Основы методологии системного анализа. Обобщённый системный анализ организационно-технических систем

1.

Лекция по дисциплине
«Основы системного анализа»
Тема Лекции №1: Основы методологии системного анализа.
Обобщённый системный анализ организационно-технических систем.
Лектор – доцент кафедры А5, к.т.н.
КУЛАКОВ Александр Юрьевич

2. План дисциплины

Лекция №1 Основы методологии системного анализа (введение, основные понятия,
метод ДЦЗ)
Лекция №2 Методы получения и обработки экспертной информации (организация
работы экспертов) и метод сценариев
Лекция №3 Методика обработки результатов экспертного оценивания (МАИ,
согласованность, группировки)
Лекция №4 Научно-техническое прогнозирование (организационно-технических)
систем
Лекция №5,6 Структурный анализ (анализ структур), анализ эффективности и
устойчивости функционирования организационно-технических систем
Лекция №7 Моделирование
Лекция №8 Нечёткая логика (?)

3.

Целевая установка занятия: Изучить прикладное значение
системного анализа
Основные изучаемые вопросы:
1. Основные понятия и определения системного анализа. Методологические и
методические основы системного анализа ОТС
2. Классификация проблем по степени их структуризации. Метод построения
дерева целей и задач

4.

Рекомендуемая литература
Основная
1. Военная системотехника и системный анализ: учебник / А.Н. Павлов, Б.В.
Соколов, Б.В. Москвин, Д.Н. Верзилин; под общей редакцией А.Н. Павлова. – СПб.:
ВКА имени А.Ф. Можайского, 2016. – 495 с. (глава 1,2)
Дополнительная
2. Калинин В.Н. Теоретические основы системных исследований: учебник. – СПб.: ВКА
им. А.Ф. Можайского, 2016. – 293 с.
3. Перегудов Ф.И., Ф.П. Введение в системный анализ: Учеб. Пособие для вузов. – М.:
Высш. шк., 1989. – 367 с.

5.

Вопрос 1. Основные понятия и определения системного анализа.
Методологические и методические основы системного анализа ОТС
«Борьба со сложностью» или «Управление сложностью»?
(Горбань А.Н., Дмитриев А.К., Резников Б.А., Калинин В.Н., Соколов Б.В.,
Мануйлов Ю.С., Охтилев М.Ю. и др. )
Это обусловлено быстрым возрастанием сложности управляемых
объектов, возрастанием объемов и разнообразия информационных
потоков,
существенным ростом сложности процессов и систем
управления.
Особенно остро вопрос о факторах сложности ставится в связи с
необходимостью учета всевозможных аспектов взаимодействия системы с
окружающей средой в таких областях, как военное дело, экономика,
экология и др.

6.

Современный этап развития науки и техники
• Дифференциация и интеграция научного знания;
• ЭВМ и интернет (вещей);
• Миниатюризация (например, вычислительной техники и моб. телефонов) и
беспроводные технологии;
• GPS/ГЛОНАСС, мобильные сервисы, цифровые платформы;
• Замедление научно-технологического прогресса (?);
• Переход от индустриального к информационному обществу (?);
• Технологические риски (?);

7. Интеграция наук

КИБЕРНЕТИКА
СИСТЕМНЫЙ
АНАЛИЗ
1868
1948
Теория
управления
1948
…
Теория
информации
…
Системный
анализ
…
Искусственный
интеллект
Информационные
технологии
1968
Анализ
данных и
принятие
решений
1944
Кибернетика
(1948)
Исследование
операций
Общая
теория систем
Искусственный
интеллект
1949
Системный
анализ
Общая теория
систем
Исследование
операций
…
…
Оптимизация
1943
Анализ
данных и
принятие
решений
Оптимизация
1956

