Основные принципы системного подхода

1. Принцип многоплановости. Любой объект рассматривается в нескольких аспектах.

2.Каждый объект характеризуется совокупностью свойств, объединенных в кластеры.

3. Принцип иерархичности – структура системы имеет вид иерархии.

4. Принцип разнопорядковости свойств (свойства могут зависеть от уровня иерархии, либо могут быть сквозными).

5. Принцип динамичности – любой объект рассматривается в развитии на всех этапах жизненного цикла.

Необходимые атрибуты системного анализа как научного знания:

• наличие предметной сферы – системы и системные процедуры;
• выявление, систематизация, описание общих свойств и атрибутов систем;
• выявление и описание закономерностей и инвариантов в этих системах;
• актуализация закономерностей для изучения систем, их поведения и связей с окружающей средой;
• накопление, хранение, актуализация знаний о системах (коммуникативная функция).

Системный анализ базируется на ряде общих принципов, среди которых:

• принцип дедуктивной последовательности – последовательного рассмотрения системы по этапам: от окружения и связей с целым до связей частей целого (см. этапы системного анализа подробнее ниже);
• принцип интегрированного рассмотрения – каждая система должна быть неразъемна как целое даже при рассмотрении лишь отдельных подсистем системы;
• принцип согласования ресурсов и целей рассмотрения, актуализации системы;
• принцип бесконфликтности – отсутствия конфликтов между частями целого, приводящих к конфликту целей целого и части.

Дадим вначале интуитивное определение системы и подсистемы.

Система - объект или процесс, в котором элементы-участники связаны некоторыми связями и отношениями.

Подсистема - часть системы с некоторыми связями и отношениями.

Любая система состоит из подсистем, подсистема любой системы может быть сама рассмотрена как система. Границы рассматриваемой системы определяются доступными ресурсами и окружением.

Пример. Наука - система, обеспечивающая получение, проверку, фиксацию (хранение), актуализацию знаний общества. Наука имеет подсистемы: математика, информатика, физика, экономика и др. Любое знание существует лишь в форме систем (систематизированное знание). Теория - наиболее развитая система их организации, позволяющая не только описывать, но и объяснять, прогнозировать события, процессы.

Определим основные понятия системного анализа, необходимые далее.

Состояние системы - фиксация совокупности доступных системе ресурсов (материальных, энергетических, информационных, пространственных, временных, людских, организационных), определяющих ее отношение к ожидаемому результату или его образу. Это "фотография" механизма преобразования входных данных системы в выходные данные.

Цель - образ несуществующего, но желаемого, с точки зрения задачи или рассматриваемой проблемы, состояния среды, т.е. такого состояния, которое позволяет решать проблему при данных ресурсах. Это описание, представление некоторого наиболее предпочтительного (с точки зрения поставленной цели и доступных ресурсов) состояния системы.

Пример. Основные социально-экономические цели общества: экономический рост; полная трудовая занятость населения; экономическая эффективность производства; стабильный уровень цен; экономическая свобода производителей и потребителей; справедливое распределение ресурсов и благ; социально-экономическая обеспеченность и защищенность; торговый баланс на рынке; справедливая налоговая политика.

Задача - некоторое множество исходных посылок (входных данных к задаче), описание цели, определенной над множеством этих данных, и, может быть, описание возможных стратегий достижения этой цели или возможных промежуточных состояний исследуемого объекта. Решить задачу означает определить четко ресурсы и пути достижения указанной цели при исходных посылках. Решение задачи - описание, представление состояния задачи, при котором достигается указанная цель; решением задачи называют и сам процесс нахождения этого состояния.

Проблема - описание, хотя бы содержательное, ситуации, в которой определены: цель, достигаемые (достижимые, желательные) результаты и, возможно, ресурсы и стратегия достижения цели (решения). Проблема проявляется поведением системы.

Описание (спецификация) системы - это идентификация ее определяющих элементов и подсистем, их взаимосвязей, целей, функций и ресурсов, т.е. описание допустимых состояний системы.

Если входные посылки, цель, условие задачи, решение или, возможно, даже само понятие решения плохо (частично) описываемы, формализуемы, то эти задачи называются плохо формализуемыми. Поэтому при решении таких задач приходится рассматривать целый комплекс формализованных задач, с помощью которых можно исследовать эту плохо формализованную задачу. Сложность их исследования заключается в необходимости учета различных, а часто и противоречивых критериев определения, оценки решения задачи. Плохо формализуемые и плохо структурируемые проблемы (системы) наиболее часто возникают на стыке различных наук, при исследовании синергетических процессов и систем.

