3. Раскройте методологические особенности системных исследований.
4. Назовите различие «мягкой» системной методологии и «жесткой» системной методологии.
5. Перечислите стадии процесса «мягкой» системной методологии.
6. Опишите элементы «основного определения» системы согласно П. Чекленду.
7. Раскройте специфику системного исследования.
Тема№2 Системный подход
Системный подход представляет собой совокупность методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции объектов и процессов в целом, представив их в качестве систем со сложными межэлементными взаимосвязями, взаимовлиянием самой системы на ее структурные элементы.
Системный подхода заключается в рассмотрении элементов системы как взаимосвязанных и взаимодействующих для достижения глобальной цели функционирования системы. Особенностью системного подхода является оптимизация функционирования не отдельных элементов, а всей системы в целом.
Основные преимущества системного подхода:
· Высвечивается то общее в различных объектах и процессах, что затеняется различными деталями и трудно обнаруживается, пока не отброшены частности.
· Методы принятия решений переносятся из одних функциональных областей в другие;
· Не допускается переоценка возможностей отдельных методов при принятии решений, например, только математического моделирования в ущерб экспертным оценкам. Другими словами, исключается «снятие» всех проблем с использованием одного инструмента;
· Осуществляется синтез знаний из различных наук;
· В проекты вводится информационное описание системы(виды, объемы, назначение и пути прохождении информации) и разрабатывается процесс сбора и обработки данных и информации;
· Возникает объективная основа для выбора необходимых направлений дальнейшего развития исследований в области, к которой относится проектируемая система.
Принципы системного подхода:
Единства – совместное рассмотрение системы как единого целого и как совокупность частей;
Развития – учет изменяемости системы, ее способности к развитию, накапливанию информации с учетом динамики среды;
Глобальной цели – ответственность за выбор глобальной цели, оптимум подсистем не является оптимумом всей системы;
Функциональности – совместное рассмотрение структуры системы и функций с приоритетом функций над структурой;
Сочетания децентрализации и централизации;
Иерархии – учет соподчинения и ранжирования частей;
Неопределенности – учет вероятностного наступления событий;
Организованности - степень выполнения решений и выводов.
Этапы системного подхода:
1. Выделение объекта исследования из общей совокупности процессов, очертание контура и границ системы, ее элементов, связей со средой; установление цели исследования, выяснение структуры и функций системы; выделение главных свойств элементов и системы в целом, установление их соответствий;
2. Определение основных критериев эффективного функционирования системы, а также основных ограничений и условий функционирования;
3. Определение вариантов структур и элементов, учет основных факторов, влияющих на систему;
4. Составление модели системы;
5. Оптимизация функционирования системы по достижению цели;
6. Определение оптимальной схемы управления системой;
7. Установление надежной обратной связи по результатам функционирования, определение работоспособности и надежности функционирования систем.
Методология системного подхода опирается на доминирующую роль целого по отношению к составным частям элементов. В системном подходе мысль движется от целого к составным частям, от системы к элементам, от сложного к простому явлению, и целое определяет характер и специфику элементов и частей, входящих в состав данного целого.
Современное развитие системного подхода идет в трех направлениях:
· системология как теория систем;
· системотехника как практика;
· системный анализ как методология.
Системология понимается как наука:
· о методах системного исследования окружающего нас мира (объектов, процессов, явлений);
· о системах различной природы и различного назначения, изучаемых с позиции целостного (интегрированного) восприятия происходящих процессов;
· о выявлении присущих системам общих и частных закономерностей и использовании их для анализа и познания существующих систем и для создания более совершенных систем, обеспечивающих более эффективное достижение поставленных целей.
Системотехника - научное планирование, проектирование, оценка и конструирование систем человек – машина.
Системотехника вызвана к жизни появлением больших технических систем, которые могут иметь огромное количество разнообразных составляющих, часто разбросанных по обширной территории и объединенных в одно целое средствами автоматизированного управления, что требует высокой скорости переработки информации.
Цель создания системотехники - "сократить разрывы во времени между научными открытиями и их приложением и между возникновением человеческих потребностей и производством новых систем, призванных удовлетворить эти потребности".
Методологией системотехники является методология системного подхода - методология планирования, разработки и создания систем как единого целого.
