Системный анализ в сфере сервиса

10

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Системный анализ в сфере сервиса"

централизация управление стратегия решение

Введение

Современный специалист с высшим профессиональным техническим образованием должен иметь глубокие экономические знания; хорошо представлять механизм современных экономических, социальных, психологических взаимосвязей, существующих и развивающихся как в целом в российском обществе, так и на региональном уровне; уметь анализировать социально-экономическое развитие территорий, знать экономические, информационные и техногенные характеристики региона и предприятия; владеть современными и научно-обоснованными методами комплексного исследования социально-экономической жизни и уметь пользоваться результатами для обобщающих выводов и оценок.

Цель настоящего пособия - дать студентам целостную систему системных методов и материалов для характеристики важнейших системообразующих показателей, их исчисления, моделирования и анализа, выработать у них навыки самостоятельного решения экономико-социальных задач по системному анализу. Это объясняется необходимостью масштабного применения системного управления, так как именно этот вид управления являясь первоосновой процессов развития, маркетинга, производства, обеспечения безопасности и экологичности, видится авторам настоящего пособия наиболее перспективным.

Таким образом, применение системного анализа является фундаментальным и объективным свойством решений в экономике, предпринимательстве и менеджменте в любой области человеческой деятельности при выполнении любой из присущих этой области функций.

Существует несколько причин, которыми определяется актуальность появления и развития системных исследований :

во-первых, все более возрастают масштабы, количество элементов и взаимосвязей подсистем в организационных и социально-технических системах, что ведет к возрастанию сложности объектов управления;

во-вторых, рост числа элементов и иерархических уровней обостряют проблему межуровневых и внутриуровневых конфликтов, влияющих на эффективность функционирования;

в-третьих, с ростом числа элементов и связей между ними увеличивается неопределенность в знании реальной структуры системы, связанная с влиянием, в частности, человеческого фактора, умышленного или случайного искажений информации;

в-четвертых, внешняя среда в современной стадии переходной экономики и реформирования в России имеет ярко выраженный динамичный характер вследствие высокой скорости изменений политической, экономической и юридическо-нормативной среды;

в-пятых, многоукладность экономики, изменение форм собственности повысили меру ответственности собственника за результаты деятельности;

в-шестых, в связи с научно-технической и информационной революциями возрастают темпы морального старения не только основных фондов, но и применяемых методов управления как производством, так и капиталом, в том числе и человеческим.

В курсе «Системный анализ в сфере сервиса» рассматриваются наиболее важные разделы системного подхода при исследовании такой отрасли, как сфера сервиса. Значительное внимание при создании настоящего учебного пособия было уделено поиску путей снижения затрат времени и средств на практическую реализацию процессов применения системного анализа. Для этого использованы структуризация задач и разработка логических процедур выбора методов моделирования и оптимизации, планирования и представления результатов.

1. Теоретические основы системного анализа

Мефистофель :

Употребляйте с пользой время.

Учиться надо по системе.

Сперва вам в долг хочу вменить

На курсы логики ходить.

Ваш ум, не тронутый доныне,

На них приучат к дисциплине,

Чтоб взял он направленья ось,

Не разбредаясь вкривь и вкось.

И.В.Гете. "ФАУСТ", ч.1

Возникновение и развитие системных представлений

В современном обществе системные представления уже достигли такого уровня, что мысль о полезности и важности системного подхода к решению возникающих в практике проблем вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепринятой. Широко распространилось понимание того, что наши успехи связаны с тем, что насколько системно мы подходим к решению проблем, а наши неудачи вызваны отступлениями от системности.

Человеческое мышление системно всегда и другим быть не может. Однако системность имеет разные уровни. Сигналом о недостаточной системности существующей деятельности является появление проблемы; разрешение возникшей проблемы осуществляется путем перехода на новый, более высокий уровень системности в нашей деятельности. Поэтому системность не только состояние, сколько процесс.

Человек - активная часть природы. Добиваясь своих целей, он активно использует природу, воздействует на нее, преобразует ее и себя. Если рассматривать практическую деятельность человека, то очевидно , что она системна, так как обладает следующими признаками : структурированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. Другое название для такого построения деятельности - алгоритмичность. Здесь важными являются следующие моменты :

Во-первых, всякая деятельность алгоритмична;

Во-вторых, не всегда алгоритм реальной деятельности осознается;

В-третьих, в случае неудовлетворенности результатом возможную причину неудачи следует искать в несовершенстве алгоритма.

