Математический аппарат системного анализа

Системный анализ применяется в экономике и технике, биологии и медицине, истории и филологии, в политике и военном деле. Он используется в теоретических и прикладных исследованиях, при выборе образцов новой техники и вариантов капиталовложений и т. п. Для более ясного изложения материала предварительно сформулируем вопросы, относящиеся к системному анализу. Вопросы поставлены в том виде, в каком они возникали при проведении практических работ по системному анализу.

Можно ли дать однозначное определение системного анализа?

Известно, что определяя понятие, мы его ограничиваем, сужаем, обедняем. Тем не менее в качестве рабочего инструмента можно использовать одно из возможных определений как главное, выделив некоторые существенные черты явления, отличающие его от других исходных.

Системный анализ — методология исследования, трудно наблюдаемых и трудно понимаемых свойств и отношений в объектах с помощью представления этих объектов в качестве целенаправленных систем и изучения свойств этих систем и взаимоотношений между целями и средствами их реализации.

Он применяется при такой постановке задачи, когда необходимые для ее решения сведения об объекте не могут быть получены непосредственным его наблюдением. Тогда объект рассматривается в качестве подсистемы некоторой системы, как совокупность подсистем во взаимодействии с другими системами. Это определение, которое следует рассматривать в качестве рабочего, позволяет отличить методы системного анализа от других методов исследования и относит его к определенной области научных знаний.

Чем отличается системный анализ от других методов исследования?

Во множестве методов исследования и анализа подавляющее большинство ориентировано на непосредственное наблюдение объектов с учетом их природы и специфики. При этом всегда предполагается, что исследуемый объект можно выделить, отграничить от окружающей среды, что его можно наблюдать непосредственно или посредством приборов. В отличие от них метод системного анализа, базирующийся на теории систем, учитывает принципиальную сложность исследуемого объекта, его разветвленные и прочные взаимосвязи с окружающим миром, ненаблюдаемость целого ряда его свойств.

Поэтому, отталкиваясь от реального явления, от имеющихся фактических данных о его свойствах и связях с окружающим миром, исследователь переводит их далее в абстрактные категории теории систем и на основе известных свойств систем выявляет новые свойства и новые взаимосвязи. В большинстве методов исследования точно определены объекты. Системное исследование обычно включает в качестве одного из важных этапов именно определение объекта, его нахождение или конструирование. Почти все методы исследования исходят из четко сформулированной заранее задачи. Системный анализ решает вопросы, как правильно ставить задачи, какие методы исследования использовать.

Главное в системном анализе — как сложное превратить в простое, как не только трудноразрешимую, но и труднопонимаемую проблему превратить в четкую серию задач, имеющих метод решения.

Системный анализ всегда конкретен. Он имеет дело с определенным народнохозяйственным объектом (пусть вначале нечетко определенным), с конкретной народнохозяйственной проблемой (пусть вначале неясно сформулированной).

Каково место системного анализа в ряду других методов и форм управления?

Системный анализ ни в коей мере не противопоставляется другим методам анализа проблем и принятия решений. Новым является синтез в единой методологии некоторого взаимосвязанного круга понятий, методов и приемов, которые ранее использовались разрозненно при решении отдельных частных проблем в науке и технике. Далее, этот комплекс системных понятий и методов распространяется па совершенно новые сферы деятельности, где раньше эти понятия не использовались, — на область планирования, управления.

Сила системного метода в анализе именно сложных проблем заключается в том, что он позволяет, с одной стороны, разложить слишком сложную для решения проблему на ее составляющие вплоть до постановки конкретных, имеющих отработанные методы решения задач, а с другой — удерживать их вместе в качестве единого целого.

Как весьма точно выразился советский исследователь С. П. Никаноров, системный анализ позволяет представить процесс решения проблемы как процесс конструирования, изготовления и использования систем.

Что является существенным в системном анализе, на чем концентрируется его внимание, весьма точно сформулировано американским исследователем Квейдом: «Анализ систем есть способ рассмотрения проблемы. Математический аппарат и использование вычислительных машин при этом могут быть необходимыми и даже полезными, но могут такими и не быть Иногда может быть достаточно серьезного размышления над проблемой. Но в любом анализе, связанном с подготовкой решения при наличии неопределенностей, независимо его сложности присутствуют определенные элементы. Эти элементы — цель или цели, альтернативы или средства для достижения этих целей, расходы или все то, что необходимо затратить для достижения каждой из альтернатив, модель или описание зависимости между альтернативами и тем, что они выполняют и стоят, и критерии, в соответствии с которыми выбирается предпочтительная альтернатива, — присутствуют в любом анализе, целью которого является оказать влияние и; выбор образа действия».

Для решения каких проблем используется системный анализ?

Совершенно очевидно, что сложный, специально разработанный и довольно таки громоздкий научный аппарат, каким является системный анализ, стоит применять только для решения достаточно сложных, крупных проблем, связанных с деятельностью многих людей, с большими материальными и иными затратами.

Трудно установить какую-либо классификацию проблем, с тем чтобы точно сказать, где можно, а где нельзя применять системный аппарат. Пути возникновения проблем различаются по потребностям и возможностям. Первый случай более простой: существующие ресурсы или методы работы, какие-либо товары перестали удовлетворять людей и требуется изменить существующее положение.

