоком уровне интуиции предвидения, умении принимать целесообразные ресурсообеспеченные решения. Его основная задача - помочь предметному аналитику принять правильное (сообразующееся с другими системами, не "ухудшающее" их) решение при решении предметных проблем, выявление и изучение критериев эффективности их решения.

Необходимые атрибуты системного анализа как научного знания:

наличие предметной сферы - системы и системные процедуры;

выявление, систематизация, описание общих свойств и атрибутов систем;

выявление и описание закономерностей и инвариантов в этих системах;

актуализация закономерностей для изучения систем, их поведения и связей с окружающей средой;

накопление, хранение, актуализация знаний о системах (коммуникативная функция).

Системный анализ базируется на ряде общих принципов, среди которых:

принцип дедуктивной последовательности - последовательного рассмотрения системы по этапам: от окружения и связей с целым до связей частей целого (см. этапы системного анализа подробнее ниже);

принцип интегрированного рассмотрения - каждая система должна быть неразъемна как целое даже при рассмотрении лишь отдельных подсистем системы;

принцип согласования ресурсов и целей рассмотрения, актуализации системы;

принцип бесконфликтности - отсутствия конфликтов между частями целого, приводящих к конфликту целей целого и части.

Системно в мире все: практика и практические действия, знание и процесс познания, окружающая среда и связи с ней (в ней). Системный анализ как методология научного познания структурирует все это, позволяя исследовать и выявлять инварианты (особенно скрытые) объектов, явлений и процессов различной природы, рассматривая их общее и различное, сложное и простое, целое и части.

Любая человеческая интеллектуальная деятельность обязана быть по своей сути системной деятельностью, предусматривающей использование совокупности взаимосвязанных системных процедур на пути от постановки задачи, целей, планирования ресурсов к нахождению и использованию решений.

Пример. Любое экономическое решение должно базироваться на фундаментальных принципах системного анализа , экономики,информатики , управления и учитывать поведение человека в социально-экономической среде, т.е. должно базироваться на рациональных, социально и экономически обоснованных нормах поведения в этой среде.

Неиспользование системного анализа не позволяет знаниям (закладываемым традиционным образованием) превращаться в умения и навыки их применения, в навыки ведения системной деятельности (построения и реализации целенаправленных, структурированных, обеспеченных ресурсами конструктивных процедур решения проблем). Системно мыслящий и действующий человек , как правило, прогнозирует и считается с результатами своей деятельности, соизмеряет свои желания (цели) и свои возможности (ресурсы) учитывает интересы окружающей среды, развивает интеллект, вырабатывает верное мировоззрение и правильное поведение в человеческих коллективах.

Окружающий нас мир бесконечен в пространстве и во времени ; человек существует конечное время , располагая при реализации цели конечными ресурсами (материальными, энергетическими, информационными, людскими, организационными, пространственными и временными).

Противоречия между неограниченностью желания человека познать мир и ограниченной (ресурсами, неопределенностью) возможностью сделать это, между бесконечностью природы и конечностью ресурсов человечества, имеют много важных последствий, в том числе - и для самого процесса познания человеком окружающего мира. Одна из таких особенностей познания, которая позволяет постепенно, поэтапно разрешать эти противоречия: использование аналитического и синтетического образа мышления, т.е. разделения целого на части и представления сложного в виде совокупности более простых компонент, и наоборот, соединения простых и построения, таким образом, сложного. Это также относится и к индивидуальному мышлению, и к общественному сознанию, и ко всему знанию людей, и к самому процессу познания.

Пример. Аналитичность человеческого знания проявляется и в существовании различных наук, и в дифференциации наук, и в более глубоком изучении все более узких вопросов, каждый из которых сам по себе и интересен, и важен, и необходим. Вместе с тем, столь же необходим и обратный процесс синтеза знаний. Так возникают "пограничные" науки - бионика, биохимия, синергетика и другие. Однако это лишь одна из форм синтеза. Другая, более высокая форма синтетических знаний реализуется в науках о самых общих свойствах природы. Философия выявляет и описывает общие свойства всех форм материи; математика изучает некоторые, но также всеобщие отношения. К числу синтетических наук относятся системный анализ , информатика , кибернетика и др., соединяющие формальные, технические, гуманитарные и прочие знания.

Итак, расчлененность мышления на анализ, синтез и взаимосвязь этих частей является очевидным признаком системности познания.

Процесс познания структурирует системы, окружающий нас мир. Все, что не познано в данный момент времени , образует "хаос в системе", который, будучи необъясним в рамках рассматриваемой теории, заставляет искать новые структуры, новую информацию , новые формы представления и описания знаний, приводит к появлению новых ветвей знания; этот хаос также дает стимул и для развития умений и навыков исследователя.

