Системный анализ

По курсу

Для практических занятий

Учебно-методическое пособие

Таганрог 2012

УДК 681.3×5(0765.8) + 681.3.06(075.8)

Норкин О.Р., Парфёнова С.С. Учебно-методическоепособие по дисциплине «Системный анализ». –Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. 72 с.

Табл.!!. Илл.!!. Библиогр.:!! назв.

Рецензент!!!!!., канд.техн.наук, доцент кафедры!!!!!!!!!!!! Технологического института Южного федерального университета.

© ТТИ ЮФУ, 2012

© О.Р. Норкин,

С.С. Парфёнова, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение….…………………………………………………………………………. ….. 4

1. Определения системного анализа

1.1. Системность - общее свойство материи

1.2. Понятие системного анализа

1.3. Понятие сложной системы. Автоматизированные системы управления

1.4. Основные понятия системного анализа

1.5. Классификация систем

1.6. Пример исследования системы

2. Метод, альтернативы, критерии, предположения, риски

3. Основы оценки сложных систем

3.1. Методы качественного оценивания систем

3.1.1. "Мозговая атака" или "коллективная генерация идей"

3.1.2. Методы типа сценариев

3.1.3. Методы экспертных оценок

3.1.4. Методы типа Дельфи

3.1.5. Методы типа дерева целей

3.1.6. Морфологические методы

3.1.7. Пример качественного оценивания системы

3.2. Методы количественного оценивания систем

3.2.1. Оценка сложных систем в условиях риска на основе функции полезности

3.2.2. Оценка сложных систем в условиях неопределённости

4. Количественные методы принятия решений (выбора альтернатив)

4.1. Метод SMART

4.2. Метод анализа иерархий

Заключение

Библиографический список... 55

ВВЕДЕНИЕ

Половина беспокойства в мире происходит от людей, пытающихся принимать решения без достаточного знания того, на чём основывается решение. Решение должно быть не любым, а оптимальным.

(А. Рапопорт, профессор)

Дисциплина, именуемая «системный анализ», родилась в силу возникшей необходимости вести исследования междисциплинарного характера. Создание сложных технических систем, проектирование сложных народнохозяйственных комплексов и управление ими, анализ экологических ситуаций и многие другие направления инженерной, научной и хозяйственной деятельности требовали организации исследований, которые носили бы нетрадиционный характер. Успешное развитие подобных междисциплинарных или, как иногда говорят, системных или комплексных исследований во многом обязано тем возможностям обработки информации, использованию математических методов, которые появились вместе с электронной вычислительной техникой.

Анализ каждой сложной системы — это уникальная проблема, требующая не только разносторонней культуры, но и изобретательства и таланта.

Сегодня системный анализ — это обширная синтетическая дисциплина, включающая в себя целый ряд разделов, носящих характер самостоятельных научных дисциплин [1].

Применение системного анализа определяется типом проблем, которые мы и рассмотрим.

Все проблемы в зависимости от глубины их познания подразделяются на три класса:

а) хорошо структуризированные или количественно сформулированные проблемы, в которых существенные зависимости выяснены настолько хорошо, что они могут быть выражены в числах и символах, получающих в конце концов численные оценки;

б) неструктуризированные или качественно выраженные проблемы, содержащие лишь описание важнейших ресурсов, признаков и характеристик, количественные зависимости между которыми совершенно неизвестны;

в) слабо структуризированные или смешанные проблемы, которые содержат как качественные, так и количественные элементы, причем качественные малоизвест­ные и неопределенные стороны проблемы имеют тенден­цию доминировать.

Для решения хорошо структуризованных проблем используетсяметодология исследования операций (ИО). Она состоит в применении математических моделей и методов (линейного, нелинейного, динамического программирования, теории массового обслуживания, тео­рии игр и т.д.) для отыскания оптимальной стратегии управления целенаправленными действиями. Основная проблема применения методов ИО состоит в том, чтобы правильно подобрать типовую или разработать новую математическую модель, собрать необходимые исходные данные и убедиться путем анализа исходных предпосылок и результатов математического расчета, что эта модель отражает существо решаемой задачи. Или адекватна проблемной ситуации.