Системный анализ применяют в том случае, если возникла очень сложная проблема. Второй случай в принципе более сложен: появляется новая возможность, такая, например, как полеты в космическое пространство, использование термоядерной энергии. В каждом случае развитие таких возможностей связано с созданием целых новых отраслей в народном хозяйстве. В этом случае применение системного анализа оказывается не только полезным, но и совершенно необходимым, так как здесь предстоит еще сформулировать саму проблему, имеющую сложный характер, поскольку реализация новых возможностей сказывается на самых разнообразных сторонах человеческой деятельности, жизни общества и государства. Можно отметить и еще более сложные случаи, когда новые возможности порождаются повсеместно и почти ежечасно: так, например, экспериментальная химия синтезирует в год до трехсот тысяч новых соединений с самыми разнообразными свойствами, которые могут быть использованы во многих, если не во всех отраслях производства.

Человеческую деятельность можно условно разделить на две области: область рутинной деятельности, т. е. регулярных, повседневно решаемых задач, и область решения новых, впервые возникающих задач. В первой из них способы решения задач обычно хорошо отработаны и почвы для системного анализа не представляется, хотя само наличие рутины в некоторых случаях составляет проблему. Так, наличие многомиллионного аппарата экономического управления само по себе создает трудности в управлении, порождает проблемы; большую проблему создает тенденция к постоянному увеличению численности работников аппарата управления. Но в сфере человеческой деятельности, связанной с решением новых, неизвестных ранее задач (например, в перспективном планировании, в пауке, в конструкторских разработках), методы системного анализа применимы почти повсеместно, а в некоторых случаях без них нельзя обойтись.

В методе системного анализа принято также различать проблемы по степени их структуризации, т. е. по ясности, осознанности их постановки; степени детализации и конкретизации представлений об их составляющих и взаимосвязях; и, наконец, по соотношению количественных и качественных факторов, отмечаемых в постановке проблемы. Учитывая это, выделяют три класса проблем: хорошо структуризованные и количественно сформулированные; слабо структуризованные, или смешанные проблемы, которые содержат как количественные, так и качественные оценки; неструктуризованные, или качественные проблемы.

Для первого класса проблем методы системного анализа не нужны, поскольку для их решения существует развитый и мощный аппарат математического моделирования и строгие количественные методы решения. В качестве основной области приложения методов системного анализа называют второй класс проблем — слабо структуризованных, со смешанными количественными и качественными оценками. Считается, что неструктуризованные проблемы не решаются методами системного анализа, для их решения применяются так называемые эвристические методы. Конечно, между тремя классами проблем трудно провести какие-либо четкие границы, но суть дела в другом.

Метод системного анализа как раз и есть метод структуризации, упорядочения проблем. Системный анализ применяется для того, чтобы поначалу хотя бы слабо структуризовать неструктурированную, смутно определенную проблему, а затем собрать новую дополнительную информацию о ней, установить взаимосвязи составляющих, дать, где это только возможно, количественные оценки (хотя бы субъективные, экспертные) и перевести проблему в разряд структуризованных, к решению которых уже можно приложить аппарат математического моделирования и выбора оптимальных решений.

В ряде случаев системный анализ пытаются определить через те сферы человеческой деятельности, в которых он находит преимущественное применение, как методологию решения исследовательских, военных, политических, экономических проблем.

Каковы условия успеха системного анализа?

Первым условием успеха, системного анализа является применение его там, где он действительно нужен. Сам характер системного исследования, посвященного сложным вопросам на сложных объектах, требует высокого уровня знаний, привлечения на той или иной стадии анализа специалистов высокой квалификации. Между тем мода на системный анализ побудила заняться им многочисленных научных работников, аспирантов и даже студентов-дипломников. Естественно, что в таком случае выбирается «посильный» и вполне обозримый объект, либо некая гипотетическая модель, с которой можно производить любые действия, либо же частные проблемы себестоимости, производительности труда, качества продукции т. д. Не может быть успешного системного исследования в случае недобросовестного отношения к нему руководства организации заказчика или самих исследователей.

Условиями успеха системного анализа следует считать наличие трех элементов: 1) явно понятой потребности, цели или назначения; 2) источника идей, накопленной информации, опыта и представления о предмете; 3) ресурсов — опытных специалистов, а также оборудования, материалов и денежных средств.

Системный анализ является сам по себе инструментом обеспечения наличия всех этих трех элементов: выявления и детализации целей, соответствующей информации, ресурсов и их увязки с целями. Таким образом, специалисты по системному анализу должны знать условия успеха своей работы и приступать к ней только при их выполнении.

Источник



Научная электронная библиотека

1. История развития, атрибуты системного анализа, задачи системного анализа.

2. Категориальный аппарат системного анализа.

1. История развития, атрибуты системного анализа, задачи системного анализа

Системный анализ сравнительно молодая наука, которая, однако, имеет древние корни и применяется в любой предметной области, включая в себя как частные, так и общие методы и процедуры исследования. Эта наука в ходе познания новых связей и отношений объектов исследования применяет принципы системного подхода, которые не зависят от природы объектов исследования.

