Методы системного анализа подходы. Основные этапы и методология 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Любая научная, исследовательская и практическая деятельность проводится на базе методов, методик и методологий.
Метод - это прием или способ действия.
Методика - это совокупность методов, приемов проведения какой-либо работы.
Методология - это совокупность методов, правила распределения и назначения методов, а также шаги работы и их последовательность.
Имеются свои методы, методики и методологии и у системного анализа. Однако, в отличие от классических наук, системный анализ находится в стадии развития и еще не имеет устоявшегося, общепризнанного «инструментария».
Кроме того, каждая наука имеет свою методологию, поэтому дадим еще одно определение.
Методология - это совокупность методов, применяемых в какой-либо науке.
В каком-то смысле можно говорить и о методологии системного анализа, хотя это пока еще очень рыхлая, «сырая» методология.

1. Системность
Прежде чем рассматривать системную методологию, надо разобраться с понятием «системный». Сегодня широко используются такие понятия как «системный анализ», «системный подход», «теория систем», «принцип системности» и др. При этом их не всегда различают и часто применяют как синонимы.
Наиболее общим понятием, которое обозначает все возможные проявления систем, является «системность». Ю.П. Сурмин предлагает рассматривать структуру системности в трех аспектах (рис. 1): системная теория, системный подход и системный метод.

Рис. 1. Структура системности и составляющие её функции.

1. Системная теория (теория систем) реализует объясняющую и систематизирующую функции: дает строгое научное знание о мире систем; объясняет происхождение, устройство, функционирование и развитие систем различной природы.
2. Системный подход следует рассматривать как некоторый методологический подход человека к действительности, представляющий собой некоторую общность принципов, системное мировоззрение.
Подход - это совокупность приемов, способов воздействия на кого-нибудь, в изучении чего-нибудь, ведении дела и т. д.
Принцип - а) основное, исходное положение какой-либо теории; б) наиболее общее правило деятельности, которое обеспечивает его правильность, но не гарантирует однозначность и успех.
Итак, подход - это некоторая обобщенная система представлений о том, как должна выполняться та или иная деятельность (но не детальный алгоритм действия), а принцип деятельности - множество некоторых обобщенных приемов и правил.
Кратко суть системного подхода можно определить так:
Системный подход - это методология научного познания и практической деятельности, а также объяснительный принцип, в основе которых лежит рассмотрение объекта как системы.
Системный подход заключается в отказе от односторонне аналитических, линейно-причинных методов исследования. Основной акцент при его применении делается на анализе целостных свойств объекта, выявлении его различных связей и структуры, особенностей функционирования и развития. Системный подход представляется достаточно универсальным подходом при анализе, исследовании, проектировании и управлении любых сложных технических, экономических, социальных, экологических, политических, биологических и других систем.
Назначение системного подхода заключается в том, что он направляет человека на системное видение действительности. Он заставляет рассматривать мир с системных позиций, точнее - с позиций его системного устройства.
Таким образом, системный подход, будучи принципом познания, выполняет ориентаци-онную и мировоззренческую функции, обеспечивая не только видение мира, но и ориентацию в нем.
3. Системный метод реализует познавательную и методологическую функции. Он выступает как некоторая интегральная совокупность относительно простых методов и приемов познания, а также преобразования действительности.
Конечная цель любой системной деятельности заключается в выработке решений, как на стадии проектирования систем, так и при управлении ими. В этом контексте системный анализ можно считать сплавом методологии общей теории систем, системного подхода и системных методов обоснования и принятия решений.

2. Естественнонаучная методология и системный подход
Системный анализ не является чем-то принципиально новым в исследовании окружающего мира и его проблем - он базируется на естественнонаучном подходе, корни которого уходят в прошлые века.
Центральное место в исследовании занимают два противоположных подхода: анализ и синтез.
Анализ предусматривает процесс разделения целого на части. Он весьма полезен в том случае, если требуется выяснить, из каких частей (элементов, подсистем) состоит система. Посредством анализа приобретаются знания. Однако при этом нельзя понять свойства системы в целом.
Задача синтеза - построение целого из частей. Посредством синтеза достигается понимание.
В исследовании любой проблемы можно указать несколько главных этапов:
1) постановка цели исследования;
2) выделение проблемы (выделение системы): выделить главное, существенное, отбросив малозначимое, несущественное;
3) описание: выразить на едином языке (уровне формализации) разнородные по своей природе явления и факторы;
4) установление критериев: определить, что значит «хорошо» и «плохо» для оценивания полученной информации и сравнения альтернатив;
5) идеализация (концептуальное моделирование): ввести рациональную идеализацию проблемы, упростить ее до допустимого предела;
6) декомпозиция (анализ): разделить целое на части, не теряя свойств целого;
7) композиция (синтез): объединить части в целое, не теряя свойств частей;
8) решение: найти решение проблемы.
В отличие от традиционного подхода, при котором проблема решается в строгой последовательности вышеприведенных этапов (или в другом порядке), системный подход состоит в многосвязности процесса решения: этапы рассматриваются совместно, во взаимосвязи и диа-лектическом единстве. При этом возможен переход к любому этапу, в том числе и возврат к постановке цели исследования.
Главным признаком системного подхода является наличие доминирующей роли сложного, а не простого, целого, а не составляющих элементов. Если при традиционном подходе к исследованию мысль движется от простого к сложному, от частей - к целому, от элементов - к системе, то в системном подходе, наоборот, мысль движется от сложного к простому, от целого к составным частям, от системы к элементам. При этом эффективность системного подхода тем выше, чем к более сложной системе он применяется.

3. Системная деятельность
Всякий раз, когда ставится вопрос о технологиях системного анализа, сразу же возникают непреодолимые трудности, связанные с тем, что устоявшихся технологий системного анализа в практике нет. Системный анализ в настоящее время представляет собой слабосвязанную совокупность приемов и методов неформального и формального характера. В системном мышлении пока чаще господствует интуиция.
Ситуация усугубляется еще и тем, что, несмотря на полувековую историю развития системных идей, нет однозначности в понимании самого системного анализа. Ю.П. Сурминым выделяются следующие варианты 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 с 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.
Таким образом, то, что называют системным анализом, представляет собой недостаточно интегрированный массив методов и приемов системной деятельности.
Сегодня упоминание о системном анализе можно найти во многих работах, связанных с управлением, решением проблем. И хотя его вполне справедливо рассматривают как эффектив-ный метод изучения объектов и процессов управления, методики системной аналитики в решении конкретных управленческих задач практически отсутствуют. Как пишет Ю.П. Сурмин: «Системный анализ в управлении представляет ныне не развитую практику, а нарастающие ментальные декларации, не имеющие какого-либо серьезного технологического обеспечения».

