Теория систем и системный анализ

1.

Теория систем и системный
анализ
Кандидат технических наук, доцент
кафедры «Информационные технологии и математика»
Иванов Сергей Александрович

2.

Моделирование как метод
системного анализа
• Одной из проблем, с которой сталкиваются почти всегда при
проведении системного анализа, является проблема
эксперимента в системе или над системой. Очень редко это
разрешено моральными законами или законами безопасности,
но сплошь и рядом связано с материальными затратами и (или)
значительными потерями информации.
• Опыт всей человеческой деятельности учит — в таких ситуациях
надо экспериментировать не над объектом, интересующим нас
предметом или системой, а над их моделями. Под этим
термином надо понимать не обязательно
модель физическую, т. е. копию объекта в уменьшенном или
увеличенном виде. Физическое моделирование очень редко
применимо в системах, хоть как то связанных с людьми. В
частности в социальных системах (в том числе —
экономических) приходится прибегать к математическому
моделированию.

3.

Моделирование как метод
системного анализа
Необходимо поставить вопрос о соответствии используемых
моделей реальности.
Это соответствие или адекватность могут быть очевидными или даже
экспериментально проверенными для отдельных элементов системы. Но уже
для подсистем, а тем более системы в целом существует возможность
серьезной методической ошибки, связанная с объективной невозможность
оценить адекватность модели большой системы на логическом уровне.
Иными словами — в реальных системах вполне
возможно логическое обоснование моделей элементов. Эти модели мы как
раз и стремимся строить минимально достаточными, простыми настолько,
насколько это возможно без потери сущности процессов. Но логически
осмыслить взаимодействие десятков, сотен элементов человек уже не в
состоянии. То есть, можно построить логически безупречную модель
реальной системы с использованием моделей элементов и производить
анализ такой модели. Выводы этого анализа будут справедливы для каждого
элемента, но ведь система — это не простая сумма элементов, и ее свойства
не просто сумма свойств элементов.

4.

Классификация методов
моделирования систем
Всю совокупность методов исследования можно разбить на три большие группы: методы, основанные на
использовании знаний и интуиции специалистов; методы формализованного представления систем управления
(методы формального моделирования исследуемых процессов) и комплексированные методы.
Первая группа – методы, основанные на выявлении и обобщении мнений опытных специалистовэкспертов, использовании их опыта и нетрадиционных подходов к анализу деятельности организации
включают: метод «мозговой атаки», метод типа «сценариев», метод экспертных оценок, метод типа
«Дельфи», методы типа «дерева целей», «деловой игры», морфологические методы, SWОТ-анализ и ряд
других методов.
Вторая группа – методы формализованного представления систем управления, основанные на
использовании математических, экономико-математических методов и моделей исследования систем
управления. Среди них можно выделить следующие классы:
аналитические (включают методы классической математики – интегральное исчисление,
дифференциальное исчисление, методы поиска экстремумов функций, вариационное исчисление и другие,
методы математического программирования, теории игр);
статистические (включают теоретические разделы математики – математическую статистику, теорию
вероятностей – и направления прикладной математики, использующие стохастические представления –
теорию массового обслуживания, методы статистических испытаний, методы выдвижения, и проверки
статистических гипотез и другие методы статистического имитационного моделирования);
теоретико-множественные, логические, лингвистические, семиотические представления
(разделы дискретной математики, составляющие теоретическую основу разработки разного рода языков
моделирования, автоматизации проектирования, информационно-поисковых языков);
графические (включают теорию графов и разного рода графические представления информации типа
диаграмм, графиков, гистограмм и т.д.).
К третьей группе относятся комплексные методы: комбинаторика, ситуационное моделирование,
топология, графосемиотика и др. Они сформировались путем интеграции экспертных и формализованных
методов.
Несколько в стороне стоят методы исследования информационных потоков.

5.

Разделы методики проведения
исследований
С практической точки зрения методика проведения исследований, как
правило, включает три основных раздела: теоретический, методический,
организационный.
В теоретическом разделе определяются основные цели, задачи, предмет и
объект исследования. Методический раздел содержит обоснование выбора
метода проведения исследований, сбора и обработки данных, анализ
полученных результатов, способы их оформления. Организационный
раздел представляет, план проведения исследований, формирование
команды исполнителей, распределение трудовых и финансовых ресурсов.
Здесь же определяется и организационная форма проведения исследований,
т.е. индивидуальные или коллективные исследования, исследования,
проводимые внутренними или внешними специалистами. Выделяются
специальные отделы, службы управления изменениями, целевые проектные
подразделения, которые будут задействованы в проведении исследования
систем управления.
Сбор данных является основным этапом исследования. Для этих целей
используется ряд методов, среди которых наиболее эффективными являются:
беседы со специалистами аппарата управления;
изучение технико-экономических и статистических сведений о развитии
производства рассматриваемого предприятия;
изучение опыта развития родственных предприятий.