Таким образом, природная системность человеческой практики является одним из объективных факторов возникновения и развития системных представлений, понятий и теории.[19]

Рассматривая объективные причины возникновения и факторы развития системных представлений, необходимо отметить объективные особенности человеческого мышления. С этой позиции сам процесс познания представляется системным, и знания, добываемые человечеством, тоже системны. Окружающий нас мир бесконечен в пространстве и во времени, в большом и в малом, вовне и вовнутрь. И все же человеку, с его ограниченными ресурсами, удается познавать мир, и как показывает практика, познавать верно. А. Энштейн отмечал, что самое удивительное в природе то, что она познаваема. Противоречия между неограниченностью желаний человека познать мир и ограниченностью существующих возможностей сделать это имеют много важных последствий.

Одной из особенностей сознания, которые позволяют постепенно, поэтапно разрешать эти противоречия, - наличие аналитического и синтетического образов мышления. Суть анализа состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент. Но чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс - синтез.

Аналитичность человеческого знания находит свое отражение в дифференциации наук, во все более глубоком изучении более узких вопросов, каждый из которых важен и необходим. В процессе синтеза знаний возникают «пограничные науки» типа биохимии, бионики и т.д. Однако другая, более высокая форма синтеза реализуется в виде наук о самых общих свойствах природы (философия, математика, кибернетика, и др.), в которых необходимым образом соединяются технические, естественные и гуманитарные знания.

Необходимо отметить, что системность - не только человеческой практики (включающей и внешнюю активную деятельность, и мышление, и даже пассивное созерцание), но и свойство всей материи. Ведь системность нашего мышления вытекает из системности мира[26]. Современные научные данные позволяют говорить об окружающем мире, о природе, о Вселенной как о бесконечной иерархической системе систем, находящихся в развитии и на разных стадиях развития. Таким образом - системность можно назвать формой существования материи, а известные формы существования (время, пространство, движение, структурированность) представляют собой частные проявления, аспекты системности мира. Взаимосвязи основных элементов системности окружающего мира представлена на рис.1.

Рис.

Таким образом, наращивание системности знаний - естественный процесс, происходящий во всех областях человеческой деятельности стихийно (как результат обратной связи через практику, как форма развития). Осознание же системности нашего познания и окружающего мира - это более высокий уровень системности знаний, и оно происходит значительно труднее, медленнее, с отставанием, петлянием, т.е. со свойственными процессам поиска качествами. Однако это не бесцельное, хаотическое блуждание, а процесс поиска истины, в котором необходимы задержки и ошибки, но его содержание и смысл не в этих ошибках, а в продвижении к истине.

1.1 Основные понятия теории систем и системного анализа

Определение понятия «система». В настоящее время нет единства в определении понятия «система». В первых определениях в той или иной форме говорилось о том, что система -- это элементы и связи (отношения) между ними. Например, основоположник теории систем Людвиг фон Берталанфи определял систему как комплекс взаимодействующих элементов или как совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой. А. Холл определяет систему как «множество предметов вместе со связями между предметами и между их признаками.» Ведутся и в настоящее время дискуссии, какой термин -- «отношение» или «связь» -- лучше употреблять.

Позднее в определениях системы появляется понятие цели. Так, в «Философском словаре» система определяется как «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой определенным образом и образующих некоторое целостное единство».

В последнее время в определение понятия системы наряду с элементами, связями и их свойствами и целями начинают включать наблюдателя, хотя впервые на необходимость учета взаимодействия между исследователем и изучаемой системой указал один из основоположников кибернетики У. Р. Эшби .

М. Месарович и Я. Такахара в книге «Общая теория систем» считают, что система -- «формальная взаимосвязь между наблюдаемыми признаками и свойствами»[14].

Таким образом, в зависимости от количества учитываемых факторов и степени абстрактности определение понятия «система» можно представить в следующей символьной форме. Каждое определение обозначим буквой D (от лат. defintions) и порядковым номером, совпадающим с количеством учитываемых в определении факторов.

D1. Система есть нечто целое:

S=A(1,0)

Это определение выражает факт существования и целостность. Двоичное суждение А (1,0) отображает наличие или отсутствие этих качеств.

D2. Система есть организованное множество :

S = (орг, М)

где орг -- оператор организации; М -- множество.