4. Подходы к анализу и проектированию систем
При анализе и проектировании действующих систем различных специалистов могут интересовать разные аспекты: от внутреннего устройства системы до организации управления в ней. В связи с этим условно выделяют следующие подходы к анализу и проектированию: 1) системно-элементный, 2) системно-структурный, 3) системно-функциональный, 4) системно-генетический, 5) системно-коммуникативный, 6) системно-управленческий и 7) системно-информационный.
1. Системно-элементный подход. Непременной принадлежностью систем являются их компоненты, части, именно то, из чего образовано целое и без чего оно невозможно.
Системно-элементный подход отвечает на вопрос, из чего (каких элементов) образована система.
Этот подход иногда называли "перечислением" системы. Его вначале пытались применить для исследования сложных систем. Однако первые же попытки применить такой подход к исследованию систем управления предприятиями и организациями показали, что «перечислить» сложную систему практически невозможно.
Пример. В истории разработки автоматизированных систем управления был такой случай. Разработчики написали несколько десятков томов обследования системы, но так и не могли приступить к созданию АСУ, поскольку не могли гарантировать полноты описания. Руководитель разработки вынужден был уволиться, а впоследствии стал изучать системный подход и популяризировать его.
2. Системно-структурный подход. Компоненты системы являют собой не набор случайных бессвязных объектов. Они интегрированы системой, являются компонентами именно данной системы.
Системно-структурный подход направлен на выявление компонентного состава системы и связей между ними, обеспечивающих целенаправленное функционирование.
При структурном исследовании предметом исследований, как правило, являются состав, структура, конфигурация, топология и т. п.
3. Системно-функциональный подход. Цель выступает в системе как один из важных системообразующих факторов. Но цель требует действий, направленных на ее достижение, которые есть не что иное, как ее функции. Функции по отношению к цели выступают как способы ее достижения.
Системно-функциональный подход направлен на рассмотрение системы с точки зре-ния ее поведения в среде для достижения целей.
При функциональном исследовании рассматриваются: динамические характеристики, устойчивость, живучесть, эффективность, т. е. все то, что при неизменной структуре системы зависит от свойств ее элементов и их отношений.
4. Системно-генетический подход. Любая система не является неизменной, раз и навсе-гда заданной. Она не абсолютна, не вечна главным образом потому, что ей присущи внутренние противоречия. Каждая система не только функционирует, но и движется, развивается; она имеет свое начало, переживает время своего зарождения и становления, развития и расцвета, упадка и гибели. А это значит, что время является непременным атрибутом системы, что любая система исторична.
Системно-генетический (или системно-исторический) подход направлен на изучение системы с точки зрения ее развития во времени.
Системно-генетический подход определяет генезис - возникновение, происхождение и становление объекта как системы.
5. Системно-коммуникативный подход. Каждая система всегда является элементом (подсистемой) другой, более высокого уровня, системы, и сама, в свою очередь, образована из подсистем более низкого уровня. Иначе говоря, система связана множеством отношений (коммуни-каций) с самыми различными системными и несистемными образованиями.
Системно-коммуникативный подход направлен на изучение системы с точки зрения ее отношений с другими, внешними по отношению к ней, системами.
6. Системно-управленческий подход. Система постоянно испытывает на себе возмущающие воздействия. Это - прежде всего внутренние возмущения, являющиеся результатом внутренней противоречивости любой системы. Это и внешние возмущения, которые далеко не всегда благоприятны: недостаток ресурсов, жесткие ограничения и т. д. Между тем система живет, функционирует, развивается. Значит, наряду со специфическим набором компонентов, внутренней организацией (структурой) и т. д., есть и другие системообразующие, системосо-храняющие факторы. Эти факторы обеспечения устойчивости жизнедеятельности системы называют управлением.
Системно-управленческий подход направлен на изучение системы с точки зрения обес
печения ее целенаправленного функционирования в условиях внутренних и внешних возмущений.
7. Системно-информационный подход. Управление в системе немыслимо без передачи, получения, хранения и обработки информации. Информация - это способ связи компонентов системы друг с другом, каждого из компонентов с системой в целом, а системы в целом - со средой. В силу сказанного, нельзя раскрыть сущность системности без изучения ее информационного аспекта.
Системно-информационный подход направлен на изучение системы с точки зрения передачи, получения, хранения и обработки данных внутри системы и в связи со средой.

5. Методики системного анализа
Методология системного анализа представляет собой довольно сложную и пеструю совокупность принципов, подходов, концепций и конкретных методов, а также методик.
Наиболее важную часть методологии системного анализа составляют ее методы и методики (для простоты в дальнейшем обобщенно будем говорить о методиках).

5.1. Обзор методик системного анализа
Имеющиеся методики системного анализа еще не получили достаточно убедительной классификации, которая была бы принята единогласно всеми специалистами. Например, Ю. И. Черняк делит методы системного исследования на четыре группы: неформальные, графические, количественные, и моделирование. Достаточно глубокий анализ методик различных авторов представлен в работах В.Н. Волковой, а также Ю.П. Сурмина.
В качестве простейшего варианта методики системного анализа можно рассматривать такую последовательность:
1) постановка задачи;
2) структуризация системы;
3) построение модели;
4) исследование модели.
Другие примеры и анализ этапов первых методик системного анализа приведены в книге, где рассматриваются методики ведущих специалистов системного анализа 70-х и 80-х годов прошлого столетия: С. Оптнера, Э. Квейда, С. Янга, Е.П. Голубкова. Ю.Н. Черняка.
Примеры: Этапы методик системного анализа по С. Оптнеру:
1. Идентификация симптомов.
2. Определение актуальности проблемы.
3. Определение цели.
4. Вскрытие структуры системы и ее дефектных элементов.
5. Определение структуры возможностей.
6. Нахождение альтернатив.
7. Оценка альтернатив.
8. Выбор альтернативы.
9. Составление решения.
10. Признание решения коллективом исполнителей и руководителей.
11. Запуск процесса реализации решения
12. Управление процессом реализации решения.
13. Оценка реализации и ее последствий.

Этапы методик системного анализа по С. Янгу:
1. Определение цели системы.
2. Выявление проблем организации.
3. Исследование проблем и постановка диагноза
4. Поиск решения проблемы.
5. Оценка всех альтернатив и выбор наилучшей из них.
6. Согласование решений в организации.
7 Утверждение решения.
8. Подготовка к вводу.
9. Управление применением решения.
10. Проверка эффективности решения.

Этапы методик системного анализа по Ю.И. Черняку:
1. Анализ проблемы.
2. Определение системы.
3. Анализ структуры системы.
4. Формирование общей цели и критерия.
5. Декомпозиция цели и выявление потребности в ресурсах и процессах.
6. Выявление ресурсов и процессов - композиция целей.
7. Прогноз и анализ будущих условий.
8. Оценка целей и средств.
9. Отбор вариантов.
10. Диагноз существующей системы.
11. Построение комплексной программы развития.
12. Проектирование организации для достижения целей.

Из анализа и сопоставления этих методик видно, что в них в той или иной форме представлены такие этапы:
выявление проблем и постановки целей;
разработка вариантов и модели принятия решения;
оценка альтернатив и поиска решения;
реализация решения.
Кроме того, в некоторых методиках имеются этапы оценки эффективности решений. В наиболее полной методике Ю.И. Черняка особо предусмотрен этап проектирования организации для достижения цели.
При этом различные авторы акцентируют свое внимание на разных этапах, соответственно более подробно их детализируя. В частности, основное внимания уделяется следующим этапам:
разработке и исследованию альтернатив принятия решений (С. Оптнер, Э. Квейд), выбору решения (С. Оптнер);
обоснованию цели и критериев, структуризации цели (Ю.И. Черняк, С. Оптнер, С. Янг);
управлению процессом реализации уже принятого решения (С. Оптнер, С. Янг).
Поскольку выполнение отдельных этапов может занимать достаточно много времени, возникает необходимость большей их детализации, разделения на подэтапы и более четкого определения конечных результатов выполнения подэтапов. В частности, в методике Ю.И. Черняка каждый из 12 этапов разделен на подэтапы, которых в общей сложности - 72.
Из других авторов методик системного анализа можно назвать Э.А. Капитонова и Ю.М. Плотницкого.
Примеры: Э.А. Капитонов выделяет следующие последовательные этапы системного анализа.
1. Постановка целей и основных задач исследования.
2. Определение границ системы с целью отделения объекта от внешней среды, разграничения его внутренних и внешних связей.
3. Выявление сути целостности.
Близкий подход использует и Ю. М. Плотницкий, который рассматривает системный анализ как совокупность шагов по реализации методологии системного подхода в целях получения информации о системе. Он выделяет в системном анализе 11 этапов.
1. Формулировка основных целей и задач исследования.
2. Определение границ системы, отделение ее от внешней среды.
3. . Составление списка элементов системы (подсистем, факторов, переменных и т. д.).
4. Выявление сути целостности системы.
5. Анализ взаимосвязанных элементов системы.
6. Построение структуры системы.
7. Установление функций системы и ее подсистем.
8. Согласование целей системы и каждой подсистемы.
9. Уточнение границ системы и каждой подсистемы.
10. Анализ явлений эмерджентности.
11. Конструирование системной модели.