В неструктуризованных проблемах традиционным является эвристический метод, который состоит в том, что опытный специалист собирает максимум различных сведений о решаемой проблеме, «вживается» в нее и на основе интуиции и суждений вносит предложения о целесообразных мероприятиях.

При таком подходе отсутствует какая-либо упорядоченная логическая процедура отыскания решения, и специалист, выдвигающий определенные предложения, не может сколько-нибудь четко изложить способ, на основе которого он от совокупности разрозненных исходных сведений пришел к окончательным рекомендациям. При решении проблемы такой специалист полагается на имеющийся собственный опыт, на опыт своих коллег, на интуицию, на профессиональную подготовленность, на изучение аналогичных проблем методом ситуаций, но не на четко сформулированную методику.

К слабо структуризованным проблемам, для решения которых предназначен системный анализ, относится большинство наиболее важных экономических, технических, политических и военно-стратегических задач крупного масштаба.

При осуществлении системного анализа в процессе структуризации проблемы некоторые ее элементы-подзадачи получают количественное выражение, и отношения между всеми элементами становятся все более определенными. Исходя из этого, в отличие от применения методов ИО, при использовании системного анализа совсем не обязательна первоначальная четкая и исчерпывающая постановка проблемы, эта четкость должна достигаться в процессе самого анализа и рассматривается как одна из его главных целей. Задачи методов ИО могут быть поставлены в количественной форме и решены на ЭВМ. В противовес этому стратегические проблемы, состоящие в выработке долгосрочной политики, в области производства, как правило, не могут быть сформулированы как задачи ИО.

Основными задачами системного анализа являются определение всего набора альтернатив решения проблемы и их сравнение с точки зрения затрат и эффективности при достижении определенной цели. Всякая сложная проблема включает множество различных факторов, которые не могут быть охвачены одной дисциплиной. Поэтому целесообразно создавать междисциплинарные группы специалистов, имеющих знания и квалификацию в различных областях.

Таким образом, мы нуждаемся в упрощении систем, операций, процедур принятия решений и пр. Но этой простоты не так-то легко достичь. Это труднейшая задача. Старое высказывание: «Я пишу вам длинное письмо, так как у меня нет времени сделать его коротким», может быть перефразировано: «Я делаю это сложным, так как не знаю, как это сделать простым». Системный анализ решает эту задачу!

1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

1.1. СИСТЕМНОСТЬ – ОБЩЕЕ СВОЙСТВО МАТЕРИИ

Системный анализ характеризуется главным образом не специфическим научным аппаратом, а упорядоченным логически обоснованным подходом к исследованию проблемы и использованию соответствующих методов их решения.

(Ю.И. Черняк, профессор)

Современный этап развития теории и практики характеризуется повышением уровня системности. Ученые, инженеры, представители различных профессий оперируют такими понятиями как системный или комплексный подход. Полезность и важность системного подхода вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепринятой. Такая ситуация явилась отражением объективных процессов развития представлений о материальном мире, сформировалась под воздействием объективных факторов.

«Свойство системности является всеобщим свойством материи. Современные научные данные и современные системные представления позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем» [2]. Причем части системы находятся в развитии, на разных стадиях развития, на разных уровнях системной иерархии и организации. Системность как всеобщее свойство материи проявляется через следующие составляющие: системность практической деятельности, системность познавательной деятельности и системность среды, окружающей человека.

Отметим очевидные и обязательные признаки системности:

- структурированность системы,

- взаимосвязанность составляющих ее частей,

- подчиненность организации всей системы определенной цели,

- алгоритмичность.

По отношению к человеческой деятельности эти признаки очевидны. Всякое осознанное действие преследует определенную цель. Во всяком действии достаточно просто увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом легко убедиться, что эти составные части должны выполняться не в произвольном порядке, а в определенной их последовательности. Это и есть та самая определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и яв­ляется признаком системности. Явная алгоритмизация любой практической деятельности является важным средством ее развития.