8.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Определение.
Системой
называется
целостная
совокупность
взаимосвязанных
(взаимодействующих) элементов (компонентов, частей) и обладающая свойствами, которые не
сводятся к свойствам этих элементов и не выводятся из них.
Определение. Системный подход - такое направление методологии научного познания и
практической деятельности, в основе которого лежит исследование любого объекта как
сложной системы в их взаимодействии со средой.
Определение. Среда есть совокупность окружающих систему элементов внешнего мира, не
входящих в ее состав, но оказывающих на нее влияние или подверженных влиянию с ее
стороны.
Определение. Состояние - совокупность параметров (характеристик), отражающих наиболее
существенные свойства системы и определяющих ее поведение (функционирование).
Определение. Управление - процесс целенаправленного изменения состояния (выхода)
системы, осуществляемый путем воздействия на нее (управляющего воздействия).
Определение. Цель - рассматриваемая в аспекте функционирования системы, есть желаемое
состояние системы, достигаемое или поддерживаемое управляющими воздействиями
(управлениями).

9.

Система называется сложной с гносеологических (ПОЗНАНИЕ)
позиций, если ее познание требует совместного привлечения многих
моделей, многих теорий, а в некоторых случаях многих научных
дисциплин.
Система называется сложной с онтологических (БЫТИЕ,
СУЩЕСТВУЮЩЕЕ) позиций, если в реальной действительности
существенно проявляется один или несколько видов ее сложности:
а) структурная сложность;
б) сложность функционирования;
в) сложность выбора поведения в многоальтернативных ситуациях;
г) сложность развития;
д) сложность моделирования.

10.

Aспекты сложности
а) структурная сложность, определяемая числом их элементов, числом и
разнообразием связей между ними, количеством иерархических уровней и общим
числом подсистем, входящих в состав соответствующего комплекса (системы);
б) сложность функционирования (поведения), определяемая характеристиками
множества состояний, правилами перехода из состояния в состояние,
характеристиками воздействий среды на комплекс и обратного воздействия
комплекса на среду, степенью неопределенности перечисленных характеристик и
правил;
в) сложность выбора поведения в многоальтернативных ситуациях, который
определяется характеристиками целенаправленности соответствующего комплекса,
гибкостью его реакции на заранее неизвестные воздействия среды;
г) сложность развития, определяемая
эволюционных и скачкообразных процессов.
характеристиками
соответствующих

11.

Важной задачей подготовки специалистов различных уровней является развитие
у них системного междисциплинарного мышления, внедрение на этой основе
системных методов разработки и эксплуатации техники на практике.
Три принципиальные черты системного подхода:
1) Описание элементов объекта является важным, но далеко не определяющим этапом
в изучении его строения и, главное, функционирования.
2) При исследовании объекта как системы существенное внимание уделяется анализу и
изучению новых эмерджентных (от лат. emergo - возникать) свойств, возникающих
при объединении элементов в систему.
3) Исследование объекта как системы неотделимо от исследования его взаимодействия со
средой (иначе говоря, объект рассматривается как подсистема более сложной системы).

12.

Аспекты (стороны) изучения системы с позиции системного
подхода:
•Элементный - состав компонент системы и их характеристики;
•Структурный - способы связи и организации элементов системы;
•Функциональный - задачи, решаемые системой;
•Аспект функционирования – процессы, проходящие в системе;
•Коммуникативный - связи и взаимодействие системы со средой;
•Аспект развития – «история» становления системы;
•Целевой аспект – цели, стоящие перед системой;
•Управленческий аспект - управление в системе;
•Информационный аспект - информационный обмен в системе.

13.

Системный анализ разрабатывает методологию решения сложных прикладных проблем,
опираясь на принципы системного подхода и общей теории систем, развивая и
методологически обобщая концептуальный (идейный) и математический аппарат
кибернетики, исследования операций и теории принятия решений.
Определение. С и с т е м н ы й а н а л и з - это одно из основных направлений реализации
системного подхода, в рамках которого рассматривается исследовательские и
управленческие проблемы, связанные с обоснованием и принятием решений в
области экономики, политики, военного дела и техники.

14.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
Принцип многокритериальности. Предполагает рассмотрение и
изучение любого явления, процесса и объекта с позиций множественности
показателей качества и (или) эффективности решения множества частных
задач и достижении множества целей.
Принцип многоструктурности, предполагающий всестороннее рассмотрение и
изучение любого явления, процесса и объекта с позиций множественности его
структурных представлений (полиструктурности). Любая система может и должна
характеризоваться несколькими типами структур:
топологической,
технической,
организационной,
функциональной,
технологической.