5.2. Разработка методик системного анализа
Конечная цель системного анализа - оказать помощь в понимании и решении имеющейся проблемы, что сводится к поиску и выбору варианта решения проблемы. Результатом будет выбранная альтернатива либо в виде управленческого решения, либо в виде создания новой системы (в частности, системы управления) или реорганизации старой, что опять же является управленческим решением.
Неполнота информации о проблемной ситуации затрудняет выбор методов ее формализованного представления и не позволяет сформировать математическую модель. В этом случае возникает необходимость в разработке методик проведения системного анализа.
Необходимо определить последовательность этапов системного анализа, рекомендовать методы для выполнения этих этапов, предусмотреть при необходимости возврат к предыдущим этапам. Такая последовательность определенным образом выделенных и упорядоченных этапов и подэтапов в сочетании с рекомендованными методам и приемами их выполнения представляет собой структуру методики системного анализа.
Практики видят в методиках важный инструмент для решения проблем своей предметной области. И хотя к сегодняшнему дню накоплен большой их арсенал, но, к сожалению, следует признать, что разработка универсальных методов и методик не представляется возможной. В каждой предметной области, для различных типов решаемых проблем системному аналитику приходится разрабатывать свою методику системного анализа на базе множества принципов, идей, гипотез, методов и методик, накопленных в области теории систем и системного анализа.
Авторы книги рекомендуют при разработке методики системного анализа прежде всего определить тип решаемой задачи (проблемы). Затем, если проблема охватывает несколько областей: выбор целей, совершенствование оргструктуры, организацию процесса принятия и реализации решении, выделить в ней эти задачи и разработать методики для каждой из них.

5.3. Пример методики системного анализа предприятия
В качестве примера современной методики системного анализа рассмотрим некую обобщенную методику анализа предприятия.
Предлагается следующий перечень процедур системного анализа, который может быть рекомендован менеджерам и специалистам по экономическим информационным системам.
1. Определить границы исследуемой системы (см. выделение системы из окружающей среды).
2. Определить все подсистемы, в которые входит исследуемая система в качестве части.
Если выясняется воздействие на предприятие экономической среды, именно она и будет той надсистемой, в которой следует рассматривать его функции (см. иерархичность). Исходя из взаимосвязанности всех сфер жизни современного общества, любой объект, в частности, предприятие, следует изучать в качестве составной части многих систем - экономических, политических, государственных, региональных, социальных, экологических, международных. Каждая из этих надсистем, например экономическая, в свою очередь имеет немало компонентов, с которыми связано предприятие: поставщики, потребители, конкуренты, партнеры, банки и т. д. Эти же компоненты входят одновременно и в другие надсистемы - социокультурную, экологическую и т. п. А если еще учесть, что каждая из этих систем, а также каждый из их компонентов имеют свои специфические цели, противоречащие друг другу, то становится ясной необходимость сознательного изучения среды, окружающей предприятие (см. расширение проблемы до проблематики). В противном случае вся совокупность многочисленных влияний, оказываемых надсистемами на предприятие, будет казаться хаотичной и непредсказуемой, исключая возможность разумного управления им.
3. Определить основные черты и направления развития всех надсистем, которым принадлежит данная система в частности, сформулировать их цели и противоречия между ними.
4. Определить роль исследуемой системы в каждой надсистеме, рассматривая эту роль как средство достижения целей надсистемы.
Следует рассмотреть при этом два аспекта:
идеализированную, ожидаемую роль системы с точки зрения надсистемы, т. е. те функции, которые следовало бы выполнять, чтобы реализовать цели надсистемы;
реальную роль системы в достижении целей надсистемы.
Например, с одной стороны, оценка потребностей покупателей в конкретном виде товаров, их качестве и количестве, а с другой - оценка параметров товаров, реально выпускаемых конкретным предприятием.
Определение ожидаемой роли предприятия в потребительской среде и его реальной роли, а также их сравнение, позволяют понять многие причины успеха или неудачи компании, особенности его работы, предвидеть реальные черты ее будущего развития.
5. Выявить состав системы, т. е. определить части, из которых она состоит.
6. Определить структуру системы, представляющую собой совокупность связей между ее компонентами.
7. Определить функции активных элементов системы, их «вклад» в реализацию роли системы в целом.
Принципиально важным является гармоническое, непротиворечивое сочетание функций разных элементов системы. Эта проблема особенно актуальна для подразделений, цехов крупных предприятий, чьи функции часто во многом «не состыкованы», недостаточно подчинены общему замыслу.
8. Выявить причины, объединяющие отдельные части в систему, в целостность.
Они носят название интегрирующих факторов, к которым в первую очередь относится человеческая деятельность. В ходе деятельности человек осознает свои интересы, определяет цели, осуществляет практические действия, формируя системы средств для достижения целей. Исходным, первичным интегрирующим фактором является цель.
Цель в любой сфере деятельности представляет собой сложное сочетание различных противоречивых интересов. В пересечении подобных интересов, в своеобразной их комбинации заключается истинная цель. Всестороннее познание ее позволяет судить о степени устойчивости системы, о ее непротиворечивости, целостности, предвидеть характер ее дальнейшего развития.
9. Определить все возможные связи, коммуникации системы с внешней средой.
Для действительно глубокого, всестороннего изучения системы недостаточно выявить ее связи со всеми подсистемами, которым она принадлежит. Необходимо еще познать такие системы во внешней среде, которым принадлежат компоненты исследуемой системы. Так, следует определить все системы, которым принадлежат работники предприятия - профсоюзы, политические партии, семьи, системы социокультурных ценностей и этических норм, этнические группы и г. д. Необходимо также хорошо знать связи структурных подразделений и работников предприятия с системами интересов и целей потребителей, конкурентов, поставщиков, зарубежных партнеров и пр. Нужно также видеть связь между используемыми на предприятии технологиями и «пространством» научно-технического процесса и т. и. Осознание органического, хотя и противоречивого единства всех систем, окружающих предприятие, позволяет понимать причины его целостности, предотвращать процессы, ведущие к дезинтеграции.
10. Рассмотреть исследуемую систему в динамике, в развитии.
Для глубокого понимания любой системы нельзя ограничиваться рассмотрением коротких промежутков времени ее существования и развития. Целесообразно по возможности исследовать всю ее историю, выявить причины, побудившие создать эту систему, определить иные системы, из которых она вырастала и строилась. Также важно изучать не только историю системы или динамику ее нынешнего состояния, но и попытаться, используя специальные приемы, увидеть развитие системы в будущем, т. е. прогнозировать ее будущие состояния, проблемы, возможности.
Необходимость динамического подхода к исследованию систем легко проиллюстрировать сравнением двух предприятий, у которых в какой-то момент времени совпали значения одного из параметров, например, объем продаж. Из этого совпадения совсем не вытекает, что предприятия занимают на рынке одинаковое положение: одно из них может набирать силу, двигаться к расцвету, а другое, наоборот, переживать спад. Поэтому судить о любой системе, в частности, о предприятии нельзя лишь по «моментальной фотографии» по одному значению какого-либо параметра; необходимо исследовать изменения параметров, рассмотрев их в динамике.
Изложенная здесь последовательность процедур системного анализа не является обязательной и закономерной. Обязательным является скорее сам перечень процедур, чем их последовательность. Единственное правило заключается в целесообразности многократного возвращения в ходе исследования к каждой из описанных процедур. Только это является залогом глубокого и всестороннего изучения любой системы.

Резюме
1. Любая научная, исследовательская и практическая деятельность проводится на базе методов (приемов или способов действия), методик (совокупности методов и приемов проведения какой-либо paботы) и методологий (совокупности методов, правил распределения и назначения методов, а также шагов работы и их последовательности).
2. Наиболее общим понятием, которое обозначает все возможные проявления систем, является «системность», которую предлагается рассматривать в трех аспектах:
а) системная теория дает строгое научное знание о мире систем и объясняет происхождение, устройство, функционирование и развитие систем различной природы;
б) системный подход - выполняет ориентационную и мировоззренческую функции, обеспечивает не только видение мира, но и ориентацию в нем;
в) системный метод - реализует познавательную и методологическую функции.
3. Системный анализ не является чем-то принципиально новым в исследовании окружающего мира и его проблем - он базируется на естественнонаучном подходе. В отличие от традиционного подхода, при котором проблема решается в строгой последовательности вышеприведенных этапов (или в другом порядке), системный подход состоит в многосвязности процесса решения.
4. Главным признаком системного подхода является наличие доминирующей роли сложного, а не простого, целого, а не составляющих элементов. Если при традиционном подходе к исследованию мысль движется от простого к сложному, от частей - к целому, от элементов - к системе, то при системном подходе, наоборот, мысль движется от сложного к простому, от, целого к составным частям, от системы к элементам.
5. При анализе и проектировании действующих систем различных специалистов могут интересовать разные аспекты - от внутреннего устройства системы до организации управления, в ней, что порождает следующие подходы к анализу и проектированию; системно-элементный, системно-структурный, системно-функциональный, системно-генетический, системно-коммуникативный, системно-управленческий и системно-информационный.
6. Методология системного анализа представляет совокупность принципов, подходов, концепций и конкретных методов, а также методик.

