ворд. Документ Microsoft Word. Литература по теме Тема Основы системного анализа Вопрос Системный подход и системный анализ
 Скачать 0.56 Mb.
|
 © Прокимнов Н. Н. © Московский финансово-промышленный университет «Синергия» Содержание Аннотация Тема 1. Основные понятия теории систем Вопрос 1. Предмет теории систем и исторический очерк. Вопрос 2. Основные понятия теории систем. Вопрос 3. Сложная система. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Тема 2. Основы системного анализа Вопрос 1. Системный подход и системный анализ. Вопрос 2. Прикладной системный анализ. Вопрос 3. Жизненный цикл информационных систем. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Тема 3. Описание систем и их основные закономерности Вопрос 1. Классификации систем. Вопрос 2. Кибернетическая модель системы. Вопрос 3. Шкалы измерений. Вопрос 4. Структура и связи в системе. Вопрос 5. Иерархичность сложных систем. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Тема 4. Модели концептуального анализа Вопрос 1. Методы типа дерева целей. Вопрос 2. Методы выработки коллективных решений. Вопрос 3. Метод анализа иерархий. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Практическое задание: Тема 5. Модели формализованного принятия решений Вопрос 1. Понятие критерия. Вопрос 2. Множество Парето. Вопрос 3. Векторная оптимизация. Вопрос 4. Скаляризация векторного критерия. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Тема 6. Модели принятия решений на основе функции полезности Вопрос 1. Понятие функции полезности. Вопрос 2. Принятие решений в условиях риска. Вопрос 3. Принятие решений в условиях неопределенности. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Практическое задание: Тема 7. Управление в сложных системах Вопрос 1. Понятие управления. Вопрос 2. Типы систем с управлением. Вопрос 3. Закон необходимого разнообразия. Вопрос 4. Структуры организационно-технического управления. Вопрос 5. Процесс управления в организационных структурах. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Аннотация Дисциплина «Основы теории систем и системный анализ» разработана на основе учебной программы дисциплины «Основы теории систем и системный анализ» МФПУ с учетом государственного образовательного стандарта по специальности «Прикладная информатика в экономике», утвержденного Министерством образования и науки Российской Федерации, и предназначена для студентов факультета Информационных систем и технологий МФПУ. Она посвящена изучению базовых понятий и представлений системного подхода к изучению объектов и процессов различной природы, решению задач принятия решения и проектирования и сопровождения систем всевозможного характера и назначения, представляет собой систему базовых понятий и концепций многих прикладных дисциплин, используемых специалистами в своей повседневной работе. Дисциплина формирует общую систему теоретических и концептуальных представлений о системном анализе, а также знакомит с математическими методами, используемыми для решения наиболее важных задач, позволяющих студентам впоследствии применять полученные знания и навыки для исследовательской и практической работы в своей области деятельности. Целью изучения дисциплины является углубленное изучение возможностей теории систем для решения задач управления и организации работы предприятий, подготовка студентов к профессиональной деятельности в сфере управления в организациях различного профиля и форм собственности. Задачи спецкурса: · раскрытие сущности и содержания основных понятий и определений методологии теории систем и системного анализа; · ознакомление с основными возможностями и практическими приложениями теории; · изучение основных математических моделей, применяемых в системном анализе, методов и технологий создания; · формирование навыков самостоятельной работы студентов по решению типичных задач в области постановки задач, создания и применения математических моделей сложных систем. В результате изучения дисциплины студенты должны: Знать: · определения общей теории систем; · классификацию систем; · способы математического описания систем; · принципы и последовательность шагов, выполняемых в рамках применения системного подхода; · математические методы и приемы, применяемые для качественного и количественного оценивания систем в различных условиях функционирования; · возможные подходы к решению задач анализа и синтеза систем. Уметь: · правильно анализировать ситуацию и формулировать задачу для моделирования рассматриваемой системы; · осуществлять необходимую последовательность действий для получения математического описания системы; · формулировать требования и выбирать математические модели для оценки эффективности решений и нахождения параметров. Иметь представление: · о применении основных принципов системного подхода к задачам анализа и проектирования систем; · решения системных задач с помощью математических методов системного анализа; · применения стандартов и инструментария для решения прикладных задач системного анализа. Тема 1. Основные понятия теории систем Цели изучения темы: · понять основной предмет изучения теории систем. Задачи изучения темы: · понять основные концепции теории систем; · выяснить возможности теории систем. Успешно изучив тему, Вы: Получите представление о: · истории создания и становления теории систем; · основных создателях теории и работах, положенных в ее основу. Будете знать: · основные термины и определения теории систем; · что собой представляет сложная система. Вопросы темы: 1. Предмет теории систем и исторический очерк. 