Системный подход к исследованию проблем, системный анализ - следствие научно-технической революции, а также необходимости решения ее проблем с помощью одинаковых подходов, методов, технологий. Такие проблемы возникают и в экономике, и в информатике , и в биологии, и в политике и т.д.

RUP. Обследование организации (бизнес-анализ)

Цели

Цели бизнес-анализа заключаются в следующем:

понять структуру и динамику работы организации;

определить проблемы, возникающие в работе организации, и возможности их решения, направленного на повышение эффективности работы;

гарантировать, что заказчики, конечные пользователи и разработчики будут иметь одинаковое понимание деятельности организации;

вывести требования к программным системам, автоматизирующим работу организации.

Организация описывается как с внешней точки зрения – какие результаты предоставляются ее клиентам, так и с внутренней – роли, и их связи с деятельностью организации. Эта информация служит системным аналитикам в качестве связующей при определении требований к ПС. Бизнес-анализ вовсе не является обязательным для каждого проекта разработки ПС. Если заказчик имеет хорошо отлаженный производственный цикл, использует программные средства автоматизации, точно представляет себе, какие производственные задачи должна решать новая ПС в дополнение к уже автоматизированным, то проведение бизнес-анализа может не потребоваться.

Основным результатом бизнес-анализа является бизнес-модель , которая представляется на языке UML. Состав ее будет обсуждаться ниже. Здесь мы заметим, что UML позволяет строить модели любой системы, не обязательно программной, поэтому для описания работы организации используются те же логические и функциональные модели, что и для ПС. Единственное дополнение состоит в том, что в модели бизнеса должны присутствовать бизнес-исполнители – специалисты обследуемой организации, отвечающие за выполнение тех или иных работ.

Роли

В моделировании бизнеса участвуют:

бизнес-аналитик – специалист организации-разработчика, который возглавляет и координирует работы по моделированию бизнеса;

бизнес-разработчик – специалист организации-разработчика, который детализирует и уточняет бизнес модели, определяет бизнес-исполнителей их обязанности и действия;

заинтересованные лица – люди, предоставляющие информацию. Это могут быть бизнес-исполнители или клиенты организации, а также прочие люди, заинтересованные как в собственно результатах моделирования, так и в будущей ПС.

эксперт – представитель обследуемой организации, участвующий в разработке модели (консультации, организация встреч с заинтересованными лицами, оценка результатов). Эксперт, в частности, может быть одним из бизне-исполнителей.

Артефакты

При моделировании создаются следующие артефакты в виде текстовых документов и моделей, описанных на UML:

Документ «Видение бизнеса» – определяет цели проведение бизнес-анализа.

Структура организации – статическое описание подразделений организации и отношений подчиненности в виде диаграмм пакетов и/или классов.

Модель видов деятельности включает бизнес-актеров и виды деятельности организации. К числу бизнес-актеров относятся: заказчики, партнеры, поставщики, власти (представители закона, инспекция и др.), дочерние организации, собственники и инвесторы, внешние информационные системы. Бизнес-актеры помогают определить границы организации, которую требуется описать. Виды деятельности представляют собой бизнес-процессы. Модель видов деятельности представляется с помощью use case диаграмм.

Объектная модель включает бизнес-актеров, бизнес-исполнителей и бизнес-сущности, а также содержит описание их взаимодействий при реализации видов деятельности. Модель представляется на UML с помощью диаграмм классов и взаимодействий (последовательностей, коопераций, деятельностей), которые иногда называют технологическими сценариями.

Модель предметной области является подмножеством объектной модели. Она описывает основные бизнес-сущности и связи между ними. Эта модель представляется в виде диаграмм классов.

Глоссарий – текстовый документ, содержащий определения основных понятий, используемых в данном бизнесе.

Оценка деятельности организации – текстовый документ, описывающий текущее состояние организации, в которой будет использоваться ПС.

Бизнес-правила – текстовый документ, определяющий условия и ограничения, которым должен удовлетворять бизнес.

Дополнительные спецификации – текстовый документ, содержащий описание свойств бизнеса, не включенных в бизнес-модель.

Процесс

Процесс бизнес-анализа показан на рис.1.1 Построение всех предписываемых проекций модели бизнеса выполняется параллельно. Не всегда требуется создавать все проекции. В частности, иногда достаточно просто построить модель предметной области. Решение о составе модели принимает бизнес-аналитик. Все проекции модели разрабатываются параллельно. Например, при выявлении очередного бизнес-актера его включают в модель видов деятельности и в объектную модель, где показывается его взаимодействие с бизнес-исполнителями.

При построении бизнес-модели используют нормативные документы организации (устав, штатное расписание и др.), а также информацию, предоставляемую заинтересованными лицами, для чего проводятся интервью и совещания, заполняются анкеты и опросные листы.