Системный анализ – это методология теории систем, заключающаяся в исследовании любых объектов, представляемых в качестве систем, проведении их структуризации и последующего анализа. Главная особенность

системного анализа заключается в том, что он включает в себя не только методы анализа (от греч. analysis – расчленение объекта на элементы), но и методы синтеза (от греч. synthesis – соединение элементов в единое целое).

Главная цель системного анализа – обнаружить и устранить неопределенность при решении сложной проблемы на основе поиска наилучшего решения из существующих альтернатив.

Проблема в системном анализе – это сложный теоретический или практический вопрос, требующий разрешения. В основе любой проблемы лежит разрешение какого-либо противоречия. Например, выбор инновационного проекта, который отвечал бы стратегическим целям предприятия и его возможностям, является определенной проблемой. Поэтому поиск наилучших решений при выборе инновационных стратегий и тактики инновационной деятельности нужно осуществлять на основе системного анализа. Реализация инновационных проектов и инновационной деятельности всегда связана с элементами неопределенности, которые возникают в процессе нелинейного развития, как самих этих систем, так и систем окружения.

В основе методологии системного анализа лежат операции количественного сравнения и выбора альтернатив в процессе принятия решения, подлежащего реализации. Если требование критериев качества альтернатив выполнено, то могут быть получены их количественные оценки. Для того чтобы количественные оценки позволяли вести сравнение альтернатив, они должны отражать участвующие в сравнении критерии выбора альтернатив (результат, эффективность, стоимость и др.).

В системном анализе решение проблемы определяется как деятельность, которая сохраняет или улучшает характеристики системы или создает новую систему с заданными качествами. Приемы и методы системного анализа направлены на разработку альтернативных вариантов решения проблемы, выявление масштабов неопределенности по каждому варианту и сопоставление вариантов по их эффективности (критериям). Причем критерии выстраиваются па приоритетной основе. Системный анализ можно представить в виде совокупности основных логических элементов:

• – цель исследования – решение проблемы и получение результата;
• – ресурсы – научные средства решения проблемы (методы);
• – альтернативы – варианты решений и необходимость выбора одного из нескольких решений;
• – критерии – средство (признак) оценки решаемости проблемы;
• – модель создания новой системы.

Причем формулирование цели системного анализа играет определяющую роль, так как она дает зеркальное отражение существующей проблемы, желаемый результат ее решения и описание ресурсов, с помощью которых можно достигнуть этого результата (рис. 4.2).

Рис. 4.2.

Цель конкретизируется и трансформируется применительно к исполнителям и условиям. Цель более высокого порядка всегда содержит исходную неопределенность, которую необходимо учитывать. Несмотря на это, цель должна быть определенной и однозначной. Ее постановка должна допускать инициативу исполнителей. "Гораздо важнее выбрать “правильную” цель, чем “правильную” систему", – указал Холл, автор книги по системотехнике; "выбрать не ту цель – значит решить не ту задачу; а выбрать не ту систему – значит просто выбрать неоптимальную систему".

Если располагаемые ресурсы не могут обеспечить реализацию поставленной цели, то мы получим не планируемые результаты. Цель – это и есть желаемый результат. Поэтому для реализации целей должны быть выбраны соответствующие ресурсы. Если ресурсы ограничены, то надо корректировать цель, т.е. планировать те результаты, которые можно получить при данном наборе ресурсов. Поэтому формулирование целей в инновационной деятельности должно иметь конкретные параметры.

Основные задачи системного анализа:

• задача декомпозиции, т.е. разложение системы (проблемы) на отдельные подсистемы (задачи);
• задача анализа заключается в определении законов и закономерностей поведения системы посредством обнаружения системных свойств и атрибутов;
• задача синтеза еводится к созданию новой модели еистемы, определению ее структуры и параметров на основе полученных при решении задач знаний и информации.

Общая структура системного анализа представлена в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Основные задачи и функции системного анализа

В концепции системного анализа процесс решения любой сложной проблемы рассматривается в качестве решения системы взаимосвязанных задач, каждая из которых решается своими предметными методами, а затем производится синтез этих решений, оцениваемый критерием (или критериями) достижения решаемости данной задачи. Логическая структура процесса принятия решений в рамках системного анализа представлена на рис. 4.3.

Рис. 4.3.

В инновационной деятельности не может быть готовых моделей решений, так как условия осуществления инноваций могут меняться, нужна методика, позволяющая на определенном этапе формировать модель решения, адекватную существующим условиям.

Для принятия "взвешенных" проектных, управленческих, социальных, экономических и других решений необходим широкий охват и всесторонний анализ факторов, существенно влияющих на решаемую проблему.

Системный анализ основывается на множестве принципов, которые определяют его основное содержание и отличие от других видов анализа. Это необходимо знать, понимать и применять в процессе реализации системного анализа инновационной деятельности.

К ним относятся следующие принципы :

• 1) конечной цели – формулирование цели исследования, определение основных свойств функционирующей системы, ее назначения (целеполагания), показателей качества и критериев оценки достижения цели;
• 2) измерения. Суть этого принципа в сопоставимости параметров системы с параметрами системы высшего уровня, т.е. внешней среды. О качестве функционирования какой-либо системы можно судить только относительно ее результатов к надсистеме, т.е. для определения эффективности функционирования исследуемой системы надо представить ее в качестве части системы высшего уровня и проводить оценку ее результатов относительно целей и задач надсистемы или окружающей среды;
• 3) эквифинальности – определение формы устойчивого развития системы по отношению к начальным и граничным условиям, т.е. определение ее потенциальных возможностей. Система может достигнуть требуемого конечного состояния независимо от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями;
• 4) единства – рассмотрение системы как целого и совокупности взаимосвязанных элементов. Принцип ориентирован на "взгляд внутрь" системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе;
• 5) взаимосвязи – процедуры определения связей, как внутри самой системы (между элементами), так и с внешней средой (с другими системами). В соответствии с этим принципом исследуемую систему, в первую очередь, следует рассматривать как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой надсистемой;
• 6) модульного построения – выделение функциональных модулей и описание совокупности их входных и выходных параметров, что позволяет избежать излишней детализации для создания абстрактной модели системы. Выделение модулей в системе позволяет рассматривать ее как совокупность модулей;
• 7) иерархии – определение иерархии функционально-структурных частей системы и их ранжирование, что упрощает разработку новой системы и устанавливает порядок ее рассмотрения (исследования);
• 8) функциональности – совместное рассмотрение структуры и функций системы. В случае внесения новых функций в систему следует разрабатывать и новую структуру, а не включать новые функции в старую структуру. Функции связаны с процессами, которые требуют анализа различных потоков (материальных, энергии, информации), что в свою очередь отражается на состоянии элементов системы и самой системы в целом. Структура всегда ограничивает потоки в пространстве и во времени;
• 9) развития – определение закономерностей ее функционирования и потенциала к развитию (или росту), адаптации к изменениям, расширению, усовершенствованию, встраивание новых модулей на основе единства целей развития;
• 10) децентрализации – сочетание функций централизации и децентрализации в системе управления;
• 11) неопределенности – учет факторов неопределенности и случайных факторов воздействия, как в самой системе, так и со стороны внешней среды. Идентификация факторов неопределенности в качестве факторов риска позволяет их анализировать и создавать систему управления рисками.