Изучение и практическое использование системного анализа накладывает определенные особенности на принципы мышления человека и позволяет вырабатывать унифицированные алгоритмы принятия решений в различных областях знаний. При этом мышление приобретает большую логичность, рациональность, системность, улучшается способность решать новые задачи, адаптироваться к работе в новых областях знаний. Системный анализ способствует также объективному познанию окружающего мира и процессов в нем,

Читайте также:  Анализ крови iron что это такое

В историческом плане системный анализ является преемником исследования операций – направления кибернетики, основанного на аппарате оптимального математического программирования, теории массового обслуживания, математической статистики, теории игр и др. Его возникновение было по существу реакцией прикладной науки на потребности решения экономических, военно-технических, административно-управленческих, производственных и других крупномасштабных проблем, где применение операционных методов оказалось малоэффективным.

Системный анализ признается в настоящее время наиболее конструктивным из направлений системных исследований. Этот термин впервые появился в 1948 г. в работах корпорации RAND в связи с задачами военного управления. Первая книга по системному анализу вышла в 1956 г. Ее издала корпорация RAND, а ее авторами были американские ученые Кан и Манн. В отечественной литературе системный анализ получил распространение после перевода книги С. Оптнера «Системный анализ деловых и промышленных проблем» (1967 г.).

Слово «система» (организм, строй, союз, целое, составленное из частей) возникло в Древней Греции около 2000 лет назад. В античной философии подчеркивалось, что мир не есть хаос, а обладает внутренним порядком, собственной организацией и целостностью. Древние ученые (Аристотель, Демокрит, Платон и др.) рассматривали сложные тела, процессы и мифы мироздания как составленные из различных систем (например, атомов или метафор).

Эпоха зарождения основ системного анализа была характерна рассмотрением чаще всего систем физического или философского происхождения. При этом постулат (Аристотеля): «Важность целого превыше важности его составляющих» сменился позже на новый постулат (Галилея): «Целое объясняется свойствами его составляющих».

Далее развитие системного анализа происходило под влиянием различных философских воззрений, теорий о структуре познания и возможности предсказания (Бэкон, Гегель, Ламберт, Кант, Фихте и др.). В результате такого развития системный анализ вышел на позиции методологической науки.

Естествоиспытатели XIX–XX вв. (Богданов, Берталанфи, Винер, Эшби и др.) не только актуализировали роль модельного мышления и моделей в естествознании, но и сформировали основные системообразующие принципы, принципы системности научного знания, «соединили» теорию открытых систем, философские принципы и достижения естествознания.

Современное развитие системный анализ получил под влиянием достижений как классических областей науки (математика, физика, химия, биология, история и др.), так и неклассических областей (синергетика, информатика, когнитология, теории нелинейной динамики и динамического хаоса, катастроф, нейроматематика, нейроинформатика и др.).

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

В общем виде системный анализ – совокупность понятий, методов, процедур и технологий для изучения, описания, реализации явлений и процессов различной природы и характера, междисциплинарных проблем.

Системный анализ – это совокупность методов и средств выработки, принятия и обоснования оптимального решения из многих возможных альтернатив, управления сложными системами.

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

Необходимые атрибуты системного анализа как научного знания:

– наличие предметной сферы – системы и системные процедуры;

– выявление, систематизация, описание общих свойств систем;

– выявление и описание закономерностей и инвариантов (неизмене-ний) в этих системах;

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

– накопление, хранение, актуализация знаний о системах.

Попробуем сформулировать ответы на вопрос «Кому нужны знания системного анализа?»

Во-первых, в какой-то мере всем, поскольку окружающая нас действительность ставит сегодня перед нами все более сложные задачи и проблемы, успешное решение которых требует системного подхода. Жизнь современного человека требует быстрого анализа ситуаций, процессов и явлений, которые все более усложняются.

Во-вторых, специалистам инженерного и гуманитарного профиля. Дело в том, что инженеры, даже не изучая специальных дисциплин по системному анализу, приобретают системное видение мира в процессе изучения своей предметной области, поскольку сама инженерная деятельность по своей сути системна. А что касается гуманитарных специальностей, то при их подготовке в незначительной степени даются системные представления, что порождает низкую эффективность их профессиональной деятельности с большими ресурсными, в том числе и материальными потерями.

В-третьих, будущим научным работникам. Только системный подход к научной работе позволяет грамотно проанализировать решаемые проблемы и предложить эффективные решения. Знание основ системного анализа дает будущим ученым уверенность в своих силах и позволяет самостоятельно планировать и выполнять большую часть работы над научными исследованиями.

Таким образом, неиспользование системного анализа не позволяет знаниям (закладываемым традиционным образованием) превращаться в умения и навыки их применения, в навыки ведения системной деятельности. В то же время системно мыслящий и действующий человек, как правило, прогнозирует и считается с результатами своей деятельности, соизмеряет свои желания (цели) и свои возможности (ресурсы) учитывает интересы окружающей среды, развивает интеллект, вырабатывает верное мировоззрение и правильное поведение в человеческих коллективах. Системный анализ обобщает методологию исследования систем, является прикладной наукой нацеленной на выяснение причин реальных сложностей, возникших перед «обладателем проблемы» и на выработку вариантов их устранения.