Созданная в итоге бизнес-модель является основой для последующего моделирования ПС. Например, модель видов деятельности преобразовывается в модель ВИ. Такое преобразование может быть формализовано. Необходимо выделить те виды деятельности, которые подлежат автоматизации, и объявить их вариантами использования ПС, а также преобразовать бизнес-исполнителей в актеров, поскольку они являются внутренними сущностями организации, но внешними по отношению к системе. Модель предметной области включается как составная часть в логическую модель ПС, а технологические сценарии являются источником для определения потоков событий в ВИ.

Рис.1.1 - Технологический процесс бизнес-анализа

Системные исследования – термин, введенный в 70-х г.г. ХХ века для обобщения прикладных научных направлений, связанных с исследованием и проектированием сложных систем.

В этот период по мере развития научно-технического прогресса усложняются выпускаемые изделия и технология производства промышленной продукции, расширяется ее номенклатура и ассортимент, увеличивается частота сменяемости выпускаемых изделий и технологий, возрастает наукоемкость продукции. Усиливается воздействие человека на экосистему, что приводит к усложнению взаимоотношений человека с природой, к истощению ресурсов Земли, к экологическим проблемам (проблема загрязнения среды, необходимость сохранения и очистки водных ресурсов и т.д.). В результате усложняются процессы управления экологической и социально-экономической системами и научно-техническим прогрессом.

Для исследования перечисленных и других проблем развиваются разлчные направления фундаментальных и прикладных исследований: исследование операций, кибернетика, системотехника, системология и другие междисциплинарные направления, опирающиеся на теорию систем. Для того, чтобы не затруднять практических работников изучением особенностей этих направлений, их стали объединять общим термином системные исследования.

Системный анализ (СА) признается в настоящее время наиболее конструктивным из направлений системных исследований. Этот термин впервые появился в 1948 г. в работах корпорации RAND в связи с задачами военного управления. Получил распространение в отечественной литературе после перевода книги С. Оптнера «системный анализ деловых и промышленных проблем».

Системный анализ – междисциплинарный курс, обобщающий методологию исследования сложных технических, природных и социальных систем .

В настоящее время в современной научной литературе существует весьма большое количество близких по смыслу определений понятия «система». В теории иерархических многоуровневых систем под системой понимается целостный материальный объект или их совокупность, представляющие собой закономерно обусловленную совокупность функционально взаимодействующих элементов [Д7]. Элементы системы - относительно обособленные части системы (структурные элементы). Они, не являясь системами одного типа, при непосредственном взаимодействии между собой порождают систему. Подсистема - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, реализующих определенную группу функций системы. Системы, обладающие многоуровневостью (иерархичностью) называются сложными системами. В других определениях системы понятие «цель» присутствует в неявном виде: по определению Ф.Е. Темникова) «система – организованное множество (в котором цель проявляется при раскрытии понятия организованности)», далее – в виде конечного результата, системообразующего критерия, функции (В.И. Вернадский, У.Р. Гибсон, П.К. Анохин). По определению Ю.И. Черняка, система есть отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойства объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания. В общем случае под системой понимают объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов и явлений в природе и обществе. Характеристики такой системы определяются как характеристиками составляющих систему элементов, так и характеристиками взаимосвязей между ними.

В данном курсе остановимся на следующем определении системы:

Система есть множество компонент, взаимодействующих друг с другом и служащих общему назначению, или цели.

Система имеет следующие основные характеристики (рис.1.1):

Компоненты.

Отношения (связи, посредством которых осуществляется взаимодействие между компонентами).

1. Внешняя среда.

   Вход, Выход.

   Интерфейс.

   Законы, правила, ограничения функционирования.

Системные характеристики можно описать следующим образом:

1. Компонент есть либо неделимая часть, либо агрегат, состоящий из частей и называемый подсистемой.

2. Компоненты взаимодействуют между собой таким образом, что функционирование одного влияет на функционирование другого компонента.

3. Система имеет границу, внутри которой содержатся все компоненты, и которая устанавливает пределы системы, отделяя ее от других систем.

4. Все компоненты работают вместе, чтобы достичь цель существования системы.

Рис. 1.1. Характеристики системы.

5. Система существует и функционирует внутри окружающей (внешней) среды – всего, что находится за границей системы. Окружающая среда влияет на систему и подвергается влиянию системы.

6. Система имеет множество входных и выходных объектов.

7. Точка, в которой система взаимодействует со средой, называется интерфейсом.

8. Система имеет законы, правила, ограничения функционирования.

Сложные динамические системы обладают следующими системообразующими факторами :

целостность и возможность декомпозиции на элементы O (объекты, подсистемы);

наличие стабильных связей (отношений) R между элементами O ;

упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру (Str );

наделение элементов параметрами (A O );

наличие синергетических (интегративных) свойств Q , которыми не обладают ни один из элементов системы;

наличие множества законов, правил и операций Z с вышеперечисленными атрибутами системы;

наличие цели функционирования и развития (G ).