15.

Динамика структур
Функция:
доставать,
смотреть
Структура в Ti
Человек
Функция:
читать, писать
Структура в Ti+1
Стол
Стул
Человек
Пол
Стул
Стол
Пол
Ti
Ti+1

16.

Принцип
многорежимности. Предполагает наличие в системе
множественности режимов (видов) функционирования, соответствующих
множественности решаемых задач и множественности показателей качества
их решения.
Принцип многомодельности. Предполагает всестороннее описание и
изучение любого явления, процесса и объекта с позиций полимодельности,
предполагающей использование целого арсенала моделей естественного
(материального) и искусственного (абстрактного) типа. При этом выбор типа и
сложности моделей должен быть адекватен уровню детализации и абстракции
рассмотрения изучаемой системы.
Главные признаки системного анализа:
1. глубокое сочетание формальных и неформальных методов исследования;
2. использование целевой концепции;
3. системное использование теории выбора и принятия решений.

17.

Основные элементы, характерные для системного
анализа:
1. Цели. Анализ начинается с формулировки так называемой глобальной цели.
Глобальная цель конкретизируется путем указания подчиненных ей главных целей.
2. Ограничения (ресурсы). Задачи системного анализа решаются в условиях
различного рода ограничений, накладываемых обстановкой, в которой должно быть
реализовано принимаемое решение.
3. Альтернативы (альтернативные курсы действий). В процессе системного анализа
должны быть выявлены (сконструированы) допустимые с учетом введенных
ограничений альтернативы и выделена из них наилучшая с известной точки зрения.
4. Критерии (предпочтения, показатели). Критерий – это правило, по которому
осуществляется выбор или сравнение альтернатив.
5. Модели. Исследование альтернатив и соответствующих им курсов действий
производится на моделях.
6. Рекомендации. Это заключительная часть системного анализа, содержащая
выводы из проведенного исследования и указания по практической реализации его
результатов.

18.

Вопрос 2. Классификация проблем по степени их структуризации.
Мотод построения дерева целей и задач
Классификации проблем:
1. Хорошо структурированные или количественно выраженные проблемы, которые
поддаются математической формализации и решаются с использованием формальных
методов;
2. Неструктуризованные или качественно выраженные проблемы, которые описываются
лишь на содержательном уровне и решаются с использованием неформальных процедур;
3. Слабо структуризованные (смешанные проблемы), которые содержат количественные и
качественные проблемы, причем качественные, малоизвестные и неопределенные стороны
проблем имеют тенденцию доминирования.

19.

Повышение степени формализации
Основные методы, используемые в системном анализе
Аналитические методы
Статистические методы
Теоретико-множественные методы
Методы математической логики
Лингвистические методы
Семиотические методы
Графические методы
Метод решающих матриц
Морфологический подход
Методы структуризации: «дерева
целей», «прогнозного графа» и др.
Методы «Дельфи»
Методы экспертных оценок
Методы «сценариев»
Методы мозгового штурма (атаки)
Формальные методы —
методы формализованного
представления систем
Эвристические методы —
методы, направленные на
активизацию использования
интуиции и опыта
специалистов
Метод написания сценария при исследовании сложных технических систем
Метод сценариев дает возможность оценить наиболее вероятный ход развития
событий и возможные последствия принимаемых решений.
Определение. Сценарий – это логико-эвристическая (вербальная, описательная) модель
проблемы, системы, относительно которых должны быть приняты те или иные решения.

20.

Метод построения дерева целей и задач. Квантификация дерева целей и задач.
МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ ДЕРЕВА ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ (ДЦЗ), позволяющий определить
иерархическую структуру системы целей и решаемых задач по их достижению.
Рассматриваемый метод широко используются при разработке крупномасштабных проектов и
программ.
Четкое определение системы целей и множества решаемых задач является
неотъемлемой составляющей процесса перехода от слабо структурированной проблемы к
хорошо структурированной.
При этом большое значение имеет определение приоритетности целей и задач
(квантификации ДЦЗ), поскольку опыт показывает, что при реальном управлении сложными
системами (особенно военно-техническими) нельзя неоправданно распылять имеющиеся, как
правило, ограниченные силы и ресурсы.
ДЦЗ представляет собой нисходящий древесный граф, в котором вершины
вышестоящего уровня по отношению к вершинам нижестоящего уровня рассматриваются как
цели, а вершины нижестоящего уровня по отношению к вершинам вышестоящего уровня
рассматриваются как задачи, которые необходимо решить для достижения этих целей.