DЗ. Система есть множество вещей, свойств и отношений :

S = ({m},{n},{r})

где т -- вещи, п -- свойства, r -- отношения.

D4. Система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды:

S = (E,ST,BE,E)

где E -- элементы, SТ -- структура, ВЕ -- поведение, Е -- среда.

D5. Система есть множество входов, множество выходов, множество состояний, характеризуемых оператором переходов и оператором выходов:

S = (X,Y,Z,H,G)

где Х -- входы, Y -- выходы, Z -- состояния, Н -- оператор переходов, G -- оператор выходов. Это определение учитывает все основные компоненты, рассматриваемые в автоматике. D6. Это шестичленное определение, как и последующие, трудно сформулировать в словах. Оно соответствует уровню биосистем и учитывает генетическое (родовое) начало GN, условия существования КD, обменные явления МВ, развитие ЕY, функционирование FС и репродукцию (воспроизведения) RР. В общем виде это можно представить следующим образом :

S = (GN,KD,MB,EV,FC,RP).

D7. Это определение оперирует понятиями модели F, связи SС, пересчета R, самообучения FL, самоорганизации FО, проводимости связей СО и возбуждения моделей JN:

S =(F,SC,R,FL,FO,CO,JN).

Данное определение удобно при нейрокибернетических исследованиях.

D8. Если определение D5 дополнить фактором времени и функциональными связями, то получим определение системы, которым обычно оперируют в теории автоматического управления:

S = (T,X,Y,Z,,V,,),

где Т -- время, Х -- входы, Y-- выходы, Z -- состояния, -- класс операторов на выходе, V -- значения операторов на выходе, -- функциональная связь в уравнении - функциональная связь в уравнении

D9. Для организационных систем удобно в определении системы учитывать следующее:

S = (PL,RO,RJ,EX,PR,DT,SV,RD,EF),

где РL -- цели и планы, RО -- внешние ресурсы, RJ-- внутренние ресурсы, ЕХ--исполнители, РR-- процесс, DТ-- помехи, SV-- контроль, RD -- управление, ЕF -- эффект.

Последовательность определений можно продолжить до DN (N = 9,10,11,.), в котором учитывалось бы такое количество элементов, связей и действий в реальной системе, которое необходимо для решаемой задачи, для достижения поставленной цели. В качестве «рабочего» определения понятия системы в литературе по теории систем часто рассматривается следующее: система -- множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.

В соответствии с задачами системного исследования можно выделить два типа определения системы - дескриптивное и конструктивное.

Дескриптивное (описательное) - определение системы через ее свойства, через внешние проявления. Например, ключ - это предмет, легко открывающий замок.

Конструктивное определение - описание через элементы системы, связанные с основным системообразующим фактором - с функцией. В конструктивном плане система рассматривается как единство входа, выхода и процессора (преобразователя), предназначенных для реализации определенной функции.

Далее обзорно и кратко рассмотрены основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем, используемые в системном анализе и при использовании системного подхода [5], [11], [20], [24], [31].

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения. Таким образом, элемент -- это предел членения системы с точек зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.

Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием «подсистема» подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности (для такой группы используется название «компоненты»). Например, подсистемы АСУ, подсистемы пассажирского транспорта крупного города.

Структура. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и се основных свойств. Структура -- это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Структуру часто представляют в виде иерархии. Иерархия -- это упорядоченность компонентов по степени важности (многоступенчатость, служебная лестница). Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т. е. отношения так называемого древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерева». Они имеют ряд особенностей, делающих их удобным средством представления систем управления. Однако могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии. Один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня. Такие структуры называют иерархическими структурами со слабыми связями. Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения, например, типа «страт», «слоев», «эшелонов», которые детально рассмотрены в разделе «модели иерархических систем управления». Примеры иерархических структур: энергетические системы, АСУ, государственный аппарат.

Связь. Понятие «связь» входит в любое определение системы наряду с понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.

Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру -- на связи подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Важную роль в системах играет понятие «обратной связи». Это понятие, легко иллюстрируемое на примерах технических устройств, не всегда можно применить в организационных системах. Исследованию этого понятия большое внимание уделяется в кибернетике, в которой изучается возможность перенесения механизмов обратной связи, характерных для объектов одной физической природы, на объекты другой природы. Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования и более подробно раскрывается далее в разделах «Разработка и развитие систем организационного управления».