В определении М. Месаровича выделены множество X входных объектов (воздействующих на систему) и множество Y выходных результатов, а между ними установлено обобщающее отношение пересечения, что можно отобразить как у автора определения:

Таким образом, система есть совокупность Syst ={O (A O ) , R , Str , Q , Z , G , S }.

Данное определение более полно отражает содержательную сторону системы, чем известные определения, основанные на первых трех признаках: элементах, связях и их упорядоченности в единое целое. Параметризация структурных элементов позволяет конкретизировать систему, придавать ей индивидуальность, а также выделять то множество свойств, которое присуще данной системе. При этом к свойствам системы можно отнести ее способность к адаптации, к самоорганизации, к обеспечению устойчивости, к выполнению различных сложных функций (самосохранения, саморазвития и т.д.). К свойствам системы можно отнести и ее способность к формированию целей функционирования и развития и к организации их достижения.

Наличие множества Z законов, правил и операций способствует созданию того формального аппарата, который позволяет на математическом (абстрактном) уровне строить из множества A элементов и множества R связей различные структуры систем, а также анализировать их и синтезировать системы с заданными свойствами.

Данное определение системы используется в дальнейшем при исследовании (анализе, моделировании) сложных управляемых систем с целью установления связи между структурой, параметрами и свойствами системы при их поведении в проблемных ситуациях.

Современный этап развития теории и практики характеризуется повышением уровня системности. Ученые, инженеры, представители различных профессий оперируют такими понятиями, как системный или комплексный подход. Полезность и важность системного подхода вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепринятой. Такая ситуация явилась отражением объективных процессов развития представлений о материальном мире, сформировалась под воздействием объективных факторов.

Свойство системности является всеобщим свойством материи. Современные научные данные и современные системные представления позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем. Причем части системы находятся в развитии, на разных стадиях развития, на разных уровнях системной иерархии и организации. Системность как всеобщее свойство материи проявляется через следующие составляющие: системность практической деятельности, системность познавательной деятельности и системность среды, окружающей человека.

Рассмотрим практическую деятельность человека, т. е. его активное и целенаправленное воздействие на окружающую среду. Покажем, что человеческая практика системна. Отметим очевидные и обязательные признаки системности: структурированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. По отношению к человеческой деятельности эти признаки очевидны. Всякое осознанное действие преследует определенную цель. Во всяком действии достаточно просто увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом легко убедиться, что эти составные части должны выполняться не в произвольном порядке, а в определенной их последовательности. Это и есть та самая определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности. Название для такого построения деятельности - алгоритмичностъ. Понятие алгоритма возникло сначала в математике и означало задание точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или другими математическими объектами. В настоящее время понятие алгоритма применяется к различным отраслям деятельности. Так говорят не только об алгоритмах принятия управленческих решений, об алгоритмах обучения, алгоритмах написания программ, но и об алгоритмах изобретательства . Алгоритмизуются такие виды деятельности как игра в шахматы, доказательство теорем и т. п. При этом делается отход от математического понимания алгоритма. Важно сознавать, что в алгоритме должна сохраняться логическая последовательность действий. При этом допускается, что в алгоритме определенного вида деятельности могут присутствовать неформализованные виды действия. Важно лишь, чтобы определенные этапы алгоритма успешно, хотя бы и неосознанно, выполнялись человеком.

Примеры систем.

1) Самолет - это летательный аппарат тяжелее воздуха с аэродинамическим принципом полета. При полете используются:

несущие поверхности самолета (крыло и оперение) для создания с помощью воздушной среды подъемной и управляющих сил,

силовая установка - для создания движущей силы за счет энергии находящегося на борту самолета топлива.

Для передвижения по земле - разбега, пробега и руления, а также для стоянки самолет снабжен системой опор - шасси. В соответствии с назначением самолеты имеют определенную целевую нагрузку, оборудование и снаряжение, систему управления.

Таким образом, самолет представляет собой сложную динамическую систему с развитой иерархической структурой, состоящую из взаимосвязанных по назначению, месту и функционированию элементов; в нем можно выделить подсистемы создания подъемной и движущей сил, обеспечения устойчивости и управляемости, жизнеобеспечения, обеспечения выполнения целевой функции и др.

2) Вычислительная сеть – сложная система, которая состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи).

Основное назначение вычислительных сетей - обеспечение взаимодействия удаленных пользователей на основе обмена данными по сети и совместное использование сетевых ресурсов (вычислительных машин, прикладных программ и периферийных устройств).

