Системный подход к проектированию. Системный анализ
 Скачать 109.5 Kb.
|
|
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ Системный анализ представляет совокупность научных методов и практических приемов решения разнообразных проблем на основе системного подхода. В основе методологии системного анализа лежат три концепции: проблема, решение проблемы и система. Проблема — это несоответствие или различие между существующим и требуемым положением дел в какой-либо системе. В качестве требуемого положения может выступать необходимое или желаемое. Необходимое состояние диктуется объективными условиями, а желаемое определяется субъективными предпосылками, в основе которых лежат объективные условия функционирования системы. Проблемы, существующие в одной системе, как правило, не равнозначны. Для сравнения проблем, определения их приоритета используются атрибуты: важность, масштаб, общность, актуальность и т.д. Выявление проблемы осуществляется путем идентификации симптомов, определяющих несоответствие системы своему предназначению или недостаточную ее эффективность. Систематически проявляющиеся симптомы образуют тенденцию. Идентификация симптомов производится путем измерения и анализа различных показателей системы, нормальное значение которых известны. Отклонение показателя от нормы и является симптомом. Решение проблемы состоит в ликвидации различий между существующим и требуемым состоянием системы. Ликвидация различий может производиться либо путем совершенствования системы, либо путем ее замены на новую. Решение о совершенствовании или замене принимается с учетом следующих положений. Если направление совершенствования обеспечивает существенное увеличение жизненного цикла системы и затраты несравнимо малы по отношению к стоимости разработки системы, то решение о совершенствовании оправдано. В противном случае следует рассматривать вопрос о ее замене новой. Основными компонентами системного анализа являются: 1. Цель системного анализа. 2. Цель, которую должна достигнуть система в процессе функционирования. 3. Альтернативы или варианты построения или совершенствования системы, посредством которых возможно решение проблемы. 4. Ресурсы, необходимые для анализа и совершенствования существующей системы или создания новой. 5. Критерии или показатели, позволяющие сравнивать различные альтернативы и выбирать наиболее предпочтительные. 6. Модель, которая связывает воедино цель, альтернативы, ресурсы и критерии. Методика проведения системного анализа 1. Описание системы: а) определение цели системного анализа; б) определение целей, назначения и функций системы (внешних и внутренних); в) определение роли и места в системе более высокого уровня; г) функциональное описание (вход, выход, процесс, обратная связь, ограничения); д) структурное описание (вскрытие взаимосвязей, стратификация и декомпозиция системы); е) информационное описание; ж) описание жизненного цикла системы (создание, функционирование и в том числе совершенствование, разрушение); 2. Выявление и описание проблемы: а) определение состава показателей эффективности и методик их вычисления; б) Выбор функционала для оценки эффективности системы и задание требований к ней (определение необходимого (желаемого) положения дел); в) определение фактического положения дел (вычисление эффективности существующей системы с использованием выбранного функционала); г) установление несоответствия между необходимым (желаемым) и фактическим состоянием дел и его оценка; д) история возникновения несоответствия и анализ причин ее возникновения (симптомы и тенденции); е) формулировка проблемы; ж) выявление связей проблемы с другими проблемами; з) прогнозирование развития проблемы; и) оценка последствий проблемы и вывод о ее актуальности. 3. Выбор и реализация направления решения проблемы: а) структуризация проблемы (выделение подпроблем) б) определение узких мест в системе; в) исследование альтернативы «совершенствование системы - создание новой системы»; г) определение направлений решения проблемы (выбор альтернатив); д) оценка реализуемости направлений решения проблемы; е) сравнение альтернатив и выбор эффективного направления; ж) согласование и утверждение выбранного направления решения проблемы; з) выделение этапов решения проблемы; и) реализация выбранного направления; к) проверка его эффективности. Наиболее известные методики системного анализа:
а) методика, базирующаяся на двойственном определении системы — структурно-функциональный подход; б) методика, основанная на концепции системы, учитывающей среду и целеполагание — структурный подход; в) методика, базирующаяся на концепции деятельности — функциональный подход. В таблице 1 предложен наиболее разработанный алгоритм системного анализа, предложенный проф. Ю.И. Черняком. Таблица 1 Последовательность этапов системного анализа по проф. Черняку
Продолжение таблицы 1
Продолжение таблицы 1
Рассмотрим подробнее каждый из двенадцати этапов системного анализа.
Позиция наблюдателя определяет критерий решения проблемы. В некоторых случаях определение объекта составляет наибольшую трудность для исследователя (так же, как и определение народнохозяйственной системы и среды).