Системный анализ, как научная и учебная дисциплина:

– комплексно изучает в содержательном плане закономерности, тенденции, механизмы, причины и последствия реализации процессов обособления, делокализации, возникновения, исчезновения, функционирования и развития объектов;

– устанавливает концептуальные подходы к идентификации состояния объектов и общие методы этой идентификации;

– определяет общие принципы и базовые технологии проектирования, адаптационной трансформации и использования систем управления.

Кратко системный анализ также можно определить как дисциплину, изучающую базовые закономерности функционирования и развития объектов, а также концептуальные методы управления ими.

Системный анализ чаще всего признается терминологическим синонимом системотехники. Иногда его нестрого именуют философией или общей методологией управления.

Системный анализ, как область науки и техники, включает совокупность принципов, методов и способов, направленных на анализ, создание и применение сложных систем в различных сферах деятельности.

Системный анализ – это методология решения проблем, основанная на структуризации систем и количественном сравнении альтернатив.

Системный анализ – это логически связанная совокупность теоретических и эмпирических положений из области математики, естественных наук и опыта практики разработки сложных систем, обеспечивающая повышение обоснованности решения конкретной проблемы.

Задачи системного анализа:

1) Декомпозиция (разбитие на подзадачи).

2) Анализ (того, что получилось).

2. Категориальный аппарат системного анализа

Древнегреческий философ Платон говорил: «Перед тем, как затевать спор, необходимо договориться о терминах». Поэтому познакомимся с видами понятий, с которых должна начинаться каждая истинная наука (научная дисциплина).

Система. Толкований категории «система» в научной литературе можно найти великое множество. Выработать общие для всех конкретных приложений понятийный аппарат и способы исследования пока не удается. Приведем некоторые их них.

Система (греч. – «составленное из частей», «соединение», от «соединяю, составляю») – объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе.

Система – совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой. (Л. фон Берталанфи)

Система – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. (ISO 9000:2000)

Система – идущий процесс; набор имеющих данные свойства параметров, которыми являются вход, процесс, выход, управление через обратную связь и ограничение, и набор связей между параметрами и их свойствами. (Оптнер С.Л.)

Система – это то, что приобрело целостность и форму в результате постоянного взаимодействия частей. (Сенге П.)

Система – любой комплекс динамически связанных элементов; все, состоящее из связанных друг с другом частей. (Бир С.)

Проанализировав вышеприведенные определения можно сделать вывод, что любая система имеет следующие основные характеристики: компоненты; отношения (связи, посредством которых осуществляется взаимодействие между компонентами); границу; цель; внешнюю среду; вход, выход; интерфейс; законы, правила, ограничения функционирования.

Системные характеристики можно описать следующим образом:

1. Компонент есть либо неделимая часть, либо объект, состоящий из частей и называемый подсистемой. Подсистема – часть системы с некоторыми связями и отношениями. Любая система состоит из подсистем, подсистема любой системы может быть сама рассмотрена как система.

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

3. Все компоненты работают вместе, чтобы достичь цели существования системы.

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

5. Система имеет законы, правила, ограничения функционирования.

Если объект обладает всеми признаками системы, то говорят, что он является системным. Приведенные примеры систем иллюстрируют наличие таких факторов системности, как:

– целостность и возможность декомпозиции на элементы (в вычислительной сети это вычислительные машины, средства связи и др.);

– наличие стабильных связей (отношений) между элементами;

– упорядоченность (организация) элементов в определенную структуру;

– наделение элементов параметрами;

– наличие интегративных свойств, которыми не обладают ни один из элементов системы;

– наличие цели функционирования и развития.

Классификаций систем в науке достаточно много. Так, например, одна из них предусматривает деление систем на два вида – абстрактные и материальные.

Материальные системы являются объектами реального времени. Среди всего многообразия материальных систем существуют естественные и искусственные системы.

Естественные системы представляют собой совокупность объектов природы и подразделяются на астрокосмические и планетарные, физические и химические.

Искусственные системы – это совокупность социально-экономических или технических объектов. Они могут быть классифицированы по нескольким признакам, главным из которых является роль человека в системе. По этому признаку можно выделить два класса систем: технические и организационно-экономические системы.

Абстрактные системы – это умозрительное представление образов или моделей материальных систем, которые подразделяются на описательные (логические) и символические (математические).

Описательные системы есть результат дедуктивного или индуктивного представления материальных систем. Их можно рассматривать как системы понятий и определений (совокупность представлений) о структуре, об основных закономерностях состояний и о динамике материальных систем.

Символические системы представляют собой формализацию логических систем, они подразделяются на три класса:

– статические математические системы или модели, которые можно рассматривать как описание средствами математического аппарата состояния материальных систем (уравнения состояния);

– динамические математические системы или модели, которые можно рассматривать как математическую формализацию процессов материальных (или абстрактных) систем;

Читайте также:  Сдать качественный анализ вгс

– квазистатические (квазидинамические) системы, находящиеся в неустойчивом положении между статикой и динамикой, которые при одних воздействиях ведут себя как статические, а при других воздействиях – как динамические.