3) Университет – образовательное учреждение, которое реализует программы обучения разных уровней и проводит научные исследования по приоритетным направлениям. Цель функционирования системы образования – обеспечение современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства. Система управления университетом включает следующие подстистемы: организационная, учебная, финансовая, административно-хзяйственная, научно-исследовательская, управления кадрами, управления капитальным строительством, и др. Окружающая среда университета включает будущих (потенциальных) студентов, работодателей, институциональные учреждения, службы занятости и др. Университет взаимодействует с абитуриентами и предприятиями – пользователями образовательных услуг.

Приведенные примеры систем иллюстрируют наличие таких факторов системности, как целостность и возможность декомпозиции на элементы O (в вычислительной сети это вычислительные машины, средства связи и др.); наличие стабильных связей (отношений) R между элементами O ; упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру (Str ); наделение элементов параметрами (A O ); наличие синергетических (интегративных) свойств Q , которыми не обладают ни один из элементов системы (взаимодействие удаленных пользователей, Web-услуги, электронная коммерция); наличие множества законов, правил и операций Z с вышеперечисленными атрибутами системы; наличие цели функционирования и развития (G ).

«Содержание и технология системного анализа» →

Глава 11, Основы системного анализа

11.1. Основные разновидности системного анализа

Виды системного анализа

Системный анализ представляет собой важный объект методологических исследований и одно из наиболее бурно развивающихся научных направлений. Ему посвящено множество монографий и статей. Наиболее известные его исследовател: В. Г. Афанасьев, Л. Бер-таланфи, И. В. Блауберг, А. А. Богданов, В. М. Глушков, Т. Гоббс, О. Конт, В. А. Карташов, С. А. Кузьмин, Ю. Г. Марков, Р. Мертон, М. Месарович, Т. Парсонс, Л. А. Петрушенко, В. Н. Садовский, М. И. Сетров, Г. Спенсер, В. Н. Спицнадель, Я. Такахара, В. С. Тюх-тин, А. И. Уемов, У. Черчмен, Э. Г., Юдин и др.

Популярность системного анализа ныне столь велика, что можно перефразировать известный афоризм выдающихся физиков Уильяма Томсона и Эрнеста Резерфорда относительно науки, которую можно разделить на физику и собирание марок. Действительно, среди всех методов анализа системный - настоящий король, а все другие методы можно с уверенностью отнести к его невыразительной прислуге.

Вместе с тем всякий раз, когда ставится вопрос о технологиях системного анализа, сразу же возникают непреодолимые трудности, связанные с тем, что устоявшихся интеллектуальных технологий системного анализа в практике нет. Имеется только некоторый опыт применения системного подхода в различных странах. Таким образом, налицо проблемная ситуация, характеризующаяся постоянно нарастающей потребностью технологического освоения системного анализа, которое разработано весьма недостаточно.

Ситуация усугубляется не только тем, что не разработаны интеллектуальные технологии системного анализа, но и тем, что нет однозначности в понимании самого системного анализа. Это несмотря на то что уже 90 лет прошло со времени выхода в свет основополагающего труда в области теории систем - «Тектологии» А. А. Богданова, и почти полстолетия насчитывает история развития системных идей.

Достаточно рельефно выделяются несколько вариантов понимания сущности системного анализа:

• Отождествление технологии системного анализа с технологией научного исследования. При этом для самого системного анализа в этой технологии практически не находится места.
• Сведение системного анализа к системному конструированию. По сути системно-аналитическая деятельность отождествляется с системотехнической деятельностью.
• Очень узкое понимание системного анализа, сведение его к одной из его составляющих, например к структурно-функциональному анализу.
• Отождествление системного анализа системным подходом в аналитической деятельности.
• Понимание системного анализа как исследования системных закономерностей.
• В узком смысле под системным анализом довольно часто понимают совокупность математических методов исследования систем.
• Сведение системного анализа к совокупности методологических средств, которые используются для подготовки, обоснования и осуществления решений по сложным проблемам.

В этом случае то, что называют системным анализом, представляет собой недостаточно интегрированный массив методов и приемов системной деятельности. В табл. 31 дана характеристика основных видов системной деятельности, среди которых фактически теряется системный анализ.

Виды деятельности	Цель деятельности	Средства деятельности	Содержание деятельности
Системное познание	Получение знания	Знания, методы познания	Изучение объекта и его предмета
Системный анализ	Понимание проблемы	Информация, методы ее анализа	Рассмотрение проблемы посредством методов анализа
Системное моделирование	Создание модели системы	Методы моделирования	Построение формальной или натурной модели системы
Системное конструирование	Создание системы	Методы конструирования	Проектирование и опредмечивание системы
Системная диагностика	Диагноз системы	Методы диагностики	Выяснение отклонений от нормы в структуре и функциях системы
Системная оценка	Оценка системы	Теория и методы оценки	Получение оценки системы, ее значимости

Таблица 31 — Виды системной деятельности и их характеристика

Следует подчеркнуть, что ныне практически не встречаются научные и педагогические разработки в различных областях управления, в которых не уделялось бы внимание системному анализу. При этом его вполне справедливо рассматривают как эффективный метод изучения объектов и процессов управления. Однако практически отсутствует анализ «точек» приложения системной аналитики к решению конкретных управленческих задач и ощущается дефицит технологических схем такого анализа. Системный анализ в управлении представляет ныне не развитую практику, а нарастающие ментальные декларации, не имеющие какого-либо серьезного технологического обеспечения.