Системными являются также результаты практической деятельности. Следует отметить, что роль системных представлений в практике постоянно увеличивается, что растет сама системность человеческой деятельности. Данный тезис можно пояснить на примере проектирования технических объектов. Если раньше перед разработчиками новых образцов техники ставилась задача создания работоспособного объекта, то в настоящее время практика ставит задачу создания новых объектов с некоторыми оптимальными свойствами, т.е. к разрабатываемым образцам еще на этапе проектирования предъявляются требования оптимальности. Цели, которые ставятся перед разработчиками, таким образом, являются более глобальными, более сложными.

Далее отметим, что системным является само мышление. Успешное решение поставленной задачи зависит от того, насколько системно подходит специалист к ее анализу. Неудачи в решении тех или иных проблем связаны с отходом от системности, с игнорированием части существенных взаимосвязей компонентов системы. Разрешение возникшей проблемы осуществляется путем перехода на новый, более высокий уровень системности. В связи с этим можно отметить, что системность не столько состояние, сколько процесс.

Свойство системности присуще процессу познания. Системны знания, накопленные человечеством. В качестве особенности процесса познания отметим наличие аналитического и синтетического образов мышления. Анализ – это процесс, состоящий 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 как к индивидуальному мышлению, так и к общечеловеческому знанию.

Свойство системности присуще результатам познания. В технических науках это реализуется в построении адекватных моделей, являющихся отражением исследуемых объектов, моделей, описывающих динамическое поведение материальных объектов.

Системна также среда, окружающая человека. Свойство системности является естественным свойством природы. Как уже отмечалось, окружающий нас мир есть бесконечная система систем, иерархическая организация все более сложных объектов. Причем как в живой, так и неживой природе действуют свои законы организации, являющиеся объективными биологическими или физическими законами.

Системно человеческое общество в целом. Системность человеческого общества выражается опять же во взаимосвязи развития отдельных структур (национальных, государственных, религиозных образований) и в их взаимном влиянии друг на друга. Причем следует отметить, что уровень системности человеческого общества постоянно увеличивается. Системность необходимо, таким образом, рассматривать в историческом аспекте. В древнем мире племена жили отдаленно друг от друга, и уровень общения между ними был минимален, в современном обществе события, происходящие в одних государствах, находят отклик и имеют влияние в различных частях мира.

Системны взаимодействия человека со средой. В данном аспекте системность выражается в необходимости комплексного учета всех особенностей и возможных воздействий факторов внешней среды на ее состояние в последующие моменты. В случае недостаточной проработки данных вопросов, игнорирования ряда факторов, наблюдается возникновение проблемы в развитии природы, негативное воздействие на хозяйственную и культурную деятельность человека. Примеров тому можно привести множество. Скажем, строительство гидроэлектростанций в равнинной части континента привело к заболачиванию мест, к выводу земель из севооборота, к нарушению экологической ситуации в данном регионе, а в некоторых случаях привело к изменению климата. Применение различных химикатов ненадлежащего качества и в необоснованном количестве привело к непоправимым последствиям в развитии региона Аральского моря. Примеры такого плана можно продолжать и продолжать. Таким образом, можно сделать вывод, что игнорирование системности взаимодействия человека со средой приводит к возникновению проблемы в развитии среды обитания и соответственно во взаимодействии природы и общества.

1.2. ПОНЯТИЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Системный анализ как дисциплина сформировался в результате возникновения необходимости исследовать и проектировать сложные системы, управлять ими в условиях неполноты информации, ограниченности ресурсов и дефицита времени. Системный анализ является дальнейшим развитием целого ряда дисциплин, таких как исследование операций, теория оптимального управления, теория принятия решений, экспертный анализ, теория организации эксплуатации систем и т.д. Для успешного решения поставленных задач системный анализ использует всю совокупность формальных и неформальных процедур. Перечисленные теоретические дисциплины являются базой и методологической основой системного анализа. Таким образом, системный анализ – междисциплинарный курс, обобщающий методологию исследования сложных технических, природных и социальных систем [2]. Широкое распространение идей и методов системного анализа, а главное - успешное их применение на практике стало возможным только с внедрением и повсеместным использованием ЭВМ. Именно применение ЭВМ как инструмента решения сложных задач позволило перейти от построения теоретических моделей систем к широкому их практическому применению. Центральной проблемой системного анализа является проблема принятия решения. Применительно к задачам исследования, проектирования и управления сложными системами проблема принятия решения связана с выбором определенной альтернативы в условиях различного рода неопределенности. Неопределенность обусловлена многокритериальностью задач оптимизации, неопределенностью целей развития систем, неоднозначностью сценариев развития системы, недостаточностью априорной информации о системе, воздействием случайных факторов в ходе динамического развития системы и прочими условиями. Учитывая данные обстоятельства, системный анализ (СА) – это методология решения проблем, основанная на структуризации систем и количественном сравнении альтернатив.Дадим другое определение. Системный анализ – это методика улучшающего вмешательства в проблемную ситуацию с целью решения проблемы.