Создателем системы является системотехник - специалист широкого профиля, способный объединить специалистов разных специальностей, связать множество решений частных задач в единое, подчинив общей цели.
Системный анализ является родственным к системотехнике направлением, но обычно понимается более широко, охватывая нетехнические вопросы проектирования, организации и управления.
Объектами его исследования являются большие и сложные системы, которые являются одновременно открытыми (взаимодействующими с внешней средой) и в состав которых входит человеческий фактор.
Основу методологии системного анализа так же составляет системный подход, для которого определяющим является представление о целостности исследуемых, проектируемых и синтезируемых объектов. Методологически системный анализ направлен на исследование причин сложности систем и их устранения.
1. Что представляет собой системный подход?
2. Как в системном подходе рассматриваются элементы системы?
3. Перечислите преимущества системного подхода.
4. Раскройте основные принципы системного подхода.
5. Перечислите и опишите этапы системного подхода.
6. Что рассматривает наука «системология»?
7. Назовите цель создания системотехники.
8. Какие задачи решает специалист системотехник?
9. Что является объектом системного анализа?
Тема№3 Теория систем. Система. Классификация систем
3.1 Теория систем как междисциплинарная наука
По мере развития системных исследований становилось все более очевидным, что речь идет не об утверждении какой-то единственной концепции, претендующей на общенаучное значение, а о новом направлении исследовательской деятельности, о выработке новой системы принципов научного мышления, о формировании нового подхода к объектам исследования.
Общая теория систем в ее нынешнем состоянии рассматриватся, как совокупность различных моделей и способов описания систем разного рода. Среди них выделяются, прежде всего, качественные системные концепции. Их общая сторона состоит в выделении и фиксации самой "системной действительности" в ее первоначальном расчленении. Строить на этой основе концепции можно различными путями:
· выявлением изоморфизмов (сходных по форме) законов в разных научных областях и построении на этой основе обобщенных научных моделей;
· разбиением изучаемой научной действительности на ряд связанных друг с другом (по горизонтали или вертикали) системных сфер, которые иногда называют структурными уровнями.
Более перспективными на нынешнем уровне развития представляются попытки построения теоретических моделей отдельных типов системных объектов. Весомый вклад в решении этой задачи внесли: Л. фон Берталанфи - модель открытой системы; У. Росс Эшби - методы и принципиальные возможности исследования, основанные на подходе к объекту как черному ящику; Р. Акофф - модели организации; И. Клир - способы кибернетического исследования систем; модели многоуровневых многоцелевых систем - М. Месарович.
Каждая такая проблема требует для своего решения соответствующих методов - не только содержательных, но и формальных. К содержательным концепциям ОТС примыкают формальные варианты этой теории. В этом проявляется наибольшее многообразие подходов и позиций: М. Месарович (США) стремится построить математическое основание ОТС; М. Тод и Э. Шуфорд - теоретико-вероятностный анализ структуры систем; У. Росс Эшби - теоретико-множественную концепцию гомеостазиса (совокупность сложных приспособлений, направленных на поддержание равновесия).
В результате определился ряд перспективных направлений, которые решают основные задачи теории систем.
Кибернетика, базирующаяся на принципе обратной связи и вскрывающая механизмы целенаправленного и самоконтролируемого поведения;
Теория информации, вводящая понятие информации как некоторого количества и развивающая принципы передачи информации;
Теория игр, анализирующая в рамках особого математического аппарата рациональную конкуренцию двух или более противодействующих сил с целью достижения максимального выигрыша и минимального проигрыша;
Теория решений, анализирующая аналогично теории игр рациональные выборы внутри человеческих организаций, на основе рассмотрения данной ситуации и ее возможных исходов;
Топология, или реляционная математика, включающая не метрические области, такие, как теория сетей и теория графов;
Факторный анализ, т.е. процедуры изоляции посредством использования математического анализа факторов в много переменных явлениях в различных областях знания;
Общая теория систем в узком смысле, пытающаяся вывести из общего определения понятия "система" - комплекса взаимодействующих компонентов - ряд понятий, характерных для организованных объектов: взаимодействие, сумма, централизация, конкуренция и другие.