Принцип конечной цели служит для определения абсолютного приоритета конечной (глобальной) цели в процессе проведения системного анализа. Этот принцип диктует следующие правила:

• 1) сначала необходимо сформулировать цели исследования;
• 2) анализ проводится на основе основной цели системы. Это дает возможность определить ее основные существенные свойства, индикаторы качества и критерии оценки;
• 3) в процессе синтеза решений любые изменения нужно оценивать с позиций достижения конечной цели;
• 4) цель функционирования искусственной системы задается, как правило, надсистемой, в которой исследуемая система является составной частью .

Процесс реализации системного анализа при решении любой проблемы можно охарактеризовать в качестве последовательности основных этапов (рис. 4.4).

Рис. 4.4.

На этапе декомпозиции осуществляются:

• 1) определение и декомпозиция общих целей решения проблемы, основной функции системы как ограничения развития в пространстве, состояния системы или области допустимых условий существования (определяются дерево целей и дерево функций);
• 2) выделение системы из среды по критерию участия каждого элемента системы в процессе, приводящем к искомому результату на основе рассмотрения системы в качестве составной части надсистемы;
• 3) определение и описание воздействующих факторов;
• 4) описание тенденций развития и неопределенностей разного вида;
• 5) описание системы как "черного ящика";
• 6) декомпозиция системы по функциональному признаку, по виду входящих в нее элементов, но структурным особенностям (по виду отношений между элементами).

Уровень декомпозиции определяется исходя из поставленной цели исследования. Декомпозиция осуществляется в виде подсистем, которые могут представлять собой последовательное (каскадное) соединение элементов, параллельное соединение элементов и соединение элементов с обратной связью.

На этапе анализа осуществляется детальная проработка системы, которая включает:

• 1) функционально-структурный анализ существующей системы, позволяющий сформулировать требования к новой системе. Он включает уточнение состава и закономерностей функционирования элементов, алгоритмы функционирования и взаимодействия подсистем (элементов), разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание пространства состояния, временны́х параметров, анализ целостности системы, формирование требований к создаваемой системе;
• 2) анализ взаимосвязей компонентов (морфологический анализ);
• 3) генетический анализ (предыстория, причины развития ситуации, имеющихся тенденций, построение прогнозов);
• 4) анализ аналогов;
• 5) анализ эффективности результатов, использования ресурсов, своевременности и оперативности. Анализ включает в себя выбор шкал измерения, формирование индикаторов и критериев эффективности, оценку результатов;
• 6) формулирование требований к системе, формулирование критериев для оценки и ограничений.

В процессе анализа используют различные способы решения задач.

На этапе синтеза :

• 1) создастся модель требуемой системы. Сюда входят: определенный математический аппарат, моделирование, оценивание модели на адекватность, эффективность, простоту, погрешности, баланс между сложностью и точностью, различные варианты реализации, блочность и системность построения;
• 2) производится синтез альтернативных структур системы, позволяющих решить проблему;
• 3) производится синтез различных параметров системы, с целью устранить проблему;
• 4) производится оценка вариантов синтезированной системы с обоснованием самой схемы оценки, обработкой результатов и выбора самого эффективного решения;
• 5) оценка степени решения проблемы осуществляется при завершении системного анализа.

Что касается методов системного анализа, то следует их рассмотреть более подробно, так как их количество достаточно велико и предполагает возможность их использования при решении конкретных задач в процессе декомпозиции проблемы. Особое место в системном анализе занимает метод моделирования, который реализует принцип адекватности в теории систем, т.е. описание системы в качестве адекватной модели. Модель – эго упрощенное подобие сложного объекта-системы, в котором сохраняются ее характерные свойства.

В системном анализе метод моделирования играет определяющую роль, так как любая реальная сложная система при исследовании и проектировании может быть представлена только определенной моделью (концептуальной, математической, структурной и т.п.).

В системном анализе применяются специальные методы моделирования:

• – имитационное моделирование, на основе методов статистики и языков программирования;
• – ситуативное моделирование, на основе методов теории множеств, теории алгоритмов, математической логики и представления проблемных ситуаций;
• – информационное моделирование, на основе математических методов теории информационного поля и информационных цепей.

Кроме того в системном анализе широко используют методы индукционного и редукционного моделирования.

Индукционное моделирование осуществляется с целью получения сведений о специфике объекта-системы, ее структуре и элементах, способах их взаимодействия на основе анализа частного и приведения этих сведений к общему описанию. Индуктивный метод моделирования сложных систем используется в том случае, когда невозможно адекватно представить модель внутренней структуры объекта. Это метод позволяет создать обобщенную модель объекта-системы, сохраняя специфику организационных свойств, связей и отношений между элементами, что отличает ее от другой системы. При построении такой модели часто используют методы логики теории вероятностей, т.е. такая модель становится логической или гипотетической. Затем определяются обобщенные параметры структурно-функциональной организации системы и описываются их закономерности, с помощью методов аналитической и математической логики.

Редукционное моделирование используют для того, чтобы получить информацию о законах и закономерностях взаимодействия в системе различных элементов с целью сохранить целое структурное образование.

При таком методе исследования сами элементы заменяются описанием их внешних свойств. Использование метода редукционного моделирования позволяет решить задачи по определению свойств элементов, свойств их взаимодействия и свойств самой структуры системы, в соответствии принципам целого образования. Такой метод используют для поиска методов декомпозиции элементов и изменения структуры, придавая системе в целом новые качества. Этот метод отвечает целям синтеза свойств системы на основе исследования внутреннего потенциала к изменению. Практическим результатом использования метода синтеза в редукционном моделировании становится математический алгоритм описания процессов взаимодействия элементов в целом образовании .

Основные методы системного анализа представляют совокупность количественных и качественных методов, которые можно представить в виде табл. 4.2. По классификации В. Н. Волковой и А. А. Денисова, все методы можно разделить на два основных вида: методы формального представления систем (МФПС) и методы и методы активизации интуиции специалистов (МАИС).

Таблица 4.2

Методы системного анализа

Рассмотрим содержание основных методов формального представления систем , которые используют математические средства.

Аналитические методы, включающие методы классической математики: интегрального и дифференциального исчисления, поиска экстремумов функций, вариационного исчисления; математического программирования; методы теории игр, теории алгоритмов, теории рисков и т.п. Эти методы позволяют описать ряд свойств многомерной и многосвязной системы, отображаемой в виде одной-единственной точки, совершающей движение в n -мерном пространстве. Это отображение осуществляется с помощью функции f (s ) или посредством оператора (функционала) F (S ). Также возможно отобразить точками две системы или более или их части и рассматривать взаимодействие этих точек. Каждая из этих точек совершает движение и имеет свое поведение в n -мерном пространстве. Это поведение точек в пространстве и их взаимодействие описываются аналитическими закономерностями и могут быть представлены в виде величин, функций, уравнений или системы уравнений .

Применение аналитических методов обусловлено лишь тогда, когда все системные свойства можно представить в форме детерминированных параметров или зависимостей между ними. Получить такие параметры в случае с многокомпонентными, многокритериальными системами не всегда представляется возможным. Для этого требуется предварительно установить степени адекватности описания подобной системы с помощью аналитических методов. Это, в свою очередь, требует применения промежуточных, абстрактных моделей, которые можно исследовать аналитическими методами, или же разработку совершенно новых системных методов анализа.

Статистические методы являются основой следующих теорий: вероятностей, математической статистики, исследования операций, статистического имитационного моделирования, массового обслуживания, включая метод Монте-Карло и др. Статистические методы позволяют отобразить систему с помощью случайных (стохастических) событий, процессов, которые описываются соответствующими вероятностными (статистическими) характеристиками и статистическими закономерностями. Применяются статистические методы для исследования сложных недетерминированных (саморазвивающихся, самоуправляемых) систем.

Теоретико-множественные методы, согласно М. Месаровичу, служат основой создания общей теории систем. С помощью таких методов система может быть описана в универсальных понятиях (множество, элемент множества и т.д.). При описании возможно вводить любые отношения между элементами, руководствуясь математической логикой, которая используется как формальный описательный язык взаимосвязей между элементами разных множеств. Теоретико-множественные методы дают возможность описать сложные системы формальным языком моделирования.

Такие методы целесообразно использовать в случаях, если сложные системы не могут быть описаны методами одной предметной области. Теоретико-множественные методы системного анализа являются основой создания и развития новых языков программирования и создания систем автоматизированного проектирования.