Решение проблемы определяется как деятельность, которая сохраняет или улучшает характеристики системы. Система есть средство, с помощью которого выполняется процесс решения проблемы.

Системный анализ является дисциплиной синтетической. В нем можно выделить три главных направления. Эти три направления соответствуют трем этапам, которые всегда присутствуют в исследованиях сложных систем:

1. постановка задачи исследования,

2. построение математической модели исследуемого объекта,

3. решение поставленной математической задачи.

1.3. ПОНЯТИЕ СЛОЖНОЙ СИСТЕМЫ.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Объектом изучения системного анализа являются сложные системы. Понятие системы стало широко использоваться в ХХ веке. В повседневной жизни термин система используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать объект как нечто целое, сложное, о чем невозможно сразу дать представление. Предполагается, что для характеристики системы необходимо рассмотреть различные аспекты ее функционирования, проанализировать различные ее свойства. Отметим сразу, что в литературе встречается большое количество определений сложной системы. Все они отражают те или иные важные стороны данного объекта. Приведем ряд определений и проанализируем их.

В «Философском словаре» система определяется как «совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих некоторое целостное единство». Ю.И. Дегтярев [3] определяет систему следующим образом: «Системой называется упорядоченная совокупность материальных объектов (элементов), объединенных какими-либо связями (механическими, информационными), предназначенных для достижения определенной цели и достигающих ее наилучшим (по возможности) образом». В данном определении выделяется три основных компоненты системы – элементы, связи и операции. Важной особенностью системы является то, что она создается или функционирует (если это естественная, а не искусственная система) для достижения определенной цели. То есть в результате динамического поведения системы решаются какие-то определенные задачи, которые в конечном итоге приводят к достижению глобальной цели функционирования или развития системы. Авторы монографии [2] определяют систему следующим образом: «система есть средство достижения цели» и «система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое». Естественно, что эти два определения необходимо рассматривать в совокупности, т. к. они дополняют друг друга и в каждом из них акцент делается на определенные свойства системы.

Наибольший вклад в формализацию представлений о сложных системах был сделан в связи с развитием автоматизированных систем управления. Автор работы [4] применительно к техническим системам понятие системы формулирует в виде следующих определений. Под автоматизированной системой (АС) понимается программно-аппаратный комплекс, выполненный на базе средств измерительной и вычислительной техники, предназначенный для решения задач управления на основе получения и использования моделей объекта управления. В данном определении констатируется, что автоматизированная система является искусственной системой, создаваемой человеком. Для таких систем конечное состояние или цель функционирования задается заранее, а их поведение направлено на достижение поставленной цели. Цельавтоматизированной системы состоит в решении выделенного набора задач автоматизации управления, как правило, поведением технического объекта.

Приведем еще одно определение системы. Автоматизированная система - это совокупность частей (технических средств, математических методов, коллектива исполнителей), образующая организационное комплексное единое целое и обеспечивающая решение требуемого набора задач автоматизации с заданной точностью в пределах ограничений во времени и стоимости. В данном определении уточняется состав элементов, из которых строится система. Автоматизированные системы делятся на АС управления технологическим процессом (АСУ ТП) и АС управления (АСУ). Примером первых являются АСУ прокатного стана, АСУ нефтеперерабатывающего комплекса и т.д. Примером АСУ являются АСУ предприятия, АСУ отрасли, ERP-системы.