Методология системного анализа

Методология системного анализа представляет собой довольно сложную и пеструю совокупность принципов, подходов, концепций и конкретных методов. Рассмотрим ее основные составляющие.

Под принципами понимаются основные, исходные положения, некоторые общие правила познавательной деятельности, которые указывают направление научного познания, но не дают указания на конкретную истину.Это выработанные и исторически обобщенные требования к познавательному процессу, выполняющие важнейшие регулятивные роли в познании . Обоснование принципов - первоначальный этап построения методологической концепции.

К важнейшим принципам системного анализа следует отнести принципы элементаризма, всеобщей связи, развития, целостности, системности, оптимальности, иерархии, формализации, нормативности и целеполагания. Системный анализ представляется интегралом данных принципов. В табл. 32 представлена их характеристика в аспекте системного анализа.

Принципы системного анализа	Характеристика
Элементаризма	Система представляет собой совокупность взаимосвязных элементарных составляющих
Всеобщей связи	Система выступает как проявление универсального взаимодействия предметов и явлений
Развития	Системы находятся в развитии, проходят этапы возникновения, становления, зрелости и нисходящего развития
Целостности	Рассмотрение любого объекта, системы с точки зрения внутреннего единства, отделенности от окружающей среды
Системности	Рассмотрение объектов как системы, т.е. как целостности, которая не сводится к совокупности элементов и связей
Оптимальности	Любая система может быть приведена в состояние наилучшего ее функционирования с точки зрения некоторого критерия
Иерархии	Система представляет собой соподчиненное образование
Формализации	Любая система с большей или меньшей корректностью может быть представлена формальными моделями, в том числе формально-логическими, математическими, кибернетическими и др.
Нормативности	Любая система может быть понята только в том случае, если она будет сравниваться с некоторой нормативной системой
Целеполагания	Любая система стремится к определенному предпочтительному для него состоянию, выступающему в качестве цели системы

Таблица 32 — Принципы системного анализа и их характеристика

Методологические подходы в системном анализе объединяют совокупность сложившихся в практике аналитической деятельности приемов и способов реализации системной деятельности. Наиболее важными среди них выступают системный, структурно-функциональный, конструктивный, комплексный, ситуационный, инновационный, целевой, деятельностный, морфологический и программно-целевой подходы. Их характеристика представлена в табл. 33.

Подходы в системном анализе	Характеристика подходов в системном анализе
Системный	Несводимость свойств целого к сумме свойств элементов Поведение системы определяется как особенностями отдельных элементов, так и особенностями ее структуры Существует зависимость между внутренними и внешними функциями системы Система находится во взаимодействии с внешней средой, обладает соответствующей ей внутренней средой Система представляет собой развивающуюся целостность
Структурно-функциональный	Выявление структуры (или функций) системы Установление зависимости между структурой и функциями системы Построение соответственно функций (или структуры) системы
Конструктивный	Реалистический анализ проблемы Анализ всех возможных вариантов разрешения проблемы Конструирование системы, действие по разрешению проблемы
Комплексный	Рассмотрение всех сторон, свойств, многообразия структур, функций системы, ее связей со средой Рассмотрение их в единстве Выяснение степени значимости взятых в единстве характеристик системы в ее сущности
Проблемный	Выделение проблемы как противоречия между какими-либо сторонами объекта, определяющими его развитие Определение типа проблемы, ее оценка Выработка способов разрешения проблемы
Ситуационный	Выделение проблемного комплекса, лежащего в основе ситуации Выделение основных характеристик ситуации Установление причин возникновения ситуация и следствий их развертывания Оценка ситуации, её прогнозирование Разработка программы деятельности в данной ситуации
Инновационный	Констатация проблемы обновления Формирование модели нововведения, обеспечивающего разрешение проблемы Внедрение нововведения Управление нововведением, его освоение и реализация
Нормативный	Констатация проблемы системы Установление рациональных норм системы Преобразование системы в соответствии с нормами
Целевой	Определение цели системы Декомпозиция цели на простые составляющие Обоснование целей Построение «дерева целей» Оценка экспертами всех «ветвей» «дерева целей» относительно времени и ресурсов достижения
Деятельностный	Определение проблемы Определение объекта деятельности Формулировка целей и задач деятельности Определение субъекта деятельности Формирование модели деятельности Осуществление деятельности
Морфологический	Максимально точное определение проблемы Нахождение наибольшего числа в пределах всех возможных вариантов разрешения проблемы Реализация системы путем комбинирования основных структурных элементов или признаков Применение методов морфологического моделирования: систематического покрытия поля; отрицания и конструирования; морфологического ящика; сопоставления совершенного с дефектным, обобщения и др.
Программно-целевой	Определение проблемы Формулирование целей Построение программы достижения целей