Логические методы являются языком описания систем в понятиях алгебры логики. Наибольшее распространение логические методы получили иод названием булевой алгебры как бинарного представления о состоянии элементных схем компьютера. Логические методы позволяют описывать систему в виде более упрощенных структур на основе законов математической логики. На базе таких методов развиваются новые теории формального описания систем в теориях логического анализа и автоматов. Все эти методы расширяют возможность применения системного анализа и синтеза в прикладной информатике. Эти методы используются для создания моделей сложных систем, адекватных законам математической логики для построения устойчивых структур.

Лингвистические методы. С их помощью создаются особые языки, описывающие системы в виде понятий тезауруса. Тезаурус представляет собой множество смысловыражающих единиц некоторого языка с заданной на нем системой семантических отношений. Такие методы нашли свое применение в прикладной информатике.

Семиотические методы базируются на понятиях: символ (знак), знаковая система, знаковая ситуация, т.е. используемых для символического описания содержания в информационных системах.

Лингвистические и семиотические методы стали широко применяться в том случае, когда для первого этапа исследования невозможно формализовать принятие решений в плохо формализуемых ситуациях и нельзя использовать аналитические и статистические методы. Эти методы являются основой развития языков программирования, моделирования, автоматизации проектирования систем разной сложности .

Графические методы. Используются для отображения объектов в виде образа системы, а также позволяют отобразить в обобщенном виде системные структуры и связи. Графические методы бывают объемными и линейно-плоскостными. В основном используются в виде графика Ганта, гистограмм, диаграмм, схем и рисунков. Такие методы и получаемое с их помощью представление дают возможность наглядно отобразить ситуацию или процесс принятия решений в изменяющихся условиях.

Методология системного анализа

Системный анализ - наука, занимающаяся проблемой принятия решения в условиях анализа большого количества информации различной природы. системный внешнеторговый агропромышленный российский

Из определения следует, что целью применения системного анализа к конкретной проблеме является повышение степени обоснованности принимаемого решения, расширение множества вариантов, среди которых производится выбор, с одновременным указанием способов отбрасывания заведомо уступающим другим. В системном анализе выделяют:

· методологию;

· аппаратную реализацию;

· практические приложения.

Методология включает определения используемых понятий и принципы системного подхода.

Дадим основные определения системного анализа.

Элемент - некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), который обладает рядом важных для нас свойств, но внутреннее строение (содержание) которого безотносительно к цели рассмотрения.

Связь - важный для целей рассмотрения обмен между элементами веществом, энергией, информацией.

Система - совокупность элементов, которая обладает следующими признаками:

· связями, которые позволяют посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента совокупности;

· свойством, отличным от свойств отдельных элементов совокупности.

Практически любой объект с определенной точки зрения может быть рассмотрен как система. Вопрос состоит в том, насколько целесообразна такая точка зрения.

Большая система - система, которая включает значительное число однотипных элементов и однотипных связей. В качестве примера можно привести трубопровод. Элементами последнего будут участки между швами или опорами. Для расчетов на прочность по методу конечных элементов элементами системы считаются небольшие участки трубы, а связь имеет силовой (энергетический) характер - каждый элемент действует на соседние.

Сложная система - система, которая состоит из элементов разных типов и обладает разнородными связями между ними. В качестве примера можно привести ЭВМ, лесной трактор или судно.

Автоматизированная система - сложная система с определяющей ролью элементов двух типов:

· в виде технических средств;

· в виде действия человека.

Для сложной системы автоматизированный режим считается более предпочтительным, чем автоматический.

Структура системы - расчленение системы на группы элементов с указанием связей между ними, неизменное на все время рассмотрения и дающее представление о системе в целом. Указанное расчленение может иметь материальную, функциональную, алгоритмическую или другую основу. Пример материальной структуры - структурная схема сборного моста, которая состоит из отдельных, собираемых на месте секций и указывает только эти секции и порядок их соединения. Пример функциональной структуры - деление двигателя внутреннего сгорания на системы питания, смазки, охлаждения, передачи крутящего момента. Пример алгоритмической структуры - алгоритм программного средства, указывающего последовательность действий или инструкция, которая определяет действия при отыскании неисправности технического устройства.

Структура системы может быть охарактеризована по имеющимся в ней типам связей. Простейшими из них являются последовательное, параллельное соединение и обратная связь.

Декомпозиция - деление системы на части, удобное для каких-либо операций с этой системой. Примерами будут: разделение объекта на отдельно проектируемые части, зоны обслуживания; рассмотрение физического явления или математическое описание отдельно для данной части системы.

Иерархия - структура с наличием подчиненности, т.е. неравноправных связей между элементами, когда воздействие в одном из направлений оказывают гораздо большее влияние на элемент, чем в другом. Виды иерархических структур разнообразны, но важных для практики иерархических структур всего две - древовидная и ромбовидная.

Древовидная структура наиболее проста для анализа и реализации. Кроме того, в ней всегда удобно выделять иерархические уровни - группы элементов, находящиеся на одинаковом удалении от верхнего элемента. Пример древовидной структуры - задача проектирования технического объекта от его основных характеристик (верхний уровень) через проектирование основных частей, функциональных систем, групп агрегатов, механизмов до уровня отдельных деталей.

Принципы системного подхода - это положения общего характера, являющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами. Их часто считают ядром методологии. Известно около двух десятков таких принципов, ряд из которых целесообразно рассмотреть:

· принцип конечной цели: абсолютный приоритет конечной цели;

· принцип единства: совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности элементов;

· принцип связности: рассмотрение любой части совместно с ее связями с окружением;

· принцип модульного построения: полезно выделение модулей в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей;

· принцип иерархии: полезно введение иерархии элементов и(или) их ранжирование;

· принцип функциональности: совместное рассмотрение структуры и функции с приоритетом функции над структурой;

· принцип развития: учет изменяемости системы, ее способности к развитию, расширению, замене частей, накапливанию информации;

· принцип децентрализации: сочетание в принимаемых решениях и управлении централизации и децентрализации;

· принцип неопределенности: учет неопределенностей и случайностей в системе.

Аппаратная реализация включает стандартные приемы моделирования принятия решения в сложной системе и общие способы работы с этими моделями. Модель строится в виде связных множеств отдельных процедур. Системный анализ исследует как организацию таких множеств, так и вид отдельных процедур, которые максимально приспосабливают для принятия согласующихся и управленческих решений в сложной системе.

Модель принятия решения чаще всего изображается в виде схемы с ячейками, связями между ячейками и логическими переходами. Ячейки содержат конкретные действия - процедуры. Совместное изучение процедур и их организации вытекает из того, что без учета содержания и особенностей ячеек создание схем оказывается невозможным. Эти схемы определяют стратегию принятия решения в сложной системе. Именно с проработки связанного множества основных процедур принято начинать решение конкретной прикладной задачи.

Отдельные же процедуры (операции) принято классифицировать на формализуемые и неформализуемые. В отличие от большинства научных дисциплин, стремящихся к формализации, системный анализ допускает, что в определенных ситуациях неформализуемые решения, принимаемые человеком, являются более предпочтительными. Следовательно, системный анализ рассматривает в совокупности формализуемые и неформализуемые процедуры, и одной из его задач является определение их оптимального соотношения.

Формализуемые стороны отдельных операций лежат в области прикладной математики и использования ЭВМ. В ряде случаев математическими методами исследуется связное множество процедур и производится само моделирование принятие решения. Все это позволяет говорить о математической основе системного анализа. Такие области прикладной математики, как исследование операций и системное программирование, наиболее близки к системной постановке вопросов.

Практическое приложение системного анализа чрезвычайно обширно по содержанию. Важнейшими разделами являются научно-технические разработки и различные задачи экономики.

Основные понятия исследования операций

Операцией называется всякое мероприятие (система действий), объединенное единым замыслом и направленное к достижению какой-то цели.

Цель исследования операций - предварительное количественное обоснование оптимальных решений.

Всякий определенный выбор зависящих от нас параметров называется решением. Оптимальным называются решения, по тем или другим признакам предпочтительные перед другими.

Параметры, совокупность которых образует решение, называются элементами решения.