6.

Цель в системном анализе
Цель с позиции субъекта определяется как цель анализа, описания,
проектирования (создания или реорганизации) и управления:
• цель анализа объекта — выявить наличие и место противоречий
(проблемной ситуации), причин их возникновения и способов устранения;
• цель описания объекта — представить проблемную ситуацию в виде,
удобном для анализа;
• цель проектирования (создания или реорганизации) объекта - разрешить
проблемную ситуацию посредством создания нового объекта или
реорганизации старого;
• цель управления — поддержание функционирования объекта в соответствии
с заданием.
Цель с позиции объекта определяется как цель функционирования данного
объекта, которая может быть заложена его создателем либо формироваться
внутри объекта.
Если системный аналитик и заказчик системного анализа не одно лицо, то
существуют две цели: аналитика и заказчика.

7.

Цель и потребность
Как говорилось выше, любая деятельность имеет целенаправленный
характер. Однако первичной является потребность, неудовлетворение
которой порождает проблемную ситуацию. Проблемность
существующего положения осознается "поэтапно": от смутного
ощущения, что "что-то не так", к осознанию потребности, затем к
выявлению проблемы и, наконец, к формулировке цели.
• Потребность — объективная необходимость во взаимодействии
(ресурсном обмене) с окружающей средой для сохранения
функционирования и развития объекта.
• Желание - субъективная осознанная потребность, соотнесенная с
конкретным результатом ее удовлетворения.
• Проблема — разность между желаемым и действительным
состояниями объекта, ликвидация которой не является очевидной.
• Цель - субъективный образ несуществующего, но желаемого
состояния объекта, которое решило бы возникшую проблему.

8.

Особенности целей
Рассмотрим некоторые важные особенности цели:
• Цель находится в непосредственной зависимости от
потребности и является в этом процессе ее прямым следствием.
• Выбор цели сугубо субъективный, т. е. основан на конкретном знании
индивида или сообщества (нельзя желать того, о чем не знаешь) и
направлен на удовлетворение конкретной жизненной потребности.
• Цель конкретна. Удовлетворение цели может принести только
конкретный результат, полученный с помощью конкретных средств в
конкретных условиях.
• Цель всегда несет в себе элементы неопределенности, что
неизбежно приводит к некоторому рассогласованию фактически
полученного результата и того, что было запланировано.
• Цель можно рассматривать в качестве средства оценки будущего
результата.

9.

Проблема и проблематика
Определение цели или постановка задачи, которую надо решать, для
традиционных наук — начальный, отправной этап работы. В исследовании же
или проектировании сложной системы это промежуточный результат, которому
предшествует длительная, кропотливая и сложная работа по формулировке
исходной проблемы.
• Формулировку исходной проблемы следует считать лишь "нулевым
приближением", поскольку проблемосодержащая система не является
изолированной — она связана с другими системами и входит как часть в
некоторую надсистему; а сама она в свою очередь состоит из частей,
подсистем, в различной степени причастных к данной проблеме.
• В связи с этим к любой реальной проблеме необходимо априори относиться
не как к отдельно взятой, а как к "клубку" взаимосвязанных проблем. Будем
использовать для обозначения этой совокупности термин проблематика.
• Кроме того, предлагаемая заказчиком формулировка является его моделью
реальной проблемной ситуации. Поэтому необходимо учитывать не только
точку зрения заказчика, которая, как и всякая модель, неизбежно имеет
целевой характер, является приблизительной, упрощенной, но и позиции
других заинтересованных сторон.
• Таким образом, системное исследование всякой проблемы следует начинать
с ее расширения до проблематики. Необходимо определить и рассмотреть
проблемы, существенно связанные с исследуемой, без учета которых она не
может быть решена.

10.