Поскольку теория систем в широком смысле является по своему характеру фундаментальной междисциплинарной наукой, она имеет прикладную сферу, включающую ряд областей:
· системотехнику (Systems Engineering), т.е. научное планирование, проектирование, оценку и конструирование систем человек - машина;
· исследование операций(Operations research), т.е. научное управление существующими системами людей, машин материалов, финансов и т.д.;
· инженерную психологию(Human Engineering), т.е. анализ приспособления систем, и, прежде всего, машинных систем, для достижения максимума эффективности при минимуме денежных и иных затрат.
Перечисленные теории имеют определенные общие черты:
1. Они сходны в том, что необходимо как-то решать проблемы, характерные для многих наук.
2. Эти теории вводят новые понятия и модели, например, обобщенное понятие системы, понятие информации (сравнимой по значению с понятием энергии в физике).
3. Эти теории, как указывалось выше, имеют дело преимущественно со многими переменным.
4. Вводимые этими теориями модели являются междисциплинарными по своему характеру и далеко выходят за пределы сложившихся областей научного знания.
5. Вводятся такие понятия, как целостность, организация, направленность движения или функционирования, за которыми в механистической науке закрепилось представление как о ненаучных или метафизических.
Одной из наиболее веских причин разработки общей теории систем является проблема связи между различными научными дисциплинами. Хотя и существует аналогия между основными методами исследований, каждый из которых является научным методом, результаты исследований в одной области не так часто пересекают границы данной научной дисциплины. Понятия и гипотезы, разработанные в одной научной области, редко применяются в других областях, где они могли бы, возможно, привести к значительным достижениям.
Одним из возможных подходов к созданию общей теории систем может служить отбор явлений, касающихся одновременно различных дисциплин, и построение отражающих эти явления общих моделей. Другой подход заключается в построении главной иерархии уровней сложности для основных типов систем в различных реальных областях. Это связано с определением уровня абстрагирования при представлении каждого уровня иерархии.
Подход, основанный на иерархии уровней, приводит к понятию "системы систем", применяемому в большинстве предпринимательских и других организаций. Уровни подхода следующие:
1. Уровень статической структуры. Он мог бы называться уровнем "основ". Описание этой структуры служит началом систематизированных теоретических знаний почти в любой области науки, так как невозможно создать точную функциональную или динамическую теорию, не имея достоверного описания статических взаимоотношений.
2. Уровень иерархии систем. Это уровень простой динамической системы с предопределенными, обязательными изменениями. Он может быть назван уровнем "часового механизма". Большая часть теоретических положений в физике, химии, и даже в экономике, относится к этой категории.
Центральным понятием системного анализа является понятие "система". Система это совокупность элементов (подсистем). При определенных условиях элементы сами могут рассматриваться как системы, а исследуемая система - как элемент более сложной системы.
Связи между элементами в системе превосходят по силе связи этих элементов с элементами, не входящими в систему. Это свойство позволяет выделить систему из среды.
Для любой системы характерно существование интегративных качеств (свойство эмерджентности), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному ее элементу в отдельности: систему нельзя сводить к простой совокупности элементов.
Система всегда имеет цели, для которых она функционирует и существует.
Т.е. система это совокупность (множество) отдельных объектов с неизбежными связями между ними. Если мы обнаруживаем хотя бы два таких объекта: учитель и ученик в процессе обучения, продавец и покупатель в торговле, телевизор и передающая станция в телевидении и т. д. - то это уже система
Наблюдатель - лицо, представляющее объект или процесс в виде системы. Следует отметить, что на разных этапах представления объектов в виде систем можно пользоваться разными определениями, учитывая конкретные особенности проблемы, ради решения которой создается система.
Объект (элемент). Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. В общем виде имеется неограниченное множество таких частей, способ выделения которых зависит от формулировки целей анализа и построения системы. Если в качестве элемента системы приняты понятия, связанные между собой определенными отношениями, то имеем дело с символическими (абстрактными) системами. Примером таких систем служат языки, системы исчисления, алгоритмы. Резальные (вещественные, физические) системы включают в себя по меньшей мере два физических объекта. Создание реальной системы означает, что она синтезируется из некоторых компонентов в следующем порядке: замысел системы, анализ и выделение компонентов, конструирование, компоненты, объединение компонентов в единое целое.