Каждая система обладает определенными свойствами, связанными с ее функционированием. Наиболее часто выделяют следующие свойства:

– синергичность, это максимальный эффект деятельности системы достигается только в случае максимальной эффективности совместного функционирования её элементов для достижения общей цели;

– эмерджентность, это появление у системы свойств, не присущих элементам системы; принципиальная несводимость свойства системы к сумме свойств составляющих её компонентов (неаддитивность);

– целенаправленность, это наличие у системы цели (целей) и приоритет целей системы перед целями её элементов;

– структурность, это возможность декомпозиции системы на компоненты, установление связей между ними;

– иерархичность, каждый компонент системы может рассматриваться как система; сама система также может рассматриваться как элемент некоторой надсистемы (суперсистемы);

– коммуникативность, существование сложной системы коммуникаций со средой в виде иерархии;

– адаптивность, это стремление системы к состоянию устойчивого равновесия, которое предполагает адаптацию параметров системы к изменяющимся параметрам внешней среды;

– интегративность, это наличие в системе системообразующих, системосохраняющих факторов;

Связь. Наибольшая смысловая нагрузка в системном анализе приходится на понятие «связь». Приведем примеры связей. Мозг человека развивается и состоит из 14 млрд. нервных клеток. Каждая из них имеет 5000 связей с другими. Любой закон природы и общества – это есть внутренняя, устойчивая, существенная связь и взаимная обусловленность явлений. Нет закона вне связи!

Связь предметов можно определить таким образом: два или более различных предмета связаны, если по наличию или отсутствию некоторых свойств у одних из них мы можем судить о наличии или отсутствии тех или иных свойств у других из них (возникновение и исчезновение предметов можно рассматривать как частный случай). Например, температура и давление данной массы газа связаны так, что с увеличением температуры (при всех прочих постоянных условиях) увеличивается давление. Зная о том, что температура увеличилась, мы можем делать вывод
об увеличении давления (если выяснены точные количественные соотношения, то они будут учтены и в выводах).

Среда. Среда – сфера, ограничивающая структурное образование системы. Среда есть все то, что воздействует на систему, но неподконтрольно ей. Воздействие среды на систему – это входные воздействия, или входы (перелистывание страниц брошюры человеком). Воздействие системы на среду – это выходные воздействия, реакция системы, или выходы (воздействие брошюры на зрение, обоняние, осязание читателя).

Структура и структурное исследование. Понятие структуры – одно из многозначных понятий. Невозможно даже перечислить все значения понятия структуры, в которых оно выступает у разных авторов. Одним из них является следующее: «Структура – все то, что вносит порядок во множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений между частями целого, необходимых для достижения цели».

Примеры структур: извилины мозга, факультет, государственное устройство, кристаллическая решетка вещества, микросхема. Базовые топологии структур (систем): линейная, иерархическая, сетевая, матричная.

Линейная структура – структура станций метро на одной (не кольцевой) линии в одном направлении.

Иерархическая структура – структура управления вузом: «Ректор – Проректор – Декан – Заведующий кафедрой, подразделением – Преподаватель кафедры, сотрудник подразделения».

Сетевая структура – структура организации работ при строительстве дома: некоторые работы, например, монтаж стен, благоустройство территории и др. можно выполнять параллельно.

Матричная структура – структура работников одного отдела, выполняющих работы по одной и той же теме.

Элемент. Понятие элемента обычно представляется интуитивно ясным. Однако надо иметь в виду, что для каждой конкретной системы это понятие не является абсолютным, однозначно определенным, поскольку исследуемая система может расчлениться существенно различными способами, и говорить об элементе можно лишь применительно к определенному из этих способов: другое расчленение может быть связано с выделением другого образования в качестве исходного элемента.

При заданном способе расчленения под элементом понимается такой минимальный компонент системы, совокупность которых складывается прямо или опосредованно в систему.

Заключение. Рассмотрена история появления и развития системного анализа. Изучены атрибуты системного анализа. Дается ответ на вопрос кому нужны знания системного анализа? Даны варианты определения системного анализа как научной и учебной дисциплины. Приведены задачи системного анализа.

Источник

Базовые понятия и определения. Основы системного анализа

Естественную науку можно представить состоящей из трех частей: эмпирической, теоретической и математической.

Эмпирическая часть содержит фактические сведения, добытые в экспериментах и наблюдениях, а также из их первичной систематизации.

Теоретическая часть развивает теоретические концепции, позволяющие объединить и объяснить с единых позиций значительный комплекс явлений, и формулирует основные закономерности, которым подчиняется эмпирический материал.

Математическая часть конструирует математические модели, служащие для проверки основных теоретических концепций, дает методы для первичной обработки экспериментальных данных с тем, чтобы их можно было сопоставить с результатами моделей, и разрабатывает методы планирования эксперимента с таким расчетом, чтобы при небольшой затрате сил по возможности можно было из экспериментов получить достаточно надежные данные.

Такая схема отвечает строению многих естественных наук, однако развитие разных частей, особенно математических моделей в настоящее время в социально-экономической области совершенно несравнимо, скажем, с физикой, механикой и астрономией.