Пример. Плохо формализуемыми будут, например, задачи восстановления "размытых" текстов, изображений, составления учебного расписания в любом большом вузе, составления "формулы измерения интеллекта", описания функционирования мозга, социума, перевода текстов с одного языка на другой с помощью ЭВМ и др.

Субстрат системы – совокупность элементов, из которых состоит система.

Структура – все то, что вносит порядок во множество объектов, т.е. совокупность связей и отношений между частями целого, необходимых для достижения цели.

Пример. Примеры структур: извилины мозга, факультет, государственное устройство, кристаллическая решетка вещества, микросхема. Кристаллическая решетка алмаза - структура неживой природы; пчелиные соты и полосы зебры - структуры живой природы; озеро - структура экологической природы; партия (общественная, политическая) - структура социальной природы, и т.д.

"Система" в переводе с греческого означает "целое, составленное из частей". Это одна из абстракций системного анализа, которую можно конкретизировать, выразить в конкретных формах.

Можно теперь дать и следующее, более полное определение системы.

Система - это средство достижения цели или все то, что необходимо для достижения цели (элементы, отношения, структура, работа, ресурсы) в некотором заданном множестве объектов (операционной среде).

Основные признаки (свойства) системы:

• целостность, связность или относительная независимость от среды и систем (наиболее существенная количественная характеристика системы). С исчезновением связности исчезает и система, хотя элементы системы и даже некоторые отношения между ними могут быть сохранены;
• наличие подсистем и связей между ними или наличие структуры системы (наиболее существенная качественная характеристика системы). С исчезновением подсистем или связей между ними может исчезнуть и сама система;
• возможность обособления или абстрагирования от окружающей среды, т.е. относительная обособленность от тех факторов среды, которые в достаточной мере не влияют на достижение цели;
• связи с окружающей средой по обмену ресурсами;
• подчиненность всей организации системы некоторой цели (как это, впрочем, следует из определения системы);
• эмерджентность или несводимость свойств системы к свойствам элементов.

Целое всегда есть система, а целостность всегда присуща системе, проявляясь в системе в виде симметрии, повторяемости (цикличности), адаптируемости и саморегуляции, наличии и сохранении инвариантов.

Классификация систем проводится по следующим критериям:

· происхождение системы;

· характер связей с внешней средой;

· по описанию переменных;

· тип описания законов функционирования;

· способ управление системой;

· сложность и размерность.

По происхождению системы делят на искусственные, естественные и смешанные. Искусственные системы созданы человек с определенным назначением. В отличие от искусственных, назначение естественных систем. Некоторые авторы отдельно находят еще виртуальные системы.

По характеру связей с внешней средой системы делят на открытые и закрытые. Открытые системы в процессе жизненного цикла обмениваются с внешней средой веществом, энергией и информацией. У закрытых систем такой обмен отсутствует. Для закрытых систем характерен рост энтропии – меры не упорядоченности.

По описание переменных выделяют системы с качественными переменными (имеющие лишь содержательное описание), с количественными переменными (количественно описывающие дискретные или непрерывные переменные), смешанные.

По типу описания законов функционирования:

· Системы типа «черный ящик» (известен только вход и выход, закон функционирования не известен).

· Не параметризированные системы (закон функционирования не описан, но известны некоторые его свойства).

· Параметризированные системы (закон функционирования известен с точность до параметров).

· Белый ящик (полностью все известно).

По способу управление системой:

· Управляемые извне (системы является объектом управления)

· Управляемые из внутри (в системе выделяются устройства управления и объект управления)

· Комбинированное (фактически представляют собой систему управления, в которой на объект управления оказывает воздействие внешняя среда.

Управляемые из внутри системы делятся на системы автоматического регулирования (поддержание значений выходных переменных на заданном уровне), системы программного управления (управляющие воздействия генерируются в соответствии с заранее заданным планом, оптимальные системы (управляющее воздействие определяется как экстремум одного или нескольких критерий управления), самонастраивающиеся системы (проводится подбор параметров при изменении состояния системы или внешней среды), адаптивная (изменение структуры и закона функционирования при изменении среды).

По размерности системы делят на большие и малые.

Системы называются большой, если ее исследование и моделирование затрудненно из-за большой размерности, то есть множество состояний, число элементов слишком велико. Для преодоления систему разбивают на подсистему, привлекают больше ресурсов.