2. Основные понятия теории систем. 3. Сложная система. Вопрос 1. Предмет теории систем и исторический очерк. Теорией систем называют междисциплинарное учение абстрактной организации явлений, независимо от их природы, типа, пространственных или временных параметров. Она исследует принципы, общие для всех сложных структур, а также модели (как правило, математические), которые могут применяться для их описания. Необходимость создания научной методологии для исследования сложных объектов и явлений осознавалась еще во времена античности: древние ученые рассматривали сложные тела и процессы как составленные из частей, а Аристотелем было сделано утверждение о том, что свойства целого нельзя сводить к механической сумме свойств частей, его составляющих. Основы же собственно теории систем, как принято считать, были заложены и разработаны биологом Людвигом фон Берталанфи в тридцатых – сороковых годах двадцатого века. Он обратил внимание на то, что между подходами к решению задач различных наук существует много схожего и можно сформулировать некоторые универсальные законы и принципы для проведения исследований поведения реальных систем. Знание этих законов и принципов даст возможность исследователям лучше уяснить значение основных понятий и сделать общение между собой более эффективным, позволив обмениваться достигнутыми в результате их работы результатами. Берталанфи впервые ввел понятие открытой системы, которое будет рассматриваться далее. Вместе с тем, нельзя не отметить тот факт, что непосредственными предшественниками работ Берталанфи послужили работы русских ученых, в первую очередь, работы А. Богданова. Его труды, опубликованные в начале 20-х годов прошлого века, в первую очередь, «Тектология» (всеобщая организационная наука), во многом предвосхитили появление оформившейся в отдельную науку теории систем. Другими важными, но остающимися малоизвестными и поныне были работы физиологов В. Бехтерева, который сформулировал и обосновал ряд универсальных законов для психических и социальных процессов, и П.Анохина, создавшего теорию функциональных систем. Роль теории систем в настоящее время не ограничивается применением в научных целях. За время, прошедшее с момента её появления, многие термины теории укоренились в обыденном языке: слово «система» можно встретить в подчас самых неожиданных сочетаниях, она широко внедрилась в самые различные сферы повседневной жизни и помогает решать различные научные и практические задачи. Более строгое определение понятия «система» неоднозначно, в научной литературе можно встретить много вариантов. Приведем несколько наиболее известных. Американский ученый русского происхождения Рапаппорт (Rapaport) определяет систему как объект, который сохраняет свою организацию в процессе внутренних и внешних изменений. В развитие определения системы, данным Л.Берталанфи (набор взаимодействующих элементов) в определении, даваемом рядом авторов, система представляет собой совокупность объектов или элементов, взаимодействующих между собой для достижения некоторой цели. В других определениях система представляется как множество взаимозависимых объектов, никакое подмножество которых не может считаться несвязанным с другими подмножествами или как совокупность взаимосвязанных частей, но воспринимаемая также как целое, которое представляет собой нечто большее, чем сумма отдельных её частей. В определении системы, предложенном В.Н.Волковой, система S определяется как совокупность нескольких укрупненных компонентов, необходимых для ее существования и функционирования:  где  – совокупность, или структура целей; – совокупность структур, реализующих цели (производственная, организационная,…); – совокупность технологий (методов, средств, алгоритмов и т.п.), реализующих систему; – совокупность условий существования системы, т.