Укажем на основные свойства системы, которые всесторонне характеризуют ее и присутствуют в различных формулировках определений.

Первая существенная особенность системы состоит в том, что система обладает новыми свойствами по сравнению с элементами, из которых она состоит. При этом система есть не просто механический набор элементов, а целенаправленное их соединение в виде определенных структур и взаимосвязей. Система есть организационное единство элементов. Нарушение взаимосвязей приведет к разрушению системы.

Вторая особенность систем состоит в том, что они обладают свойствами оптимальности. Системы проектируются с учетом критериев оптимальности и функционируют согласно построенным заранее оптимальным планам.

Следующая черта, которая отражается в определении системы, – это цель или назначение системы. Системы создаются для достижения какой-либо цели, для решения определенных задач. Не существует систем, не предназначенных ни для чего, не решающих никакие задачи. Любая система имеет свое предназначение.

Приведенные определения, тем не менее, не дают однозначного толкования, что считать системой, а что нет. Не устанавливают однозначных границ систем. И, действительно, система – понятие относительное. На одном уровне иерархии элемент системы сам является системой, на другом уровне система есть элемент более крупной системы. Поэтому определения системы должны дополняться классификациями и уточнениями.

1.4. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Представление о системе связывается с определенными понятиями: Рассмотрим их.

Под элементом понимают неделимую часть системы или некоторый объект, обладающий рядом важных свойств, внутренняя структура которого не рассматривается. Систему можно разделить на элементы различными способами, в зависимости от формулировки задачи или цели. Элементом системы может быть не только реальный объект, но и ряд его свойств, поэтому один и тот же объект можно отнести по различным свойствам.

Любую систему можно декомпозировать на конечное число частей, называемых подсистемами, каждую из которых в свою очередь можно разделить на еще более мелкие подсистемы, вплоть до получения неделимых подсистем, называемых элементами системы. Отличие подсистемы от простой группы элементов состоит в том, что для подсистемы формулируются подцели её функционирования.

Если же части системы не обладают свойством целостности и способностью выполнять независимые функции, а представляют собой совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Под структурой системы понимается устойчивый порядок внутренних пространственных связей между ее элементами, определяющий функциональное отношение между элементами, функциональное назначение системы и ее воздействие с внешней средой.

Под целостностью системы понимается принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов. Или другими словами свойства системы принципиально отличаются от свойств элементов, входящих в неё. Целостность системы также называют эмерджентностью системы (от английского слова emerge – возникать, появляться).

Система должна взаимодействовать со средой.

Среда – совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а так же объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы. В процессе использования граница между системой и средой может деформироваться.

Вид отношений между элементами, который проявляется как некоторый обмен взаимодействиями, называется связью. Это понятие характеризует и строение (статику) и функционирование (динамику) системы. Связь определяют, как ограничение степени свободы элементов. Связь характеризуется направлением, силой и характером. По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные. По второму признаку различают сильные и слабые связи. По характеру выделяют связи подчинения, равноправные, генетические, связи управления. Различают также связи по направленности процессов – прямые и обратные. Обратные связи могут быть положительными, сохраняющими тенденции происходящих в системе изменений того или иного параметра, и отрицательными – противодействующими тенденциям изменения выходного параметра. Обратная связь является основой приспособления систем к изменяющимся условиям существования, основой саморегулирования и развития систем. Как правило, выделяются внутренние и внешние связи. Внешняя связь – связь системы со средой.

Следующее важное понятие – цель системы – лежит в основе развития систем. Цели системы – желательные состояния или результаты поведения системы.Или второе определение.

Цель – ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенный промежуток времени. Цель можно также определить следующим образом: «цель – это субъективный образ (абстрактная модель) не существующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему».

Цели нижних уровней получаются из верхних методом декомпозиции. Цели могут уточняться и изменяться на различных этапах проектирования.

