Структура системного анализа

Системный анализ в общем случае состоит из трех основных этапов: декомпозиции, анализа и синтеза (рис. 1.2).

Структура системного анализа - student2.ru

Рис. 1.2. Структура системного анализа

Этап декомпозиции

Этап декомпозиции обеспечивает общее представление системы и предполагает выполнение определенных мероприятий.

1. Определение и декомпозицию 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 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 (модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика» − выход за пределы цели исследования системы).

Рассмотрим основные виды декомпозиции.

1. Функциональная 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.

2. Декомпозиция по жизненному циклу– выделение систем по изменению закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы от «рождения до гибели». Рекомендуется применять, когда целью системы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов и выходов.

3. Декомпозиция по физическому процессу – признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Стратегия полезна при описании существующих процессов. При реализации могут теряться (не учитываться в полной мере) ограничения, накладываемые функциями друг на друга. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Применять следует, если цель модели – описание физического процесса как такового.

4. 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, …. Рекомендуется использовать разложение на подсистемы только в том случае, когда такое разделение на основные части системы не изменяется. Нестабильность границ подсистем обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

Этап анализа

Этап анализа обеспечивает формирование общего и детального представления системы.

1. Функционально-структурный анализ – позволяет сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает уточнение состава и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовлияния подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание пространства состояний, задание параметрического пространства, 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. Включает выбор шкалы измерения, формирование показателей эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, оценивание и анализ полученных оценок.

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

Этап анализа в общем случае включает в себя следующие основные стадии проектирования системы.

Стадия 1.Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) системы. Формирование основных предметных понятий, используемых в системе. Уяснение основных выходов в системе (тип выхода: материальный, информационный, услуга).

Стадия 2.Выявление основных функций и частей (модулей, подсистем) в системе. Понимание единства этих частей в рамках системы. Это стадия получения первичных сведений о структуре и характере основных связей. На этой стадии выясняется наличие преимущественно последовательного или параллельного характера связей между элементами, взаимной или односторонней направленности воздействий между ними.

Стадия 3.Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осуществления; выявление стадийности, смен состояний в функционировании; выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе; вводятся параметры состояний и факторы на них влияющие; определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли они осуществлению системой своих главных функций.

Стадия 4. Выявление основных элементов окружающей среды, с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии:

· исследуются основные внешние воздействия на систему;

· определяются их тип (вещественные, информационные, услуги), степень влияния на систему, основные характеристики;

· фиксируются границы системы, определяются элементы окружающей среды, на которые направлены основные выходные воздействия.

Здесь выясняется относительная зависимость системы от окружающей среды.

Стадия 5.Выявление неопределенностей и случайностей, влияющих на систему.

Стадия 6.Представление о системе как о совокупности модулей, связанных входами-выходами (выявление разветвленной структуры, иерархии).

Этим заканчивается общее описание системы. Его достаточно, если не предвидится непосредственная работа с рассматриваемой системой.

Стадия 7.Выявление всех элементов и связей. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадии 6 и 7 тесно связаны между собой: стадия 6 – предел познания «внутрь» системы; стадия 7 – более углубленные знания о системе, более углубленная ее детализация. Стадии 6 и 7 подводят итог общему, цельному изучению системы. Дальнейшие стадии рассматривают только ее отдельные стороны.

Стадия 8.Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных модулей на новые, позволяющие не только противостоять «старению», но и повысит качество системы по сравнению с первоначальным состоянием. К ней также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей и т.п.

Стадия 9.Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решений. Здесь выясняется, где, когда и как система управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо.

Этап синтеза

Этап синтеза системы, решающей социально-экономическую проблему, включает следующие виды работ (рис. 1.3).

Структура системного анализа - student2.ru Рис. 1.3.Упрощенная функциональная диаграмма этапа синтеза системы, решающей проблему

1. Разработка модели проектируемой системы – предполагает выбор математического аппарата, моделирование, оценку 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. Оценка вариантов синтезированной системы – обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта.