Подсистемы. Система может быть расчленена на элементы не сразу, а путем последовательного разделения на подсистемы. Подсистемы сами являются системами и к ним, следовательно, относится все, что сказано о системе, в том числе и о ее целостности. Этим подсистема отличается от простой совокупности элементов, не объединенных целью и свойством целостности.
Структуры. Система может быть представлена простым перечислением элементов, либо заданием свойства принадлежности к некоторому множеству, либо последовательным расчленением на подсистемы, компоненты, элементы с взаимосвязями между ними, В последнем случае вводится понятие "структура", которое отражает наиболее существенные взаимосвязи между элементами и их группами. Данные взаимосвязи обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структурные свойства обладают относительной независимостью от элементов и могут выступать как инвариант при переходе от одной системы к другой, перенося закономерности, выявленные в одной из них, на другую (даже если эти системы имеют разную физическую природу). Структура может быть представлена графическим отображением, теоретико-множественным отношением, в виде матриц. Вид представления системы зависит от цели отображения.
Функция. Это деятельность, работа, внешнее проявление свойств какого-либо объекта в данной системе отношений. Функции классифицируются по различным признакам в зависимости от целей исследования.
Свойства. Это качества параметров объектов, т.е. внешние проявления того способа, с помощью которого получают знания об объекте. Свойства дают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определенную размерность. При этом они могут изменяться в результате функционирования системы.
Связь. Это понятие входит в любое определение, системы и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы, характеризует как ее строение, так и функционирование. Связи характеризуются направлением (направленные - ненаправленные; прямые и обратные), силой (слабые - сильные), характером (связи подчинения, порождения, равноправия, управления). Предполагается, что связи существуют между всеми системными элементами и подсистемами.
Состояние. Мгновенная характеристика (остановка в развитии) системы, которая обеспечивает определение знания свойств системы в конкретный момент времени. Состояние определяется либо через входные воздействия и выходные результаты, либо через общесистемные свойства.
Поведение. Изменение состояния системы, исходом которого является некоторый результат, называют поведением системы. В основном термин "поведение" относят к человеко-машинным или организационным системам. Для технических систем обычно говорят о процессах в системе.
Равновесие. Данное понятие определяется как способность системы в отсутствии внешних возмущений сохранять свое состояние неопределенно длительное время.
Устойчивость.Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после воздействия внешних возмущений. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называется устойчивым состоянием равновесия. Для технических систем понятие устойчивости может быть определено строго. Для человеко-машинных и организационных систем это понятие в значительной степени определяется качественно.
Развитие. Под развитием будем понимать последовательное изменение состояний системы от некоторого зафиксированного момента времени. Характер этих изменений определяется процессами, идущими в системе, взаимодействием с окружающей средой. Изменения могут быть монотонными, скачкообразными, с повторением уже пройденных состояний (циклическое развитие).
Цель. Это одно из ключевых понятий системного анализа, лежащее в основе развития системы и обеспечивающее ее целенаправленность (целесообразность). Цель можно определить как желаемый результат деятельности, достижимый в пределах некоторого интервала - времени Цель становится задачей, стоящей перед системой, если указан срок ее достижения я конкретизированы количественные характеристики желаемого результата. Цель достигается в результате решения задачи или ряда задач, если исходная цель может быть подвергнута разделению на некоторую совокупность более простых (частных) подзадач. Цель - это идеальный результат деятельности в будущем определяет то, ради чего создают систему.
Системы имеют также определенные закономерности:
Целостность и обособленность. Если каждая часть так соотносится с каждой другой частью, что изменения в некоторой части вызывают изменения во всех других частях и в системе целом, то говорят, что система ведет себя как целостность или как некоторое связанное образование. Если же этого не происходит, то такое поведение называется обособленным. Если в процессе развития изменения в системе приводят к постепенному переходу от целостности к обособленности, то система подвержена прогрессирующей изоляции.
Коммуникативность. Большинство систем существуют не в изоляции, а связаны множеством коммуникаций (отсюда - коммуникативность) с внешней средой.
Иерархичность. Под иерархией понимается последовательная декомпозиция исходной системы на ряд уровней с установлением отношения подчиненности нижележащих уровней вышележащим.