Большинство перечисленных методов разработано задолго до появления системного анализа и использовалось самостоятельно. Однако в ряде случаев системная методология позволяет более точно очертить круг задач, наиболее эффективно решаемых каждым методом. В отношении некоторых методов системный анализ позволил несколько переоценить и переосмыслить их значение, границы применимости, найти типовые постановки задач, решаемых данным методом. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД Формирование системного анализа в качестве самостоятельного исследовательского направления обусловлено общей тенденций развития человечества, которая сложилась к настоящему времени. Эта тенденция проявляется: во все более глубоком рациональном вмешательстве в организационную деятельность человека, а также в процессы выработки и принятия им решений. В семидесятых годах двадцатого столетия в научной литературе появилась масса терминов: «системная революция», «системный подход», «общая теория систем», «системный анализ операций» и т.д. Это говорило об объединении усилий специалистов различных профессий для решения общих задач, связанных с изучением, проектированием и управлением сложными системами. Причем, начиная с этого времени понятие системности, стало не только теоретической категорией, но осознанной необходимостью в практической деятельности. Именно это «системное движение», привело к интеграции отдельных научных направлений по созданию науки, получившей название «системный анализ», которая в настоящее время выступает как самостоятельная дисциплина. Предметом изучения системного анализа является система, независимо от ее природы, организации, способа существования и способа описания. Целью рассмотрения системы является решение задач анализа, управления и проектирования. В ходе рассмотрения реальной системы приходится сталкиваться с совокупностью проблем, решение которых могут быть под силу только коллективу профессионалов различного профиля. К таким проблемам относятся проблемы, начиная с выделения системы из среды, ее формального описания, взаимодействия с внешней средой, выбора или разработки оптимального алгоритма управления, оптимального проектирования, технических средств управления и т.п., кончая подбором кадров и организацией коллектива по решению этих работ. Для решения названных проблем системный анализ привлекает широкий спектр различных наук и различные сферы практической деятельности. При этом он придает большое значение методическим аспектам любого системного исследования. Системный подход представляет собой направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которой лежит рассмотрение объектов как систем. Сущность СП заключается, во-первых, в понимании объекта исследования как системы и, во-вторых, в понимании процесса исследования объекта как системного по своей логике и применяемым средствам. Как любая методология, системный подход подразумевает наличие определенных принципов и способов организации деятельности, в данном случае деятельности, связанной с анализом и синтезом систем. В основе системного подхода лежат принципы: цели, двойственности, целостности, сложности, множественности и историзма. Рассмотрим подробнее содержание перечисленных принципов. 1. Принцип цели ориентирует на то, что при исследовании объекта необходимо, прежде всего, выявить цель его функционирования. Нас в первую очередь должно интересовать не как построена система, а для чего она существует, какая цель стоит перед ней, чем она вызвана, каковы средства достижения цели? Принцип цели конструктивен при соблюдении двух условий:
2. Принцип двойственности вытекает из принципа цели и означает, что система должна рассматриваться как часть системы более высокого уровня и в то же время как самостоятельная часть, выступающая как единое целое во взаимодействии со средой. В свою очередь каждый элемент системы обладает собственной структурой и также может рассматриваться как система. Взаимосвязь с принципом цели состоит в том, что цель функционирования объекта должна быть подчинена решению задач функционирования системы более высокого уровня. Цель — категория внешняя по отношению к системе. Она ставится ей системой более высокого уровня, куда данная система входит как элемент. 3. Принцип целостности требует рассматривать объект как нечто выделенное из совокупности других объектов, выступающее целым по отношению к окружающей среде, имеющее свои специфические функции и развивающееся по свойственным ему законам. При этом не отрицается необходимость изучения отдельных сторон. 4. Принцип сложности указывает на необходимость исследования объекта, как сложного образования и, если сложность очень высока, нужно последовательно упрощать представление объекта, на так чтобы сохранить все его существенные свойства. 5. Принцип множественности требует от исследователя представлять описание объекта на множестве уровней: морфологическом, функциональном, информационном. Морфологический уровень дает представление о строении системы. Морфологическое описание не может быть исчерпывающим. Глубина описания, уровень детализации, то есть выбор элементов, внутрь которых описание не проникает, определяется назначением системы. Морфологическое описание иерархично. Конкретизация морфологии дается на стольких уровнях, сколько их требуется для создания представления об основных свойствах системы. Функциональное описание связано с преобразованием энергии и информации. Всякий объект интересен, прежде всего, результатом своего существования, местом, которое он занимает среди других объектов в окружающем мире. Информационное описание дает представление об организации системы, т.