Таблица 33 — Характеристика основных подходов в системном анализе

Важнейшей, если не главной составной частью методологии системного анализа выступают методы. Их арсенал довольно велик. Разнообразны и подходы авторов при их выделении. Ю. И. Черняк методы системного исследования делит на четыре группы: неформальные, графические, количественные и моделирование . А. В. Игнатьева и М. М. Максимцов дают классификацию методов исследования систем управления, разделяя их на три основные группы: 1) методы, основанные на использовании знаний и интуиции специалистов; 2) методы формализованного представления систем и 3) комплексированные методы.

По нашему мнению, методы системного анализа еще не получили достаточно убедительной классификации в науке. Поэтому прав В. Н. Спицнадель, который отмечает, что, к сожалению, в литературе отсутствует классификация этих методов, которая была бы принята единогласно всеми специалистами . Приведенная табл. 34 представляет разработанный автором возможный вариант такой классификации. В качестве оснований классификации предлагается использовать тип знания, обрабатываемый методом; способ реализации, в качестве которого могут выступать либо интуиция, либо знание; выполняемые функции, сводящиеся к получению, представлению и обработке информации; уровень знания - теоретический либо эмпирический; форма представления знания, которая может быть качественной либо количественной.

Основание классификации	Методы системного анализа
Тип знания	Философские методы (диалектический, метафизический и т.п.) Общенаучные методы (системный, структурно-функциональный, моделирование, формализация и т. п.) Частнонаучные методы (свойственны для конкретной науки: методы моделирования социальных, биологических систем и т. п.) Дисциплинарные методы (применяются в той или иной дисциплине, входящей в какую-нибудь отрасль науки, семиотические, лингвистические и т. п.)
Способ реализации	Интуитивные методы («мозговая атака», «сценарии», экспертные методы и т. п.) Научные методы (анализ, классификация, системного моделирования, методы логики и теории множеств и т. п.)
Выполняемые функции	Методы получения информации (системное наблюдение, описание, экспертные методы, игровые методы и т. п.) Методы представления информации (группировка, классификация и т. п.) Методы анализа информации (классификация, обобщение, методы анализа информационных систем и т. п.)
Уровень знания	Теоретические методы (анализ, синтез, теоретизация и т. п.) Эмпирические методы (игровые методы, морфологические методы, экспертные оценки и т. п.)
Форма представления знания	Качественные методы, опирающиеся на качественный подход к объекту (метод «сценариев», морфологические методы) Количественные методы, использующие аппарат математики (метод « Дельфи», статистические методы, методы теории графов, комбинаторики, кибернетики, логики, теории множеств, лингвистики, исследования операций, семиотики, топологии и т. п.)

Таблица 34 — Методы системного анализа

Методологический комплекс системного анализа был бы неполным, если в нем не выделить его теоретический ансамбль. Теория является не только отражением действительности, но и методом ее отражения, т.е. она выполняет методологическую функцию. На этом основании системные теории включаются в системный методологический комплекс. Наиболее важные системные теории, которые воздействуют на анализ, представлены в табл. 35.