Состояние. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение -- для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль -- для экономических систем).

Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы Е (или компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние, учесть, что «входы» можно разделить на управляющие и и возмущающие х (неконтролируемые) и что «выходы» (выходные результаты, сигналы) зависят от Е, и х, т.е. z_t =f (Е_t и_t ,x_t ). Тогда в зависимости от задачи состояние может быть определено как ( Е, и), { Е, и, z) или { Е, х, и, z).

Таким образом, состояние -- это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, , то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его закономерности. С учетом введенных выше обозначений поведение можно представить как функцию

Внешняя среда. Под внешней средой понимается множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы.

Модель. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания -- детализация модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.

Модель функционирования (поведения) системы -- это модель, предсказывающая изменение состояния системы во времени, например: натурные (аналоговые), электрические, машинные на ЭВМ и др.

Равновесие -- это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном м„ если только отклонения не превышают некоторого предела.

Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, по аналогии с техническими устройствами называют устойчивым состоянием равновесия. Равновесие и устойчивость в экономических и организационных системах -- гораздо более сложные понятия, чем в технике, и до недавнего времени ими пользовались только для некоторого предварительного описательного представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организационных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.

Развитие. Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и устойчивости, изучению механизмов, лежащих в их основе, уделяют в кибернетике и теории систем большое внимание. Понятие развития помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.

Цель. Применение понятия «цель» и связанных с ним понятий целенаправленности, целеустремленности, целесообразности сдерживается трудностью их однозначного толкования в конкретных условиях. Это связано с тем, что процесс целеобразования и соответствующий ему процесс обоснования целей в организационных системах весьма сложен и не до конца изучен. Его исследованию большое внимание уделяется в психологии, философии, кибернетике. В Большой Советской Энциклопедии цель определяется как «заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека». В практических применениях цель -- это идеальное устремление, которое позволяет коллективу увидеть перспективы или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к идеальным устремлениям.

В настоящее время в связи с усилением программно-целевых принципов в планировании исследованию закономерностей целеобразования и представления целей в конкретных условиях уделяется все больше внимания. Например: энергетическая программа, продовольственная программа, жилищная программа, программа перехода к рыночной экономике.

Материальна или нематериальна система? До недавнего времени довольно часто возникали дискуссии о том, материальны или нематериальны системы.

С одной стороны, стремясь подчеркнуть материальность систем, некоторые исследователи в своих определениях заменяли термин элемент терминами вещь, объект, предмет; и хотя последние можно трактовать и как абстрактные объекты или предметы исследования, все же авторы этих определений явно хотели обратить внимание на овеществленность, материальность системы.

С другой стороны, в существующих определении Ю.И. Черняка, и особенно, в определении С. Оптнера, систему можно трактовать только как отображение, т.е. как нечто, существующее лишь в сознании исследователя, конструктора. Любой специалист, понимающий закономерности теории отражения, должен, казалось бы, возразить: но ведь очевидно, что замысел (идеальное представление системы) потом будет существовать в материальном воплощении, а для задач принятия решений важно акцентировать внимание на том, что понятие системы может быть средством исследования проблемы, решения задачи. Тем не менее упомянутые определения. подвергались в тот период критике со стороны приверженцев материальности систем, особенно философов.

Бессмысленность спора о материальности и не материальности системы показал В.Г.Афанасьев: "....объективно существующие системы - и понятие системы; понятие системы используемое как инструмент познания системы, - и снова реальная система, знания о которой обогатились нашими системными представлениями; - такова диалектика объективного и субъективного в системе.." Вопросы философии. 1980. - № 6. - С. 62-78

Это высказывание можно наглядно представить как показано на рис 2. В связи с обсуждаемым вопросом обратим внимание на то, что в Большой Советской Энциклопедии, наряду с вышеприведенным определением дается следующее: система - "объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе" БСЭ. Изд. 2-е. -Т. 39. - С. 158., т. е. подчеркивается, что понятие элемента (а следовательно, и системы) можно применять как к существующим, материально реализованным предметам, так и к знаниям об этих предметах или о будущих их реализациях.