е., внешних и внутренних факторов, влияющих на создание и функционирование системы;N – лица, принимающие и исполняющие решения, и осуществляющие выполнение других функций. Система, таким образом, рассматривается в этом определении как целенаправленная. Под структурой понимается набор существенных связей между элементами системы, которые определяют, с одной стороны, как взаимодействуют ее подсистемы и элементы, так и, с другой стороны, свойства системы в целом. Приведенное определение системы позволяет проводить анализ систем, отталкиваясь от целей, и рассматривать множество применяемых моделей в качестве их неотъемлемой составляющей. В завершение обсуждения предмета рассмотрения укажем еще и такие определения теории систем, дополняющие приведенное в начале данного вопроса: http://en.wiktionary.org/wiki/systems_theory · Междисциплинарная область науки, изучающая характер сложных систем в природе, обществе и науке и исследующая сложные объекты реального мира как системы. · Систематическое изучение сложных взаимодействий в системах. · Совокупность методов разработки и организации сложных систем. Вопрос 2. Основные понятия теории систем. Рассмотрим основные понятия, связанные с системами. Входом называются энергия или сырьё, являющиеся объектом преобразования внутри системы. Примерами могут служить деньги, энергия, время, усилия отдельного человека, какого-либо вида сырье. Процессом называют преобразование системой сырья или энергии, поступающие из окружающей среды в продукты, полезные по отношению к самой системе и/или окружающей среде. Примерами являются мыслительная деятельность человека, процессы планирования и принятия решений, формирование и сортировка информационных массивов, обмен информацией, обсуждение производственных заданий, выплавка стали в доменной печи и т.д. Выходом называют продукт или услугу, являющиеся результатом переработки в системе своего входа. Выходом могут быть компьютерные программы, документы, законодательные, нормативные, технические и другие документы, автомобили, товары широкого потребления, деньги и т.д. Обратная связь представляет собой механизм получения системой информации о показателях результатов её работы, которые могут быть использованы для оценивания системы с целью обеспечить нужную эффективность её деятельности. Например, для эффективной организации процесса производства автомобильному заводу необходимо знать, сколько автомобилей им было выпущено в течение определенного периода, какое их число было отозвано для исправления конструкционных или производственных дефектов, каковы характер и причины возникновения этих дефектов и т.д. Подсистемой называют компонент более масштабной системы (называемой еще старшей системой, или суперсистемой), который обладает свойствами системы как таковой и вместе с тем играет определенную роль в функционировании включающей его системы. Подсистемы могут функционировать как параллельно, так и последовательно, одна за другой. Например, подсистемами предприятия можно считать финансовый отдел, отдел информационных технологий или производственный участок (цеха, конвейер), подсистемой государства является его политическая система и т.д. Окружающую среду образует множество не входящих в систему объектов, состояние которых может зависеть от системы или которые могут влиять на состояние самой системы. Под границами системы понимают то, что отделяет систему от окружающей среды или (если рассматривается подсистема) от других подсистем. Примерами могут служить должностные инструкции сотрудника предприятия, государственная граница, забор вокруг дома или предприятия, помещение бухгалтерии, для живых систем роль границы играет кожа. В одних случаях границы могут быть обозначены четко, в других они могут быть довольно размытыми. Целью (целью функционирования) любой системы является преобразование энергии или информации в другую энергию или информацию или преобразование сырья или материала в продукт. Конечный результат может использоваться за пределами системами (во внешней среде), часть результатов система должна сохранять внутри себя, чтобы поддерживать свою жизнедеятельность. Например, целью медицинского учреждения является восстановление здоровья и профилактика заболеваний населения, целью высшего учебного заведения является подготовка специалистов, целью отдела информационных технологий компании является обеспечение необходимого уровня оснащенности средствами и системами информационной поддержки её деятельности и их технического состояния. Управлением называют деятельность, направленную на достижение системой цели своего функционирования на основе оценивания входных воздействий, результата и показателей процесса функционирования системы. Например, пилоты воздушных судов осуществляют корректировку курса и параметров режима полета с помощью измерительных устройств и приборов панели управления, преподаватели оценивают работу студентов и их ответы на экзаменах, мать на основе измерений роста и веса ребенка регулирует режим, состав и нормы питания. Эквифинальностью называют свойство системы достигать конечной цели своего функционирования при различных значениях входных воздействий и условиях протекания процесса. Например, путешественник может выбрать для своей поездки дороги различного класса, но, тем не менее, добраться