Это обстоятельство обусловлено, с одной стороны, тем, что разработка теоретических концепций и математических моделей в экологии началась намного позже, чем в названных науках, а с другой – тем, что характер изучаемых биологических явлений значительно сложнее, в силу чего приходится принимать во внимание гораздо больше факторов при построении моделей экологических процессов, чем физических. В обиходе это последнее обстоятельство обычно именуется специфической сложностью процессов жизнедеятельности.

Кроме того, построение математических моделей в экологии сильно затруднено тем, что большинство экологов, химиков, биологов и других специалистов не в достаточной мере владеют математикой, а среди математиков немногие обладают соответствующими интересами и достаточными знаниями в указанных выше областях.

Противоречия между неограниченностью желаний человека познать мир и ограниченностью существующих возможностей сделать это, между бесконечностью природы и конечностью ресурсов человечества имеют много важных последствий, в том числе и в самом процессе познания человеком окружающего мира. Одна из таких особенностей познания, которые позволяют постепенно, поэтапно разрешать эти противоречия,- наличие аналитического и синтетического образов мышления.

Суть анализа состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент. Но чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс – синтез. Это относится не только к индивидуальному мышлению, но и к общечеловеческому знанию.

Аналитичность человеческого знания находит свое отражение в существовании различных наук, в продолжающейся дифференциации наук, во все более глубоком изучении все более узких вопросов, каждый из которых сам по себе тем не менее интересен, важен и необходим. Вместе с тем столь же необходим и обратный процесс синтеза знаний. Так возникают «пограничные» науки типа биохимии, физикохимии, геохимии, геофизики, биофизики или бионики и т.д. Однако это лишь одна из форм синтеза. Другая, более высокая форма синтетических знаний реализуется в виде наук о самых общих свойствах природы. Философия выявляет и отображает все общие свойства всех форм материи; математика изучает некоторые, но также всеобщие, отношения. К числу синтетических относятся и системные науки: кибернетика, теория систем, теория организации и др. В них необходимым образом соединяются технические, естественные и гуманитарные знания.

Итак, расчлененность мышления (на анализ и синтез) и взаимосвязанность этих частей являются очевидными признаками системности познания.

При анализе и синтезе больших систем, какими являются природные экологические комплексы, получил развитие системный подход, который отличается от классического (или индуктивного) подхода. Последний рассмативает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует (конструирует) систему путем слияния ее компонент, разрабатываемых раздельно. В отличие от этого системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды. Так что же такое системный подход ?

Определение: Системный подход – это современная методология для изучения и решения проблем, носящих, как правило, междисциплинарный характер. Системный подход означает всего лишь стремление изучить то или другое явление или объект с учетом максимального числа внутренних связей и внешних факторов, определяющих функционирование объекта, т.е. стремление изучить его во всей диалектической сложности, вскрыв все внутренние противоречия. Надо различать понятия системный подход и системный анализ.

Определение: Системный анализ – это совокупность методов, приемов, процедур, основанных на использовании современных возможностей обработки информации и диалога «человек-машина». Любое системное исследование завершается оценкой качества функционирования системы, сравнением разных вариантов проектов.

Вопреки представлениям многих экологов, системный анализ не есть какой-то математический метод и даже не группа математических методов. Это широкая стратегия научного поиска, которая, конечно использует математический аппарат и математические концепции, но в рамках систематизированного научного подхода к решению сложных проблем.

По существу системный анализ организует наши знания об объекте таким образом, чтобы помочь выбрать нужную стратегию или предсказать результаты одной или нескольких стратегий, которые представляются целесообразными тем, кто должен принимать решения. В наиболее благоприятных случаях стратегия, найденная с помощью системного анализа, оказывается «наилучшей» в некотором определенном смысле.

Мы будем понимать под системным анализом упорядоченную и логическую организацию данных и информации в виде моделей, сопровождающуюся строгой проверкой и исследованием самих моделей, необходимыми для их верификации и последующего улучшения. В свою очередь модели мы можем рассматривать как формальные описания основных элементов естественно-научной проблемы в физических или математических терминах. Ранее основной упор при объяснении тех или иных явлений делался на использование физических аналогий биологических и экологических процессов. Системный анализ также иногда обращается к физическим аналогиям подобного рода, однако чаще применяемые здесь модели математические, и в своей основе абстрактные.

Как мы уже отметили выше существует различие в сущности понятий «системный подход» и «системный анализ». Академик Н.Н. Моисеев по этому поводу отмечал следующее: «Если системный анализ дает средства для исследований, формирует инструментарий современной междисциплинарной научной деятельности, то системный подход определяет, если угодно, его «идеологию», направленность, формирует его концепцию. Средства и цели исследования — вот как в несколько афористической форме можно объяснить различие этих терминов.

Понятие системы.Дадим определение базовым понятиям системного анализа. Итак, элементом назовем некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных для нас свойств, но внутреннее строение (содержание) которого безотносительно к цели рассмотрения. Другое важное понятие — связь — важный для целей рассмотрения обмен между элементами веществом, энергией, информацией.