Таким образом, в понятии система (как и любой другой категории познания) объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и следует говорить не о материальности или не материальности системы, а о подходе к объектам исследования как, о различном представлении их на разных стадиях познания или создания

Например, Ю.И. Черняк показывает, что один и тот же объект на разных этапах его рассмотрения может быть представлен в различных аспектах, и соответственно предлагает одну и ту же систему представлять на разных уровнях существования: философском (теоретико-познавательном), научно-исследовательском, проектном, инженерном и т.д. - вплоть до материального воплощения.[31]

Рис. 2. Взаимосвязь диалектических категорий материя-сознание в понятии «система»

Иными словами, в термин система на разных стадиях ее рассмотрения можно вкладывать разные понятия, говорить как бы о существовании системы в разных формах. М. Месарович, например, предлагает выделять страты, эшелоны и слои как уровни рассмотрения системы (см. далее раздел «Модели иерархических систем управления»).

Аналогичные страты могут существовать не только при создании, но и при познании объекта, т.е. при отображении реально существующих объектов в виде абстрактно представляемых в нашем сознании (в моделях) систем, что затем поможет создать новые объекты или разработать рекомендации по преобразованию (перестройке, реконструкции) существующих.

Система и среда. На первых этапах системного анализа важно уметь отделить (отграничить, как предлагают называть этот первый этап исследователи систем, чтобы точнее его определить) систему от среды, с которой взаимодействует система. Иногда даже определения системы, применяющиеся на начальных этапах исследования, базируются на отделении системы от среды .

Частным случаем выделения системы из среды является определение ее через входы и выходы, посредством которых система общается со средой. В кибернетике и теории систем такое представление системы называют "черным ящиком". На этой модели базировались начальное определение системы У.Р. Эшби, определения Д. Эллиса и Ф. Людвига, Р .Кершнера, Дж. Клира и М. Валяха .[4]

Сложное взаимодействие системы с ее окружением отражено в определении В.Н. Садовского и Э.Г. Юдина: "...2) она образует особое единство со средой; 3) как правило, любая исследующая система представляет собой элемент системы более высокого порядка; 4) элементы любой исследуемой системы, в свою очередь, обычно выступают как системы более низкого порядка".

Это определение является основой рассматриваемой далее закономерности коммуникативности.. Согласуется с этим определением и развивает его предлагаемое в одной из методик системного анализа целей разделение сложной среды на подсистему или вышестоящие системы; нижележащие или подведомственные системы; системы актуальной или существенной среды.

Такому представлению о среде соответствует следующее определение: "...среда есть совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы".[5]

Выделяет систему из среды наблюдатель, который отделяет (отграничивает) элементы, включаемые в систему, от остальных, т.е. от среды, в соответствии с целями исследования (проектирования) или предварительного представления о проблемной ситуации.

При этом возможно три варианта положения наблюдателя, который:

может отнести себя к среде и, представив систему как полностью изолированную от среды, строить замкнутые модели (в этом случае среда не будет играть роли при исследовании модели, хотя может влиять на ее формирование);

включить себя в систему и моделировать ее с учетом своего влияния и влияния системы на свои представления о ней (ситуация, характерная для экономических систем);

выделить себя и из системы, и из среды, и рассматривать систему как открытую, постоянно взаимодействующую со средой, учитывая этот факт при моделировании (такие модели необходимы для развивающихся систем). В последнем случае практически невозможно учесть все объекты, не включенные в систему и отнесенные к среде; их множество необходимо сузить с учетом цели исследования, точки зрения наблюдателя (ЛПР) путем анализа взаимодействия системы со средой, включив этот "механизм" анализа в методику моделирования

Уточнение или конкретизация определения системы в процессе исследования влечет соответствующее уточнение ее взаимодействия со средой и определения среды. В этой связи важно прогнозировать не только состояние системы, но и состояние среды. В последнем случае следует учитывать неоднородность среды, наряду с естественно-природной средой существуют искусственные - техническая среда созданных человеком машин и механизмов, экономическая среда, информационная, социальная среда.

В процессе исследования граница между системой и средой может деформироваться. Уточняя модель системы, наблюдатель может выделять в среду некоторые составляющие, которые он первоначально включал в систему. И, наоборот, исследуя корреляцию между компонентами системы и среды, он может посчитать целесообразным составляющие среды, имеющие сильные связи с элементами системы, включить в систему.

Применения системных представлений для анализа сложных объектов и процессов рассматривают системные направления включающие в себя: системный подход, системные исследовав системный анализ (системологию, системотехнику и т. п.). За исключением системотехники, область которой ограничена техническими системами, все другие термины часто употребляются как синонимы. Однако в последнее время системные направления начали применять в более точном смысле.