е. об информационных взаимосвязях между элементами системы. Он дополняет функциональное и морфологическое описания. На каждом уровне описания действуют свои, специфические закономерности. Все уровни тесно взаимосвязаны. Внося изменения на одном из уровней, необходимо проводить анализ возможных изменений на других уровнях. 6. Принцип историзма обязывает исследователя вскрывать прошлое системы и выявлять тенденции и закономерности ее развития в будущем. Прогнозирование поведения системы в будущем является необходимым условием того, что принятые решения по совершенствованию существующей системы или создание новой обеспечивает эффективное функционирование системы в течение заданного времени. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Центральным понятием системного анализа является понятие «система».Система есть 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. Одной из характерных тенденций развития общества в настоящее время является появление больших чрезвычайно сложных систем (крупные автоматизированные, технологические, энергетические, гидротехнические, информационные и другие комплексы). С другой стороны стремление познать мир обитания человечества как сложную многофункциональную систему стало реальностью сегодняшнего дня. Все это привело к необходимости определить понятие сложной системы, разработать методические принципы ее исследования, управления и проектирования. В настоящее время однозначного, четкого определения сложной системы нет. Известны различные подходы и предложены различные формальные признаки ее определения. Так, советский ученый Г.Н. Поворов предлагает относить к сложным системы, имеющие 104-107 элементов; к ультросложным — системы, состоящие из 107-1030 элементов; и к суперсистемам — системы из 1030-10200 элементов. Такой подход имеет тот недостаток, что данное определение сложности является относительным, а не абсолютным. Английский кибернетик С. Бир предлагает к сложным относить системы, описываемые на языке теоретико-вероятностных методов (мозг, экономика, форма и т.п.). Наиболее четким на наш взгляд, определением сложных систем является определение, данное, например, у Перегудова Ф. И. Сложной системой называется система, в модели которой недостаточно информации для эффективного управления этой системой. Таким образом, признаком простоты системы является достаточность информации для ее управления. Если же результат управления, полученный с помощью модели, будет неожиданным, то такую систему относят к сложной. Для перевода системы в разряд простой необходимо получение недостающей информации о ней и включение ее в модель. От сложных систем необходимо отличать большие системы. По своим свойствам системы могут быть классифицированы по следующим признакам. Динамические системы характеризуются тем, что их выходные сигналы в данный момент времени определяются характером входных воздействий в прошлом и настоящем (зависит от предыстории). В противном случае системы называют статическими. Примером динамических систем является биологические, экономические, социальные системы; такие искусственные системы как завод, предприятия, поточная линия и т.д. Детерминированной называют систему, если ее поведение можно абсолютно точно предвидеть. Система, состояния которой зависит не только от контролируемых, но и от неконтролируемых воздействий или если в ней самой находится источник случайности, носит название стохастической. Приведем пример стохастических систем, это — заводы, аэропорты, сети и системы ЭВМ, магазины, предприятия бытового обслуживания и т.д. Различают системы линейные и нелинейные. Для линейных систем реакция на сумму двух или более различных воздействий эквивалентна сумме реакций на каждое возмущение в отдельности, для нелинейных — это не выполняется. Если параметры систем изменяются во времени, то она называется нестационарной, противоположным понятием является понятие стационарной системы. Пример нестационарных систем — это системы, где процессы, например, старения являются на данном интервале времени существенными. Если вход и выход системы измеряется или изменяется во времени дискретно, через шаг (t), то система называется дискретной. Противоположным понятием является понятие непрерывной системы. Например: ЭВМ, электронные часы, электросчетчик — дискретные системы; песочные часы, солнечные часы, нагревательные приборы и т.д. — непрерывные системы. Процесс проектирования любой искусственной системы начинается с формирования цели. Отказ от четкого ее определения заставляет проектировщиков ориентироваться лишь на собственные цели, которые, как правило, связаны со стремлением минимизировать материальные затраты и, возможно, максимизировать доход. И в конечном счете усилия большого коллектива могут быть напрасными, приведут к большим затратам материальных ресурсов, не дадут ожидаемых результатов. Хорошо организованный ночной рейд эскадрильи с воздушным десантом не принесет желаемого успеха боевой операции, если координаты цели неверны. О значении правильного выбора цели говорит также известный исторический пример организации противовоздушной обороны английских торговых судов во время второй мировой войны. В качестве цели было выбрано уничтожение вражеских самолетов с помощью зенитных орудий. Так как качающееся палубы судов и недостаточно квалифицированные расчеты артиллеристов на торговых судах не обеспечивали достижения цели, то было решено передать зенитки торговых судов наземным батареям. Однако специалисты во время поняли, что цель должна быть другой, не уничтожение вражеских самолетов, а защита торговых судов. Зенитные установки были оставлены на палубах, в результате немецкие летчики вынуждены были бомбить суда с больших высот и с меньшей точностью. Сокращение потерь судов намного перекрывало затраты на установку и обслуживание орудий. Подводя итоги сказанному можно сформулировать тезис: «система есть средство достижения цели». |