По уровню сложности системы делят на:

· Сложные - система называется сложной, если в ней не хватает ресурсов, в первую очередь информационных, для эффективного описания и управления системой. Сложность может быть внешней и внутренней. Внешняя сложность задается взаимосвязями системы с внешней средой. А внутренняя определяется сложностью внутренней взаимосвязью систем.

· Простые.

Назначение системы – декларируемая способность реализовывать на практике функции, обеспечивающие достижение некоторой цели. Необходимо отличать назначение системы от цели. Назначение бывают плановым и возможным. Внешняя функция системы проявляется как потребность некоторой мета-системы, в которой находится главная система. Подобная потребность называется функциональным запросом.

Для описания системы важно знать, какие она имеет субстрат и структуру (строение), функции (работу) и связи (ресурсы) с окружением.

Совокупность элементов и связей между ними позволяет судить о структуре системы. Любая система имеет внутренние состояния, внутренний механизм преобразования входных данных в выходные (внутреннее описание), а также имеет внешние проявления (внешнее описание).

Внутреннее описание дает информацию о поведении системы, о соответствии (несоответствии) внутренней структуры системы целям, подсистемам (элементам) и ресурсам в системе, внешнее описание - о взаимоотношениях с другими системами, с целями и ресурсами других систем (см. рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Структура системы

Внешнее описание системы определяется ее внутренним описанием.

Пример. Банк есть система. Внешняя среда банка - система инвестиций, финансирования, трудовых ресурсов, нормативов и т.д. Входные воздействия - характеристики (параметры) этой системы. Внутренние состояния системы - характеристики финансового состояния. Выходные воздействия - потоки кредитов, услуг, вложений и т.д. Функции системы - банковские операции, например, кредитование. Функции системы также зависят от характера взаимодействий системы и внешней среды. Множество выполняемых банком (системой) функций зависят от внешних и внутренних функций, которые могут быть описаны (представлены) некоторыми числовыми и/или нечисловыми, например, качественными, характеристиками или характеристиками смешанного, качественно-количественного характера.

Классификация связей проводится по признакам:

· Формы движения материй (механические, электромагнитные)

· По степени детерминизма (неслучайная, случайная)

· По силе (сильная, слабая).

· По направлению действия (порождение, подчинение, преобразование, равноправие)

· По характеру направленности (прямые, ненаправленные)

· По времени действию (краткосрочная, долгосрочная)

· По месту приложения (внутрисистемные, межсистемные)

· По типу процессов (функционировании, развитие, управление)

Связи одновременно характеризуют и строение (статику) и функционирование (динамику) системы.

Морфологическое (структурное или топологическое) описание системы - это описание строения или структуры системы или описание совокупности А элементов этой системы и необходимого для достижения цели набора отношений R между этими элементами системы.

Функциональное описание системы - это описание законов функционирования, эволюции системы, алгоритмов ее поведения, "работы".

Информационное (информационно-логическое или инфологическое) описание системы - это описание информационных связей как системы с окружающей средой, так и подсистем системы.

Более подробно эти виды описания системы рассмотрены в разделе 3.

При системном анализе объектов, процессов, явлений необходимо пройти (в указанном порядке) следующие этапы системного анализа:

• Обнаружение проблемы (задачи).
• Оценка актуальности проблемы.
• Формулировка целей, их приоритетов и проблем исследования.
• Определение и уточнение ресурсов исследования.
• Выделение системы (из окружающей среды) с помощью ресурсов.
• Описание подсистем (вскрытие их структуры), их целостности (связей), элементов (вскрытие структуры системы), анализ взаимосвязей подсистем.
• Построение (описание, формализация) структуры системы.
• Установление (описание, формализация) функций системы и ее подсистем.
• Согласование целей системы с целями подсистем.
• Анализ (испытание) целостности системы.
• Анализ и оценка эмерджентности системы.
• Испытание, верификация системы (системной модели), ее функционирования.
• Анализ обратных связей в результате испытаний системы.
• Уточнение, корректировка результатов предыдущих пунктов.

Контрольные вопросы:

• Что такое система?
• Какие виды описания системы Вы знаете?
• Какие бывают системы?
• В чем суть системного подхода?
• Что такое системный анализ и какие методы в него входят?
• Дайте определение субстрату и структуре системы?
• Как подразделяются связи системы?
• Что такое назначение системы?

Дата добавления: 2015-06-04