1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ

Подходы к классификации системы могут быть самыми разными:

– по виду отображаемого объекта – технические, биологические, социальные и т.п.;

– по характеру поведения – детерминированные, вероятностные, игровые;

– по типу целеустремленности – открытые и закрытые;

– по сложности структуры и поведения – простые и сложные;

– по степени организованности – хорошо организованные, плохо организованные и самоорганизующиеся;

– по происхождению – искусственные, естественные;

– по типу операторов – чёрный ящик, белый ящик.

Рассмотрим некоторые из представленных видов классификации. Детерминированной называется система, состояние которой в будущем однозначно определяется ее состоянием в настоящий момент времени и законами, описывающими переходы элементов и системы из одних состояний в другие. Составные части в детерминированной системе взаимодействуют точно известным образом. Примером детерминированной системы может служить механический арифмометр. Установка соответствующих чисел на валике и задание порядка вычисления однозначно определяют результат работы устройства. То же самое можно сказать о калькуляторе, если считать его абсолютно надежным.

Вероятностные или стохастические системы – это системы, поведение которых описывается законами теории вероятностей. Для вероятностной системы знание текущего состояния и особенностей взаимной связи элементов недостаточно для предсказания будущего поведения системы со всей определенностью. Для такой системы имеется ряд направлений возможных переходов из одних состояний в другие, т.е. имеется группа сценариев преобразования состояний системы, и каждому сценарию поставлена в соответствие своя вероятность. Примером стохастической системы может служить мастерская по ремонту электронной и радиотехники. Срок выполнения заказа по ремонту конкретного изделия зависит от количества аппаратуры, поступившей в ремонт до поступления рассматриваемого изделия, от характера повреждений каждого из находящихся в очереди объектов, от количества и квалификации обслуживающего персонала и т.п.

Игровой является система, осуществляющая разумный выбор своего поведения в будущем. В основе выбора лежат оценки ситуаций и предполагаемых способов действий, выбираемых на основе заранее сформированных критериев, а также с учетом соображений неформального характера. Руководствоваться этими соображениями может только человек. Примером игровой системы может служить организация, выполняющая некоторые работы и выступающая в качестве исполнителя. Исполнитель вступает в отношения с заказчиком. Интересы исполнителя и заказчика противоположные. Исполнитель старается продать свою работу как можно выгоднее. Заказчик, наоборот, пытается сбить цену и соблюсти свои интересы. В данном торге между ними проявляется игровая ситуация.

Классификация по данному признаку условна, как и многое другое, касающееся характеристик сложных систем. Она допускает разные толкования принадлежности той или иной системы к сформированным классам. Так в детерминированной системе можно найти элементы стохастичности. С другой стороны, детерминированную систему можно считать частным случаем стохастической системы, если положить вероятности переходов из состояния в состояние соответственно равными нулю (перехода нет) и единице (переход имеет место). Точно также стохастическую систему можно рассматривать как частный случай игровой, когда идет игра с природой.

Следующий признак классификации: открытые и закрытые системы. По данному признаку классификации системы характеризуются различной степенью взаимодействия с внешней средой. Открытые системы обладают особенностью обмениваться с внешней средой массой, энергией, информацией. Замкнутые (или закрытые) системы изолированы от внешней среды. Предполагается, что разница между открытыми и замкнутыми системами определяется с точностью до принятой чувствительности модели.

По степени сложности системы подразделяются на простые, сложные и очень сложные. Простые системы характеризуются небольшим количеством возможных состояний, их поведение легко описывается в рамках той или иной математической модели. Сложные системы отличаются разнообразием внутренних связей, но допускают их описание. Причем набор методов, привлекаемых для описания сложных систем, как правило, многообразен, т.е. для построения математической модели сложной системы применяются различные подходы и разные разделы математики. Очень сложные системы характеризуются большой разветвленностью связей и своеобразностью отношений между элементами. Многообразие связей и отношений таково, что нет возможности все их выявить и проанализировать. Простыми системами можно считать лентопротяжные механизмы, механические передачи, системы слежения за целью и т.д. Сложными системами являются электронно-вычислительная машина, система управления и защиты энергоблока, система электроснабжения промышленного объекта и пр. Очень сложными являются социотехнические системы, такие как автоматизированные системы управления крупным предприятием, экспертные системы с функциями поддержки и принятия управленческих решений.

