Понятия о системном подходе, системном анализе, его основные методологические принципы

2.1 С сайта (http://b-i.narod.ru/sys.htm)

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

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.

Методологиявключает 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. Например, посадка самолета или захват дерева харвестерной головкой выполняется при участии человека, а автопилот или бортовой компьютер используется лишь на относительно простых операциях. Типична также ситуация, когда решение, выработанное техническими средствами, утверждается к исполнению человеком.

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 (рис.1.1).

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 (рис.1.2).

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.

По Вентциль

Система – множество элементов с определенными способами взаимодей­ствия между ними, которые все вместе выполняют цель системы.

Процесс – все, что происходит в системе. Система работает, значит в ней происходит процесс.

Операция – часть процесса, которая наделена свойствами всей системы. Операция – это управляемое мероприятие, выполняющее определенную цель, сопоставимую с целью всей системы. Например, операция составле­ния расписания учебных занятий для учебного процесса в системе «уни­верситет».

При исследовании сложных организационных систем:

1. невозможен экспериментальный метод исследования;

2. невозможно описание поведения систем только на основе какой- либо естественнонаучной теории;

3. при описании таких систем количество факторов, которые необ­ходимо учитывать, велико.

Поэтому очевидно, что такие системы невозможно моделировать, изу­чать и совершенствовать без использования компьютерных средств и техно­ логий.

Схема операционного проекта

Весь комплекс работ по изучению и совершенствованию системы (опе­рации) проводит операционная группа системных аналитиков. Этот проект проводится в интересах лица, принимающего решения (ЛПР). ЛПР может отвергнуть проект, а может принять. На следующем рисунке изображена примерная схема этапов операционного проекта.

Дадим краткую характеристику этапов операционного исследования.

1. В самом общем случае поводом для изучения и совершенствования системы служат зафиксированные симптомы, обнаруживающие проблемные вопросы в работе системы.

2. Установленные симптомы проблемы могут образовывать связанную цепочку фактов (тенденцию), которая помогает сформулировать проблему.

3. Важнейшим этапом исследования системы является четкая формули­ровка проблемы, которая присутствует на данном уровне жизнедеятельности системы.

4. Качественный системный анализ – это расщепление целостной систе­мы (операции) на отдельные элементы (сущности). Для этого нужно:

a. выделить изучаемую систему (операцию) из вышестоящей системы (операции);

b. сформулировать цель, выполняемую системой (операцией);

c. перечислить факторы, которые влияют на достижение цели;

d. определить возможные ограничения, в рамках которых можно совершенствовать систему (операцию).

5. Количественный системный анализ предполагает описать все перечис­ленные факторы, которые участвуют в операции на количественном уровне, т.е. на основе измеримых параметров. Для этого:

a. устанавливается критерий – величина, количественно измеряющая степень достижения цели системы (операции);

b. вводятся количественные внутренние параметры системы, которые измеряют факторы, участвующие в описании системы (операции);

c. все множество этих параметров необходимо разбить на две части:

i. неуправляемые параметры (константы), которые мы в данной конкретной системе (операции) менять не можем (производительность, нормы расхода материалов и т.п.), их обозначают как коэффициенты

ii. управляемые параметры (переменные) – величины, которые мы можем менять .

6. Суть математического моделирования – установление количественных связей между введенными величинами , , и в виде так называемой операционной модели.