Читайте также:  Линейный регрессионный анализ статистика

Система определяется как совокупность элементов, обладающую следующими признаками:

а) связями, которые позволяют посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента совокупности (связность системы);

б) свойством (назначением, функцией), отличным от свойств отдельных элементов совокупности (функция системы).

Системный анализ как общенаучный подход, ориентирован на проведение междисциплинарных (комплексных) исследований в различных областях человеческого знания.

Существует множество определений понятия “система”, из наиболее существенных черт системы отметим следующие:

Источник

Системный анализ

Системный анализ применяется в экономике и технике, биологии и медицине, истории и филологии, в политике и военном деле. Он используется в теоретических и прикладных исследованиях, при выборе образцов новой техники и вариантов капиталовложений и т. п. Для более ясного изложения материала предварительно сформулируем вопросы, относящиеся к системному анализу. Вопросы поставлены в том виде, в каком они возникали при проведении практических работ по системному анализу.

Можно ли дать однозначное определение системного анализа?

Известно, что определяя понятие, мы его ограничиваем, сужаем, обедняем. Тем не менее в качестве рабочего инструмента можно использовать одно из возможных определений как главное, выделив некоторые существенные черты явления, отличающие его от других исходных.

Системный анализ — методология исследования, трудно наблюдаемых и трудно понимаемых свойств и отношений в объектах с помощью представления этих объектов в качестве целенаправленных систем и изучения свойств этих систем и взаимоотношений между целями и средствами их реализации.

Он применяется при такой постановке задачи, когда необходимые для ее решения сведения об объекте не могут быть получены непосредственным его наблюдением. Тогда объект рассматривается в качестве подсистемы некоторой системы, как совокупность подсистем во взаимодействии с другими системами. Это определение, которое следует рассматривать в качестве рабочего, позволяет отличить методы системного анализа от других методов исследования и относит его к определенной области научных знаний.

Чем отличается системный анализ от других методов исследования?

Во множестве методов исследования и анализа подавляющее большинство ориентировано на непосредственное наблюдение объектов с учетом их природы и специфики. При этом всегда предполагается, что исследуемый объект можно выделить, отграничить от окружающей среды, что его можно наблюдать непосредственно или посредством приборов. В отличие от них метод системного анализа, базирующийся на теории систем, учитывает принципиальную сложность исследуемого объекта, его разветвленные и прочные взаимосвязи с окружающим миром, ненаблюдаемость целого ряда его свойств.

Поэтому, отталкиваясь от реального явления, от имеющихся фактических данных о его свойствах и связях с окружающим миром, исследователь переводит их далее в абстрактные категории теории систем и на основе известных свойств систем выявляет новые свойства и новые взаимосвязи. В большинстве методов исследования точно определены объекты. Системное исследование обычно включает в качестве одного из важных этапов именно определение объекта, его нахождение или конструирование. Почти все методы исследования исходят из четко сформулированной заранее задачи. Системный анализ решает вопросы, как правильно ставить задачи, какие методы исследования использовать.

Главное в системном анализе — как сложное превратить в простое, как не только трудноразрешимую, но и труднопонимаемую проблему превратить в четкую серию задач, имеющих метод решения.

Системный анализ всегда конкретен. Он имеет дело с определенным народнохозяйственным объектом (пусть вначале нечетко определенным), с конкретной народнохозяйственной проблемой (пусть вначале неясно сформулированной).

Каково место системного анализа в ряду других методов и форм управления?

Системный анализ ни в коей мере не противопоставляется другим методам анализа проблем и принятия решений. Новым является синтез в единой методологии некоторого взаимосвязанного круга понятий, методов и приемов, которые ранее использовались разрозненно при решении отдельных частных проблем в науке и технике. Далее, этот комплекс системных понятий и методов распространяется па совершенно новые сферы деятельности, где раньше эти понятия не использовались, — на область планирования, управления.

Сила системного метода в анализе именно сложных проблем заключается в том, что он позволяет, с одной стороны, разложить слишком сложную для решения проблему на ее составляющие вплоть до постановки конкретных, имеющих отработанные методы решения задач, а с другой — удерживать их вместе в качестве единого целого.

Как весьма точно выразился советский исследователь С. П. Никаноров, системный анализ позволяет представить процесс решения проблемы как процесс конструирования, изготовления и использования систем.

Что является существенным в системном анализе, на чем концентрируется его внимание, весьма точно сформулировано американским исследователем Квейдом: «Анализ систем есть способ рассмотрения проблемы. Математический аппарат и использование вычислительных машин при этом могут быть необходимыми и даже полезными, но могут такими и не быть Иногда может быть достаточно серьезного размышления над проблемой. Но в любом анализе, связанном с подготовкой решения при наличии неопределенностей, независимо его сложности присутствуют определенные элементы. Эти элементы — цель или цели, альтернативы или средства для достижения этих целей, расходы или все то, что необходимо затратить для достижения каждой из альтернатив, модель или описание зависимости между альтернативами и тем, что они выполняют и стоят, и критерии, в соответствии с которыми выбирается предпочтительная альтернатива, — присутствуют в любом анализе, целью которого является оказать влияние и; выбор образа действия».

Для решения каких проблем используется системный анализ?