Классификация по признаку организованности систем впервые была предложена В.В. Налимовым [5]. Под хорошо организованной системой понимается система, у которой определены все элементы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты, определены связи между всеми компонентами и целями системы, ради достижения которых создается или функционирует система. При этом подразумевается, что все элементы системы с их взаимосвязями между собой, а также с целями системы можно отобразить в виде аналитических зависимостей. При формулировании задачи принятия решения для хорошо организованной системы проблемная ситуация описывается в виде математического выражения, критерия эффективности, критерия функционирования системы, который может быть представлен сложным уравнением, системой уравнений, сложными математическими моделями, включающими в себя и уравнения и неравенства и т.п. Важно, что решение задачи при представлении ее в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами с использованием моделей формализованного представления системы. Примером хорошо организованной системы может служить сложное электронное устройство. Описание его работы производят с помощью системы уравнений, учитывающих условия функционирования, в том числе наличие шумов, нестабильность электропитания и т.д.

При представлении объекта в виде плохо организованной системы не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между собой, а также с целями системы. Для плохо организованной системы формируется набор макропараметров и функциональных закономерностей, которые будут ее характеризовать. Определение этих параметров и восстановление функциональных зависимостей осуществляется на основании некоторой выборочной информации, характеризующей исследуемый объект или процесс. Далее полученные оценки характеристик распространяют на поведение системы в целом. При этом предполагается, что полученный результат обладает ограниченной достоверностью и его можно использовать с некоторыми оговорками. Так, например, если результат получен на основании статистических наблюдений за функционированием системы на ограниченном интервале времени, т.е. на основании выборочных наблюдений, то его можно использовать с некоторой доверительной вероятностью. Примером применения подхода к отображению объектов в виде плохо организованной системы можно считать оценивание характеристик надежности системы с множеством компонентов. В данном случае характеристики надежности группы однотипных элементов определяются на основании выборочной информации, полученной в результате наблюдений за их работой на ограниченном отрезке времени при определенных уровнях воздействующих факторов. Затем полученные оценки распространяются на весь период эксплуатации объекта. Данные оценки используются при проведении расчетов характеристик надежности всей системы.

Самоорганизующиеся системы – это системы, обладающие свойством адаптации к изменению условий внешней среды, способные изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности, системы, способные формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучшие. Эти особенности обусловлены наличием в структуре системы активных элементов, которые, с одной стороны, обеспечивают возможность адаптации, приспособления системы к новым условиям существования, с другой стороны, вносят элемент неопределенности в поведение системы, чем затрудняют проведение анализа системы, построение ее модели, формальное ее описание и, в конечном счете, затрудняют управление такими системами. Примерами самоорганизующихся систем могут служить биологические системы, предприятия и их система управления, городские структуры управления и т.д.

По происхождению сложные системы допустимо делить на искусственные и естественные (природные). Искусственные системы, как правило, отличаются от природных наличием определенных целей функционирования (назначением) и наличием управления.

Классификация по типу операторов системы предусматривает классификацию по типам связей между входными и выходными переменными. Критерием в данной классификации является известность внутренних операторов системы. В чёрном ящике ничего не известно про внутренние операторы системы. Если параметры по связям входных и выходных переменных заданы точно, то всякая неопределённость исчезает и мы имеем системы с полностью определёнными внутренними операторами, то такая ситуация называется белый ящик.

1.6. Пример исследования системы

Постановка задачи. Задан объект для исследований – кровеносная система человека. Необходимо доказать, что объект представляет собой систему, т.е. определить, существуют ли признаки системности для объекта. Определить цель (цели) системы, выделить её элементы, связи (отношения) между ними, представить структурную схему системы, состоящую из элементов (подсистем), классифицировать систему по классификационным критериям. Описать систему, определить внешнюю среду и провести грань между объектом и внешней средой (надсистемой), показав их взаимодействие, результат функционирования системы (выходной продукт системы).

Процесс функционирования системы отобразить структурной схемой. Попытайтесь общую цель системы представить в виде последовательностей подцелей.

Дата добавления: 2014-12-27