21.

Впервые указанный метод был применен в 1963 году в рамках методики ПАТТЕРН (Planning
Assistance Through Technical Relevance Number, что переводится как Помощь планированию
посредством относительных показателей технической оценки), разработанной американской
фирмой “Хондуелл Инкорпорейтид”.

22.

Дерево целей и задач АСУ КАН
своевременное обеспечение потребителей необходимым объемом специальной информации,
обладающей требуемым уровнем достоверности и удовлетворяющей критериям полноты и оперативности
ГЛОБАЛЬНАЯ
ЦЕЛЬ
обеспечение максимальной
оперативности получения СпИ
ПОДЦЕЛИ
своевременная
передача и
обработка
СпИ в НСК
ЗАДАЧИ
обеспечение
работоспособности
средств НСК
обеспечение требуемого уровня
полноты СпИ
своевременная и
качественная закладка
в ОГ КАН программы
работ СБО
обеспечение необ
-ходимого
баллистического
построения ОГ
КА-ретрансляторов
обеспечение
качественного баллис
тического построения
ОГ КАН
обеспечение требуемого
уровня достоверности СпИ
обеспечение
исправности
бортовой
аппаратуры КАН
обеспечение
нахождения КАН
на требуемой
орбите
обеспечение требуе
-мого качества целе
-распределения и
наведения СБО
обеспечение своевременного и
качественного анализа ТМИ и баллистической информации о КАН
качественное проведение сеансов управления
обеспечение работоспособности средств НКУ
E
передача
СпИ в
НСК
J
F
K
обработка
СпИ в НСК
A
составление
программы
работ СБО
G
H
C
B
планирование
работы средств НКУ
выполнение
сеансов управления
I
ОПЕРАЦИИ
анализ
технического
состояния НСК
координация с ПУ КСС
баллистического построения
ОГ КА-ретрансляторов
анализ технического
состояния НКУ
планирование ТЦУ
ОГ КАН
D
перенацеливание и
стабилизация СБО,
сканирование целей
анализ
ТМИ и ИТНП ОГ КАН

23.

Методика расчета коэффициентов относительной важности вершин
дерева целей и задач управления
Методика квантификации ДЦЗ состоит из двух этапов:
Этап №1. Расчет локальных коэффициентов важности.
Рассмотрим отдельный локальный узел дерева целей и задач (рис.) Задачи х1,
х2, …, хn непосредственно влияют на достижение вышестоящей цели. Данные
задачи находятся на каком-то уровне ДЦЗ.

24.

Для каждого уровня формируется набор критерии, по которым осуществляется оценка задач уровня.
Для уровня технических проблем такими критериями могут быть: возможность создания новой техники в
требуемые сроки, материальные затраты, риск, оперативные преимущества и т.д.
Далее, используя методы экспертного оценивания, находят оценки задач х1, х2, …, хn по каждому
критерию, а также оценки важности критериев. Полученные результаты заносят в таблицу следующего
вида:
Оцениваемые задачи
Коэфф.
важности
критериев
Х1
Х2
Х3
……….
Хn
1
k1
p11
p12
p13
………..
p1n
2
k2
p21
p22
p23
………..
p2n
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
m
km
pm1
pm2
pm3
………..
pmn
Локальные
коэфф.
важности
p1лок
p2лок
p3лок
………..
pnлок
Критерии

25.

Этап №2. Расчет глобальных коэффициентов важности.
Для вершин (задач) уровня необходимо получить оценки влияния решения этих задач на
достижение глобальной цели. Такие оценки получили название приведенных оценок (или
результирующих глобальных коэффициентов важности).