до места своей поездки. Точно так же путешественник может достигнуть своей конечной цели, выбирая в качестве средства передвижения поезд, самолет, автобус или автомобиль. Введенные понятия можно проиллюстрировать на примере комнатного термостата, применяемого для регулирования температуры. Когда температура в помещении падает ниже требуемого уровня, термостат включает обогреватель, и температура начинает расти. Когда температура достигнет требуемой величины, термостат выключает обогреватель. Входом системы является газ или электричество, используемые для работы обогревателя. Выходом системы служит создаваемое тепло. Целью функционирования является регулирование температуры в комнате. Обратная связь осуществляется путем передачи на термостат текущих показаний термометра. Всякий объект может быть представлен как система, которую в целях более детального рассмотрения ее свойств можно представить состоящей из некоторого числа взаимодействующих между собой подсистем. Подсистемы, в свою очередь, можно также представить в виде множества подсистем. Этот процесс декомпозиции можно продолжать до момента, пока не будет достигнут уровень представления в виде отдельных элементов. Уровень разбиения на элементы и сами элементы не являются заранее установленным для всех систем, а определяются требованиями конкретной задачи. Так, для некоторых организационно-управленческих задач или задач государственного управления элементами будут отдельные регионы, для других – отдельные предприятия, для третьих – подразделения или службы предприятия, для четвертых – отдельные исполнители. Вместе с тем, любой объект можно трактовать как одну из подсистем другой старшей системы (или суперсистемы, или сверхсистемы, или надсистемы). Эта подсистема взаимодействует с другими подсистемами. Продолжая процесс дальше, приходим к тому, что старшая система также представляет собой подсистему более старшей системы и так далее. Вопрос 3. Сложная система. Сложные системы изучаются во многих областях естественных наук, математики и обществоведения. Понятие сложной системы является одним из наименее четко определенных, но в большинстве случаев отнесение системы к сложной делается в тех случаях, когда система характеризуются тремя основными признаками: эмерджентностью, робастностью и неоднородностью связей между ее элементами. Примерами сложных систем могут служить муравьиные колонии, экономические системы, социальные структуры, климат, нервная система человека, клетки и живые организмы (включая человека), современные энергетические и телекоммуникационные инфраструктуры. Множество систем, представляющих практический интерес, относятся к сложным системам. Наиболее существенным свойством сложных систем является свойство интегративности, называемое также целостностью, или эмерджентностью. Оно означает, что система обладает некоторым качеством, которого нет ни у одной из ее составляющих. Например, отдельные компоненты легкового автомобиля сами по себе не обеспечивают возможности их использования в качестве транспортного средства, но объединение их в единое целое такую возможность уже предоставляет. С другой стороны, утрата своей работоспособности, например, двигателем как одной из подсистем автомобиля приведет к утрате последним своей функциональной полезности. Иными словами, сложная система не есть целое, построенное из частей, а целое, построенное из других целых (компонентов). Компоненты могут сами являться сложными системами. Примерами могут быть животное (состоит из клеток), клетка (состоит из бактерий), колония муравьев, стадо, экосистема, поток автомобилей, культура, нейронная сеть, куча песка (состоит из песчинок). Робастность есть способность системы сохранять свою полную или частичную работоспособность при отказе отдельных ее элементов или подсистем. Во многих искусственных системах эта возможность обеспечивается включением в систему функциональной или информационной избыточности, позволяющей уменьшить степень деградации выполняемых функций в зависимости от влияния возмущений. Примером использования такого подхода могут служить устройства резервного копирования информации: надежность (робастность) системы достигается за счет размещения массивов основных данных и их дубликатов на физически независимых носителях. В отличие от сложной простая система может находиться не более, чем в двух состояниях: полной работоспособности (исправном) и полного отказа (неисправном). Характерным свойством сложных систем помимо значительного количества элементов является присутствие в них многочисленных и неоднородных связей между своими элементами. Основными типами связей считаются структурные (в том числе иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные, отношения истинности), информационные, пространственно-временные. Простым примером разнородных связей могут служить компоненты программного обеспечения, с помощью