Название	Авторы	Характеристика
Общая теория систем (несколько вариантов)	А. А. Богданов, Л. Берталанфи, М. Месарович, У. Росс Эшби, A. И. Уемов, B. С. Тюхтин, Ю. А. Урманцев и др.	Формирование понятийного аппарата систем Попытка создания строгой теории Выявление общих закономерностей функционирования и развития систем любой природы
Структурализм (несколько вариантов)	К. Леви-Стросс, М. П. Фуко, Ж. Лакан, Р. Барт, Л. Гольдман, А. Р. Радклифф-Браун и др.	Выявление структур, имеющихся в культуре Применение структурных методов в изучении различных продуктов человеческой деятельности в целях выявления логики порождения, строения и функционирования объектов духовной культуры. Выделение и анализ эпистем - способов фиксации связей между словами и вещами
Функционализм (несколько вариантов)	Г. Спенсер, Т. Парсонс, Б. Малиновский, Р. Мертон, Н. Луман, К. Гемпель, Ч. Миллс и др.	Выявление функций как наблюдаемых следствий, которое служит саморегуляции и адаптации системы Исследование функциональных потребностей и их обеспечения структурами Выделение явных и латентных функций, функций и дисфункций Исследование проблем адаптации и саморегуляции систем
Структурный функционализм (несколько вариантов)	Р. Бейлз, Р. Мак-Айвера, Р. Мертон, Т. Парсонс, Н. Смелсер, Э. Шилз и др.	Равновесие и спонтанная регуляция систем Наличие в обществе инструментальной и функциональной рациональности Общество как система имеет технико-экономическую, профессиональную и стратификационную структуры
Системно-кибернетические теории	Н. Винер, У. Росс Эшби, Р. Акофф, Ст. Бир, В. М. Глушков и др.	Выделение общих законов управления Гомеостатический, целевой, управленческий характер систем Наличие прямой и обратной отрицательной и положительной обратной связей Процессы управления рассматриваются как процессы переработки информации Теория автоматического регулирования Теория информации Теория оптимального управления Теория алгоритмов Становление химической, технической, экономической и т.п. кибернетики
Математические теории систем (несколько вариантов)	М. Месарович, Л. В. Кантарович, В. С. Немчинов и др.	Математические определения систем, основанные на теории множеств, логике, математическом программировании, теории вероятностей и статистике Математические описания структуры, функций и состояний систем
Синергетика	И. И. Пригожин, Г. Хаген	Исследование процессов самоорганизации в системах любой природы Объяснение поведения сложных нелинейных систем, находящихся в неравновесных состояниях спонтанным образованием структур Роль динамического хаоса и флуктуаций в развитии системы Наличие многообразия путей развития систем в условиях хаоса

Из табл. 35 следует, что системная теория развивается по нескольким направлениям. Практически исчерпывает себя такое направление, как общая теория систем, сформировался структурализм, функционализм и структурный функционализм в обществознании, биологии, получили развитие системно-кибернетические и математические теории. Наиболее перспективным направлением ныне является синергетика, которая дает объяснение нестационарным системам, с которыми человек сталкивается все чаще в условиях перехода к постиндустриальной динамике жизни.

Виды системного анализа

Многообразие методологии системного анализа выступает питательной почвой для развития разновидностей системного анализа, под которыми понимаются некоторые сложившиеся методологические комплексы. Заметим, что вопрос о классификации разновидностей системного анализа еще не разработан в науке. Имеются отдельные подходы к этой проблеме, которые встречаются в некоторых работах . Довольно часто виды системного анализа сводят к методам системного анализа или к специфике системного подхода в системах различной природы. На самом деле бурное развитие системного анализа приводит к дифференциации его разновидностей по многим основаниям, в качестве которых выступают: назначение системного анализа; направленность вектора анализа; способ его осуществления; время и аспект системы; отрасль знания и характер отражения жизни системы. Классификация по этим основаниям приведена в табл. 36.

Основание классификации	Виды системного анализа	Характеристика
Назначение системного анализа	Исследовательский системный	Аналитическая деятельность строится как исследовательская деятельность, результаты используются в науке
	Прикладной системный	Аналитическая деятельность представляет собой специфическую разновидность практической деятельности, результаты используются в практике
Направленность вектора анализа	Дескриптивный или описательный	Анализ системы начинается со структуры и идет к функциям и цели
	Конструктивный	Анализ системы начинается с ее цели и идет через функции к структуре
Способ осуществления анализа	Качественный	Анализ системы с точки зрения качественных свойств, характеристик
	Количественный	Анализ системы с точки зрения формального подхода, количественного представления характеристик
Время системы	Ретроспективный	Анализ систем прошлого и их влияния на прошлое и историю
	Актуальный (ситуационный)	Анализ систем в ситуациях настоящего и проблем их стабилизации
	Прогностический	Анализ систем будущего и путей их достижения
Аспекты системы	Структурный	Анализ структуры
	Функциональный	Анализ функций системы, эффективности ее функционирования
	Структурно-функциональный	Анализ структуры и функций, а также их взаимозависимости
Масштаб системы	Макросистемный	Анализ места и роли системы в более крупных системах, которые ее включают
	Микросистемный	Анализ систем, которые включают в себя данную и воздействуют на свойства данной системы
Отрасль знания	Общий системный	Опирается на общую теорию систем, осуществляется с общих системных позиций
	Специальный системный	Опирается на специальные теории систем, учитывает специфику природы систем
Отражение жизни системы	Витальный	Предполагает анализ жизни системы, основных этапов ее жизненного пути
	Генетический	Анализ генетики системы, механизмов наследования

Таблица 36 — Характеристика разновидностей системного анализа

Данная классификация позволяет диагностировать каждую конкретную разновидность системного анализа. Для этого надо «пройти» по всем основаниям классификации, выбирая ту разновидность анализа, которая наилучшим образом отражает свойства применяемой разновидности анализа.