Классификация систем

Для составления классификации систем могут быть использованы различные классификационные признаки. В таблице 1.1 приведен пример классификации систем с использованием основных, наиболее часто встречающихся в системном анализе классификационных признаков.

Таблица 1.1

Классификация систем

Классификационные признаки	Классы
Природа элементов	Реальные (конкретные); абстрактные
Происхождение	Естественные; искусственные
Целевые признаки	Одноцелевые; многоцелевые; функциональные
Длительность существования	Постоянные; временные
Изменчивость свойств	Статические; динамические
Степень сложности	Простые; сложные
Реакция на возмущающее воздействие	Активные; пассивные
Характер поведения	С управлением; без управления
Степень связи с внешней средой	Открытые; изолированные; закрытые
Степень участия в реализации управляющих воздействий человека	Технические; человек-машина; организационные

Систему относят к конкретной (реальной), если, по крайней мере, два ее элемента являются объектами и (или) субъектами. Среди них выделяют механические, электрические, биологические, социальные и др.

На следующем уровне декомпозиции реальные системы подразделяют на живые, обладающие биологическими функциями,и неживые системы.

Систему называют абстрактной, если ее элементы являются понятиями (продукт мыслительной деятельности). Одним из методов научного познания является метод абстрагирования.

Естественные системы – продукт развития природы, возникли без вмешательства человека. Искусственные системы – результат созидательной деятельности человека.

К постоянным относят искусственные системы, которые в течение заданного времени функционирования сохраняют неизменными существенные свойства, определяемые предназначением этих систем. С точки зрения диалектики все существующие системы – временные.

Открытые системы – это системы, которые регулярно обмениваются материально-информационными ресурсами или энергией с окружающей средой. Все живые системы являются открытыми.

Изолированные системы не обмениваются с окружающей средой ни материально-информационными ресурсами, ни энергией. Процессы самоорганизации в них невозможны.

Закрытые или замкнутые системы не обмениваются с окружающей средой материально-информационными ресурсами, но обмениваются энергией.

Изолированных и закрытых систем в реальной природе в деловом мире практически не существует. Эти системы – заведомо упрощенные схемы открытых систем, полезные при приближенном решении частных задач.

По типу составных частей (подсистемы, элементы) системы можно классифицировать:

· технические (автомобиль, станок);

· «человек–машина» (самолет–пилот);

· «человек–человек» (коллектив организации).

Простые организованные системы образуются последовательным соединением компонентов, действия которых заданы линейно-временной последовательностью, так, что каждое последующее действие зависит от предыдущего (конвейер).

Научно-техническая революция вызвала возникновение нового объекта исследований в области управления, получившего название «большие системы».

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 подсистем;

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 и др.

Помимо больших систем в задачах управления экономикой выделяют сложные системы.

Сложной называют такую систему, которая строится для решения многоцелевой, многоаспектной задачи.

Непосредственным выводом из концепции сложной системы для анализа и проектирования систем управления является требование учета следующих факторов.

1. Наличие сложной, составной цели, параллельное существование разных целей или последовательная смена целей.

2. Наличие одновременно многих структур у одной системы (например, технологической, административной, функциональной и т. д.).

3. Невозможность описания системы с использованием одного языка, необходимость использования спектра языков для анализа и проектирования отдельных ее подсистем. Например, технологическая схема изготовления продукции; нормативно-юридические акты, устанавливающие распределение обязанностей и прав; схема документооборота и программа совещаний; порядок взаимодействия служб и отделов при разработке проекта плана.

Справиться с задачами анализа больших сложных систем можно только 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 следуют важные практические рекомендации [2]. 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.

Вопросы для самоконтроля

1. Что понимают под системой?

2. Каково практическое содержание понятия система?

3. Что такое элемент системы?

4. В чем проявляется свойство неделимости системы?

5. Что понимают под внешней средой системы?

6. Приведите примеры открытых и изолированных систем.

7. К какому типу систем, с точки зрения взаимодействия с внешней средой, относятся системы, включающие человека?

7. Чем отличается состав системы от ее структуры?

8. В чем состоят основные принципы системного анализа?

9. Основные этапы системного анализа?

10. Как и для чего проводят декомпозицию системы?