которого отдельные задачи (функциональные связи) могут реализоваться несколькими модулями (структурные, конструктивные связи), использующими определенные базы данных (информационные связи). Другими признаками сложной системы могут быть следующие. Между компонентами существует локальное взаимодействие. Например, нейрон взаимодействует только с соседними нейронами, муравьи с ее соседними муравьями и так далее. Ни один из компонентов не взаимодействует непосредственно со всеми другими компонентами системы, по крайней мере, одновременно. Но компонент связан с другими компонентами опосредованно, через другие компоненты. Таким образом, хотя компоненты системы взаимодействуют только локально, в системе это производит глобальный эффект. Если, например, скорость автомобиля в потоке замедляется с 60 км/ч до 50 км/ч, то следующий за ним также должен снизить скорость и так далее. Поведение системы в целом не зависит от внутренней структуры компонентов. Это означает, что не имеет значения, какую структуру имеют компоненты сложной системы, если выполняемые ими функции идентичны. Например, волны могут возникать в различных средах, но имеют ряд схожих свойств, по которым мы можем отнести их к этому явлению. Поведение системы в целом является вполне определенным. Если отвлечься от рассмотрения отдельных компонентов сложной системы и сосредоточить внимание только на внешних её проявлениях, то поведение системы оказывается вполне определенным. Так, волновые явления можно описать с помощью математических выражений. Более сложные явления также можно анализировать, используя для этого другие, возможно, более сложные математические модели. Сложность обладает двоякой природой. Следует различать структурную, или статическую сложность, включающую связность и структуру подсистем, и динамическую сложность, связанную с поведением системы во времени. Эти свойства могут быть в значительной степени независимы. Например, механизм часов обладает высокой степенью структурной сложности, но динамическая сложность часов крайне мала. Напротив, поведение ряда приборов, используемых для физических экспериментов, отличается высокой степенью сложности, несмотря на достаточно простое внутреннее устройство. Выводы: 1. Теория систем представляет собой междисциплинарное учение, которое исследует принципы, общие для всех сложных структур. Теория систем является молодой наукой, развитию которой во многом способствовали работы отечественных ученых. 2. Однозначного и строгого определения понятия «система» не существует. В зависимости от изучаемой проблемы могут применяться различные подходы к определению этого понятия. В частности, для случаев, когда система рассматривается как целенаправленная, целесообразно проводить анализ, отталкиваясь от целей функционирования системы. 3. С системами связан ряд понятий, позволяющих применять основные принципы и подходы теории систем. К таким понятиям относятся понятия входа, процесса, выхода, обратной связи, подсистемы, старшей системы, окружающей среды, окружения, цели функционирования. 4. Особый интерес для изучения представляет собой класс сложных систем. Несмотря на отсутствие общепринятого определения, сложные системы характеризуются свойствами эмерджентности, робастности, а также множественностью элементов и неоднородностью межэлементных связей. Вопросы для самопроверки: 1. Что является предметом изучения теории систем? 2. Когда и кем были заложены основы теории систем? 3. Приведите примеры определения понятия «система». 4. Дайте определение системы, рассматривающее ее как целенаправленную. 5. Что называется входом системы? 6. Что называется выходом системы? 7. Что понимается под процессом? 8. Что такое обратная связь? 9. Что называют подсистемой? 10. Что называют старшей системой? 11. Что такое окружающая среда? 12. Что понимается под границами системы? 13. Что такое цель функционирования системы? 14. Что называется управлением в системе? 15. Что такое эквифинальность? 16. В чем сущность метода декомпозиции? 17. Как можно определить понятие сложной системы? 18. Что называют эмерджентностью? 19. Что называют робастностью? 20. Назовите основные типы связей сложной системы. 21. Какие виды сложности можно выделить в сложной системе? Литература по теме: Основная литература: 1. Волкова В. Н. Теория систем и системный анализ: учебник для академического бакалавриата / В. Н. Волкова, А. А. Денисов. – М.: Юрайт, 2015. – 616с. 2. Качала В. В. Основы теории систем и системного анализа. Учебное пособие для вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2013 – 272с. Дополнительная литература: 1. Анфилатов В. С., Емельянов В. С., Кукушкин А. А. Системный анализ в управлении: учебное пособие / (под ред. Емельянова А.А.) – М.: Финансы и статистика, 2009. – 368с. 2. Вдовин В.М., Суркова Л.Е., Валентинов В.А. Теория систем и системный анализ. Учебник. – М.: Дашков и К°, 2010. – 640 с. |