Множеством допустимых решений называются заданные условия, которые фиксированы и не могут быть нарушены.

Показатель эффективности - количественная мера, позволяющая сравнивать разные решения по эффективности.

Все решения принимаются всегда на основе информации, которой располагает лицо принимающее решение (ЛПР).

Каждая задача в своей постановке должна отражать структуру и динамику знаний ЛПР о множестве допустимых решений и о показателе эффективности.

Задача называется статической, если принятие решения происходит в наперед известном и не изменяющемся информационном состоянии. Если информационное состояние в ходе принятия решения сменяют друг друга, то задача называется динамической.

Информационные состояния ЛПР могут по-разному характеризовать его физическое состояние:

· Если информационное состояние состоит из единственного физического состояния, то задача называется определенной.

· Если информационное состояние содержит несколько физических состояний и ЛПР кроме их множества знает еще и вероятности каждого из этих физических состояний, то задача называется стохастической (частично неопределенной).

· Если информационное состояние содержит несколько физических состояний, но ЛПР кроме их множества ничего не знает о вероятности каждого из этих физических состояний, то задача называется неопределенной.

Постановка задач принятия оптимальных решений

Несмотря на то, что методы принятия решений отличаются универсальностью, их успешное применение в значительной мере зависит от профессиональной подготовки специалиста, который должен иметь четкое представление о специфических особенностях изучаемой системы и уметь корректно поставить задачу. Искусство постановки задач постигается на примерах успешно реализованных разработок и основывается на четком представлении преимуществ, недостатков и специфики различных методов оптимизации. В первом приближении можно сформулировать следующую последовательность действий, которые составляют содержание процесса постановки задачи:

· установление границы подлежащей оптимизации системы, т.е. представление системы в виде некоторой изолированной части реального мира. Расширение границ системы повышает размерность и сложность многокомпонентной системы и, тем самым, затрудняет ее анализ. Следовательно, в инженерной практике следует к декомпозиции сложных систем на подсистемы, которые можно изучать по отдельности без излишнего упрощения реальной ситуации;

· определение показателя эффективности, на основе которого можно оценить характеристики системы или ее проекта с тем, чтобы выявить «наилучший» проект или множество «наилучших» условий функционирования системы. В инженерных приложениях обычно выбираются показатели экономического (издержки, прибыль и т.д.) или технологического (производительность, энергоемкость, материалоемкость и т.д.) характера. «Наилучшему» варианту всегда соответствует экстремальное значение показателя эффективности функционирования системы;

· выбор внутрисистемных независимых переменных, которые должны адекватно описывать допустимые проекты или условия функционирования системы и способствовать тому, чтобы все важнейшие технико-экономические решения нашли отражение в формулировке задачи;

· построение модели, которая описывает взаимосвязи между переменными задачи и отражает влияние независимых переменных на значение показателя эффективности. В самом общем случае структура модели включает основные уравнения материальных и энергетических балансов, соотношения, связанные с проектными решениями, уравнения, описывающие физические процессы, протекающие в системе, неравенства, которые определяют область допустимых значений независимых переменных и устанавливают лимиты имеющихся ресурсов. Элементы модели содержат всю информацию, которая обычно используется при расчете проекта или прогнозировании характеристик инженерной системы. Очевидно, процесс построения модели является весьма трудоемким и требует четкого понимания специфических особенностей рассматриваемой системы.

Несмотря на то, модели принятия оптимальных решений отличаются универсальностью, их успешное применение зависит от профессиональной подготовки инженера, который должен иметь полное представление о специфике изучаемой системы. Основная цель рассмотрения приводимых ниже примеров - продемонстрировать разнообразие постановок оптимизационных задач на основе общности их формы.

Все оптимизационные задачи имеют общую структуру. Их можно классифицировать как задачи минимизации (максимизации) M-векторного показателя эффективности W m (x), m = 1, 2, ..., M, N-мерного векторного аргумента x = (x 1 , x 2 , ..., x N), компоненты которого удовлетворяют системе ограничений-равенств h k (x) = 0, k = 1, 2, ..., K, ограничений-неравенств g j (x) > 0, j = 1, 2, ..., J, областным ограничениям x li < x i < x ui , i = 1, 2, ..., N.

Все задачи принятия оптимальных решений можно классифицировать в соответствии с видом функций и размерностью W m (x), h k (x), g j (x) и размерностью и содержанием вектора x:

· одноцелевое принятие решений - W m (x) - скаляр;

· многоцелевое принятие решений - W m (x) - вектор;

· принятие решений в условиях определенности - исходные данные - детерминированные;

· принятие решений в условиях неопределенности - исходные данные - случайные.

Наиболее разработан и широко используется на практике аппарат одноцелевого принятия решений в условиях определенности, который получил название математического программирования.

Рассмотрим процесс принятия решений с самых общих позиций. Психологами установлено, что решение не является начальным процессом творческой деятельности. Оказывается, непосредственно акту решения предшествует тонкий и обширный процесс работы мозга, который формирует и предопределяет направленность решения. В этот этап, который можно назвать «предрешением» входят следующие элементы:

· мотивация, то есть желание или необходимость что-то сделать. Мотивация определяет цель какого-либо действия, используя весь прошлый опыт, включая результаты;

· возможность неоднозначности результатов;

· возможность неоднозначности способов достижения результатов, то есть свобода выбора.

После этого предварительного этапа следует, собственно, этап принятия решения. Но на нем процесс не заканчивается, т.к. обычно после принятия решения следует оценка результатов и корректировка действий. Таким образом, принятие решений следует воспринимать не как единовременный акт, а как последовательный процесс.

Выдвинутые выше положения носят достаточно общий характер, обычно подробно исследуемый психологами. Более близкой с точки зрения инженера будет следующая схема процесса принятия решения. Эта схема включает в себя следующие компоненты:

· анализ исходной ситуации;

· анализ возможностей выбора;

· выбор решения;

· оценка последствий решения и его корректировка.

Принцип системности. Система. Основные понятия и определения

Основным исходным положением системного анализа – как научной дисциплины является принцип системности , который можно воспринимать в качестве философского принципа, выполняющего как мировоззренческую, так и методологическую функции. Мировоззренческая функция принципа системности проявляется в представлении объекта любой природы как совокупности элементов, находящихся в определённом взаимодействии межу собой с окружающим миром, а также в понимании системной природы знаний. Методологическая функция принципа системности проявляется в совокупности познавательных средств, методов и приёмов, которые являются общей методологией системных исследований.

Первые системные представления о природе, её объектах и знаниях о них имели место ещё в античной философии Платона и Аристотеля. На протяжении истории становления системного анализа представления о системах и закономерностях их построения, функционирования и развития неоднократно уточнялись и переосмысливались. Термин «система» используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый ли проектируемый объект как нечто целое (единое), сложное, о котором невозможно сразу дать представление, показав его, изобразив графически описав математическим выражением.

Сопоставляя эволюцию определения системы (элементы связи, затем – цель, затем – наблюдатель) и эволюцию использования категорий теории познания в исследовательской деятельности, можно обнаружить сходство: в начале модели (особенно формальные) базировались на учёте только элементов и связей , взаимодействий между ними, затем – стало уделяться внимание цели, поиску методов её формализационного представления (целевая функция, критерий функционирования и т.п.), а, начиная с 60-х г.г. все большее внимание обращают на наблюдателя , лицо, осуществляющее моделирование или проводящее эксперимент, т.е. лицо, принимающее решение. В Большой советской Энциклопедии даётся следующее определение: « система - объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе»), т.е. подчеркивается, что понятие элемента (а следовательно, и системы) можно применять как к существующим, материально реализованным предметам, так и к знаниям об этих предметах или о будущих их реализациях. Таким образом, в понятии система объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и следует говорить о подходе к объектам исследования как к системам, о различном представлении их на разных стадиях познания или создания. Иными словами, в термин «система» на разных стадиях её рассмотрения можно вкладывать разные понятия, говорить как бы о существовании системы в различных формах. М. Месарович , например, предлагает выделять страты рассмотрения системы. Аналогичные страты могут существовать не только при создании, но и при познании объекта, т.е. при отображении реально существующих объектов в виде абстрактно представляемых в нашем сознании(в моделях) систем, что затем поможет создать новые объекты или разработать рекомендации по преобразованию существующих. Методика системного анализа может разрабатываться не обязательно с охватом всего процесса познания или проектирования системы, а для одной из его страт (что, как правило, и бывает на практике), и для того, чтобы не возникло терминологических и иных разногласий между исследователями или разработчиками системы, нужно, прежде всего четко оговорить, о какой именно страте рассмотрения идет речь.