Заинтересованные лица
Для расширения проблемы потребуется содержательная модель над- и подсистем
относительно проблемосодержащей системы. В англоязычной литературе часто используется
подобная модель, имеющая название "stakeholders", что означает "перечень заинтересованных
лиц". В этот перечень рекомендуется включать имена:
• клиента, который ставит проблему, заказывает и оплачивает системный анализ;
• лиц, принимающих решения, от полномочий которых непосредственно зависит решение
проблемы;
• участников активных, чьи действия потребуются при решении проблемы, и пассивных — тех,
на ком скажутся (положительным или отрицательным образом) последствия решения
проблемы;
• самого системного аналитика и его сотрудников, главным образом для того, чтобы
предусмотреть возможность минимизации его влияния на остальных заинтересованных лиц,
— своеобразная "мера безопасности".
Под "заинтересованными" лицами следует понимать и тех, кто на самом деле не
заинтересован в решении проблемы и будет сопротивляться возможным переменам.
Каждая из сторон имеет свое видение проблемы, отношение к ней, существование или
исчезновение проблемы связаны с существованием или появлением их собственных проблем.
Таким образом, при построении проблематики системный аналитик определяет, кто из
заинтересованных лиц и в чем заинтересован, какие изменения и почему они хотят внести. При
этом аналитик не должен влиять на мнения обследуемых лиц.

11.

Дерево целей
Для облегчения задачи целеполагания применяется декомпозиция (детализация) цели в виде
неупорядоченного или упорядоченного набора взаимосвязанных подцелей (структуризация),
которые делают ее более конкретной и понятной для всех участников процесса
целеобразования.
Наиболее популярной структуризацией целей является построение так называемого "дерева
целей".
Дело в том, что, любая система обладает двойственностью, являясь одновременно и
целью и средством. Назначение (роль) этой системы представляет собой цель, для
достижения которой предназначены компоненты системы в качестве средств, а с другой
стороны, сама данная система является средством для достижения цели более высокого
порядка. Например, производство моторов является целью для работников моторного цеха,
но средством для предприятия в целом.
Описание отношений между целями и средствами может быть отражено специальной схемой
(графом), носящей название "дерево целей", которая была предложена еще в 1957г. группой
американских ученых. Затем она была с успехом использована в ряде крупных военных и
промышленных программ в США, а в настоящее время является повседневным инструментом
практически любого современного менеджера.
Построение "дерева целей" начинается с процедуры структуризации, расчленения основной
цели на составные элементы, называемые подцелями, каждая из которых является
средством, направлением или этапом ее достижения. Затем каждая из подцелей в свою
очередь рассматривается как цель и расчленяется на компоненты. Если все эти элементы
представить графически, то получится так называемое "дерево целей", обращенное "кроной"
вниз. При этом главная цель оказывается на верхнем уровне. Процесс расчленения следует
вести до тех пор, пока на самом нижнем уровне "дерева" не окажутся средства, реализация
которых не вызывает принципиальных трудностей и сомнений.

12.

Проверка дерева целей
Для проверки полноты и внутренней непротиворечивости
"дерева целей" существуют четыре простых правила:
• При чтении сверху вниз подцель должна отвечать на вопрос что
нужно сделать, чтобы реализовать цель предыдущего уровня?
• При чтении снизу вверх цель более высокого уровня должна
отвечать на вопрос для чего необходима цель непосредственно
под ней?
• При чтении подцелей, необходимых для достижения одной
цели, следует уточнить, все ли подцели действительно
необходимы для ее достижения.
• При чтении подцелей, необходимых для достижения одной
цели, следует уточнить, какие еще подцели этого уровня
необходимы для достижения цели.

13.

Критерии как модель целей
• Для количественной оценки степени достижения цели
используются критерии. В этом смысле критерии
можно рассматривать как количественные модели
качественных целей. Критерии должны как можно
полнее отражать цель.
• Необходимость в критериях возникает при реализации
задач управления, в частности, задач оптимизации и
принятия решений, когда возникает необходимость
оценки имеющихся альтернатив. Определение
значения критерия для данной альтернативы является,
по существу, косвенным измерением степени ее
пригодности (ценности) как средства достижения цели.

14.

Критерии и ограничения
Для достижения полноты модели рассматриваемой ситуации кроме
критериев необходимо учитывать имеющиеся ограничения Дело в том, что
решение любой реальной задачи сталкивается с ограничениями, которые можно
разделить на:
• объективные — законы природы и ресурсные ограничения;
• субъективные — связанные с системой ценностей.
Целевой критерий как бы открывает возможности для выдвижения все
новых и новых альтернатив в поисках лучшей из них, а ограничение заведомо
уменьшает их число, запрещая некоторые из альтернатив. Одними целевыми
критериями можно жертвовать ради других, а ограничение исключить нельзя,
оно должно жестко соблюдаться. В этом смысле ограничения упрощают, а не
усложняют работу системного аналитика.
В практике системного анализа встречаются случаи, когда наложенные
ограничения столь сильны, что делают нереальным достижение цели. Тогда
системный аналитик должен ставить перед лицом, принимающим решение,
вопрос о том, нельзя ли данные ограничения ослабить или снять совсем.