Совершенно очевидно, что сложный, специально разработанный и довольно таки громоздкий научный аппарат, каким является системный анализ, стоит применять только для решения достаточно сложных, крупных проблем, связанных с деятельностью многих людей, с большими материальными и иными затратами.

Трудно установить какую-либо классификацию проблем, с тем чтобы точно сказать, где можно, а где нельзя применять системный аппарат. Пути возникновения проблем различаются по потребностям и возможностям. Первый случай более простой: существующие ресурсы или методы работы, какие-либо товары перестали удовлетворять людей и требуется изменить существующее положение.

Системный анализ применяют в том случае, если возникла очень сложная проблема. Второй случай в принципе более сложен: появляется новая возможность, такая, например, как полеты в космическое пространство, использование термоядерной энергии. В каждом случае развитие таких возможностей связано с созданием целых новых отраслей в народном хозяйстве. В этом случае применение системного анализа оказывается не только полезным, но и совершенно необходимым, так как здесь предстоит еще сформулировать саму проблему, имеющую сложный характер, поскольку реализация новых возможностей сказывается на самых разнообразных сторонах человеческой деятельности, жизни общества и государства. Можно отметить и еще более сложные случаи, когда новые возможности порождаются повсеместно и почти ежечасно: так, например, экспериментальная химия синтезирует в год до трехсот тысяч новых соединений с самыми разнообразными свойствами, которые могут быть использованы во многих, если не во всех отраслях производства.

Человеческую деятельность можно условно разделить на две области: область рутинной деятельности, т. е. регулярных, повседневно решаемых задач, и область решения новых, впервые возникающих задач. В первой из них способы решения задач обычно хорошо отработаны и почвы для системного анализа не представляется, хотя само наличие рутины в некоторых случаях составляет проблему. Так, наличие многомиллионного аппарата экономического управления само по себе создает трудности в управлении, порождает проблемы; большую проблему создает тенденция к постоянному увеличению численности работников аппарата управления. Но в сфере человеческой деятельности, связанной с решением новых, неизвестных ранее задач (например, в перспективном планировании, в пауке, в конструкторских разработках), методы системного анализа применимы почти повсеместно, а в некоторых случаях без них нельзя обойтись.

В методе системного анализа принято также различать проблемы по степени их структуризации, т. е. по ясности, осознанности их постановки; степени детализации и конкретизации представлений об их составляющих и взаимосвязях; и, наконец, по соотношению количественных и качественных факторов, отмечаемых в постановке проблемы. Учитывая это, выделяют три класса проблем: хорошо структуризованные и количественно сформулированные; слабо структуризованные, или смешанные проблемы, которые содержат как количественные, так и качественные оценки; неструктуризованные, или качественные проблемы.

Для первого класса проблем методы системного анализа не нужны, поскольку для их решения существует развитый и мощный аппарат математического моделирования и строгие количественные методы решения. В качестве основной области приложения методов системного анализа называют второй класс проблем — слабо структуризованных, со смешанными количественными и качественными оценками. Считается, что неструктуризованные проблемы не решаются методами системного анализа, для их решения применяются так называемые эвристические методы. Конечно, между тремя классами проблем трудно провести какие-либо четкие границы, но суть дела в другом.

Метод системного анализа как раз и есть метод структуризации, упорядочения проблем. Системный анализ применяется для того, чтобы поначалу хотя бы слабо структуризовать неструктурированную, смутно определенную проблему, а затем собрать новую дополнительную информацию о ней, установить взаимосвязи составляющих, дать, где это только возможно, количественные оценки (хотя бы субъективные, экспертные) и перевести проблему в разряд структуризованных, к решению которых уже можно приложить аппарат математического моделирования и выбора оптимальных решений.

В ряде случаев системный анализ пытаются определить через те сферы человеческой деятельности, в которых он находит преимущественное применение, как методологию решения исследовательских, военных, политических, экономических проблем.

Каковы условия успеха системного анализа?

Первым условием успеха, системного анализа является применение его там, где он действительно нужен. Сам характер системного исследования, посвященного сложным вопросам на сложных объектах, требует высокого уровня знаний, привлечения на той или иной стадии анализа специалистов высокой квалификации. Между тем мода на системный анализ побудила заняться им многочисленных научных работников, аспирантов и даже студентов-дипломников. Естественно, что в таком случае выбирается «посильный» и вполне обозримый объект, либо некая гипотетическая модель, с которой можно производить любые действия, либо же частные проблемы себестоимости, производительности труда, качества продукции т. д. Не может быть успешного системного исследования в случае недобросовестного отношения к нему руководства организации заказчика или самих исследователей.

Условиями успеха системного анализа следует считать наличие трех элементов: 1) явно понятой потребности, цели или назначения; 2) источника идей, накопленной информации, опыта и представления о предмете; 3) ресурсов — опытных специалистов, а также оборудования, материалов и денежных средств.

Системный анализ является сам по себе инструментом обеспечения наличия всех этих трех элементов: выявления и детализации целей, соответствующей информации, ресурсов и их увязки с целями. Таким образом, специалисты по системному анализу должны знать условия успеха своей работы и приступать к ней только при их выполнении.

Источник