Рассматривая различные определения системы и их эволюцию, и не выделяя ни одного из них в качестве основного, подчеркивается тот факт, что на разных этапах представления объекта в виде системы, в конкретных различных ситуациях можно пользоваться разными определениями. Причём по мере уточнения представлений о системе или при переходе на другую страту её исследования определение системы не только может, но и должно уточняться. Белее полное определение, включающее и элементы, и связи, и цели, и наблюдателя, а иногда и его «язык» отображения системы, помогает поставить задачу, наметить основные этапы методики системного анализа. Например, в организационных системах, если не определить лицо, компетентное принимать решения, что можно и не достичь цели, ради которой создаётся система. Таким образом при проведении системного анализа нужно прежде всего отобразить ситуацию с помощью как можно более полного определения системы, а затем, выделив наиболее существенные компоненты, влияющие на принятие решения, сформулировать «рабочее» определение, которое может уточняться, расширяться сближаться в зависимости от хода анализа. При этом следует учитывать, что уточнения или конкретизация определения системы в процессе исследования влечёт соответствующую корректировку её взаимодействия со средой и определения среды. Отсюда важно прогнозировать не только состояние системы, но и состояние среды с учётом естественной искусственной её неоднородностей.

Выделяет систему из среды наблюдатель, который определяет элементы, включаемые в систему, от остальных, т. е. от среды, в соответствии с целями исследования (проектирования) или предварительного представления о проблемной ситуации. При этом возможны три варианта положения наблюдателя, который:

может отнести себя к среде и, представив систему как полностью изолированную от среды, строить замкнутые модели (в этом случае среда не будет играть роли при исследовании модели, хотя может влиять на её формулирование);

включить себя в систему и моделировать её с учётом своего влияния и влияния системы на свои представления о ней (ситуация, характерная для экономических систем);

выделить себя и из системы, и из среды, и рассматривать систему как открытую, постоянно взаимодействующую со средой, учитывая этот факт при моделировании (такие модели необходимы для развивающихся систем).

Рассмотрим основные понятия, помогающие уточнять представление о системе. Под элементом принято понимать простейшую, неделимую часть системы. Однако ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным. Например, в качестве элементов стола можно назвать «ножки, ящики, крышку и т.д.», а можно – «атомы, молекулы», в зависимости от того, какая задача стоит перед исследователем. Поэтому примем следующее определение: элемент – это предел членения системы с точки зрения аспекта рассмотрения, решения конкретной задачи, поставленной цели . При необходимости можно изменять принцип расчленения, выделять другие элементы и получать с помощью нового расчленения более адекватное представление об анализируемом объекте ли проблемной ситуации. При многоуровневом расчленении сложной системы принято выделять подсистемы и компоненты .

Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствам системы, и в частности, имеющая подцель, на достижение которой ориентирована подсистема, а также свои специфические свойства.

Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Понятие связь входит в любое определение системы и обеспечивает возникновение и сохранение её целостных свойств. Это понятие одновременно характеризует и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Связь определяет как ограничение степени свободы элементов. Действительно, элементы, вступая во взаимодействие (связь) друг с другом, утрачивают часть своих свойств, которыми они потенциально обладали в свободном состоянии.

Понятием состояние обычно характеризуют «срез» системы, остановку в её развитии. Если рассмотреть элементы (компоненты, функциональные блоки), учесть, что «выходы»(выходные результаты) зависят от , y и x, т.е. g=f(,y,x), то в зависимости от задачи состояние может быть определено как{,y},{,y,g} или {,y,x,g}.

Если система способна переходить из одного состояния в другое (например,

), то говорят, что она обладает повелением . Этим понятием пользуются, когда неизвестные закономерности (правила) перехода из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его характер, алгоритм. С учетом введения обозначений поведение можно представить как функцию

Понятие равновесие определяют как способность системы в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранять своё состояние сколь угодно долго. Это состояние называют состоянием равновесия. Для экономических организационных систем это понятие применимо достаточно условно.

Под условностью понимают способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних(или в системах с активными элементами – внутренних) возмущающих воздействий. Эта способность присуща системам при постоянном Y только тогда, когда отклонения не превышают некоторого предела. Состояние равновесия. В которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия.

Независимо от выбора определения системы (который отражает принимаемую концепцию и является фактически началом моделирования) ей присущи следующие признаки:

целостность – определённая независимость системы от внешней среды и от других систем;

связанность, т.е. наличие связей, которые позволяют посредством переходовпо ним от элемента к элементу соединить два любых элемента системы,- Простейшими связями являются последовательное и параллельное соединения элементов, положительная и отрицательная обратные связи;

функции - наличие целей (функций, возможностей), не являющихся простой суммой подцелей (подфункции, возможностей) элементов, входящих в систему; несводимость (степень несводимости) свойств системы к сумме свойств ее элементов называется эмерджентностью.

Упорядоченность отношений, связывающих элементы системы, определяют структуру системы как совокупность элементов, функционирующих в соответствии с установившимися между элементами системы связями. Связи определяют важный для системы порядок обмена между элементами веществом, энергией, информацией.

Функции системы - этоее свойства, приводящие к достижению цели. Функционирование системы проявляется в ее переходе из одного состояния в другое или в сохранении какого-либо состояния в течение определенного периода времени. То есть, поведение системы - это ее функционирование во времени. Целенаправленное поведение ориентировано на достижение системой предпочтительной для нее цели.

Большими системами называют системы, включающими значительное число элементов с однотипными связями. Сложными системами называют системы с большим числом элементов различного типа и с разнородными связями между ними. Определения эти весьма условны. Более конструктивным является определение большой сложной системы как системы, на верхних уровнях управления которой не нужна и даже вредна вся информация о состоянии элементов нижнего уровня.

Системы бывают открытыми и закрытыми. Закрытые системы имеют четко очерченные, жесткие границы. Дляих функционирования необходима защита от воздействия среды. Открытые системы обмениваются с окружающей средой энергией, информацией и веществом. Обмен с внешней средой, способность приспосабливаться к внешним условиям является для открытых систем непременным условием их существования. Все организации являются открытыми системами.

Понятие "структура системы" играет при анализе и синтезе системключевую роль, причем существенное значение имеет следующий тезис (закон) кибернетики.

"Существуют законы природы, которым подчиняется поведение больших многосвязных систем любого характера: биологических, технических, социальных и экономических.Эти законы относятся к процессам саморегуляции и самоорганизации и выражают именно те "руководящие принципы", которые определяют рост и устойчивость, обучение и регулирование, адаптацию и эволюцию систем. На первый взгляд, совершенно различные системы с точки зрения кибернетики совершенно одинаковы, поскольку они демонстрируюттак называемое жизнеспособное поведение, целью которого является выживание.

Подобное поведение системы определяется не столько специфическими процессами, происходящими в ней самой, или теми значениями, которые принимают даже важнейшие из её параметров, но, впервую очередь,её динамической структурой, как способом организации взаимосвязи отдельных частей единого целого. Важнейшими элементами структуры системы являются контуры обратных связей и механизмы условных вероятностей, которые и обеспечивают саморегулирование, самообучение и самоорганизацию системы. Основной результат деятельности системы - это её исходы. Для того, чтобы исходы отвечали нашим целям, необходимо соответствующим образом организовать структуру системы". То есть, для получения требуемых исходов необходимо уметь воздействовать на обратные связи и механизмы условных вероятностей, а также уметь оценивать результаты этих воздействий.

Вопросы для повторения Что такое методология системного анализа 3VM? Опишите процесс построения... CASE-инструментария системно -объектного моделирования и анализа (UFO-toolkit). 5.1. Методология системно -объектного моделирования и анализа 5.1.1. ...