Системный подход. Этот термин начал применяться в первых работах, в которых элементы общей теории систем использовались для практических приложений. Используя этот термин, подчеркивали необходимость исследования объекта с разных сторон, комплексно, в отличие от ранее принятого разделения исследований на физические, химические и др. Оказалось, что с помощью многоаспектных исследований можно получить более правильное представление о реальных объектах, выявить их новые свойства, лучше определить взаимоотношения объекта с внешней средой, другими объектами. Заимствованные при этом понятия теории систем вводились не строго, не исследовался вопрос, каким классом систем лучше отобразить объект, какие свойства и закономерности этого класса следует учитывать при конкретных исследованиях и т. п. Иными словами, термин «системный подход» практически использовался вместо терминов «комплексный подход», «комплексные исследования». [23], [29]

Системные исследования. В работах под этим названием понятия теории систем используются более конструктивно: определяется класс систем, вводится понятие структуры, а иногда и правила ее формирования и т. п. Это был следующий шаг в системных направлениях. В поисках конструктивных рекомендаций появились системные направления с разными названиями: системотехника, системология и др. Для их обобщения стал применяться термин «системные исследования». Часто в работах использовался аппарат исследования операций, который к тому времени был больше развит, чем методы конкретных системных исследований.

Системный анализ. В настоящее время системный анализ является наиболее конструктивным направлением. Этот термин применяется неоднозначно. В одних источниках он определяется как «приложение системных концепций к функциям управления, связанным с планированием» . В других -- как синоним термина «анализ систем» (Э. Квейд) или термина «системные исследования» (С. Янг). Однако независимо от того, применяется он только к определению структуры целей системы, к планированию или к исследованию системы в целом, включая и функциональную и обеспечивающую части, работы по системному анализу существенно отличаются от рассмотренных выше тем, что в них всегда предлагается методология проведения исследований, делается попытка выделить этапы исследования и предложить методику выполнения этих этапов в конкретных условиях. В этих работах всегда уделяется особое внимание определению целей системы, вопросам формализации представления целей. Некоторые авторы даже подчеркивают это в определении: системный анализ -- это методология исследования целенаправленных систем (Д. Киланд, В. Кинг).

Термин «системный анализ» впервые появился в связи с задачами военного управления в исследованиях RAND Corhoration (1948 г.), а в отечественной литературе получил широкое распространение после выхода в 1969 г. книги С. Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем».

В начале работы по системному анализу в большинстве случаев базировались на идеях теории оптимизации и исследования операций. При этом особое внимание уделялось стремлению в той или иной форме получить выражение, связывающее цель со средствами, аналогичное критерию функционирования или показателю эффективности, т, е. отобразить объект в виде хорошо организованной системы.

Так, например, в ранних руководящих материалах по разработке автоматизированных систем управления (АСУ) рекомендовалось цели представлять в виде набора задач и составлять матрицы, связывающие задачи с методами и средствами достижения. Правда, при практическом применении этого подхода довольно быстро выяснялась его недостаточность, и исследователи стали прежде всего обращать внимание на необходимость построения моделей, не просто фиксирующих цели, компоненты и связи между ними, а позволяющие накапливать информацию, вводить новые компоненты, выявлять новые связи и т. д„ т. е. отображать объект в виде развивающейся системы, не всегда предлагая, как это делать.

Позднее системный анализ некоторые исследователи начинают определять как «процесс последовательного разбиения изучаемого процесса на подпроцессы» (С. Янг) и основное внимание уделяют поиску приемов, позволяющих организовать решение сложной проблемы путем расчленения ее на подпроблемы и этапы, для которых становится возможным подобрать методы исследования и исполнителей. В большинстве работ стремились представить многоступенчатое расчленение в виде иерархических структур типа «дерева», но в ряде случаев разрабатывались методики получения вариантов структур, определяемых временными последовательностями функций. [35]

В настоящее время системный анализ развивается применительно к проблемам планирования и управления, и в связи с усилением внимания к программно-целевым принципам в планировании этот термин стал практически неотделим от терминов «целеобразование» и «программно-целевое планирование и управление». В работах этого периода системы анализируются как целое, рассматривается роль процессов целеобразования в развитии целого, роль человека. При этом оказалось, что в системном анализе не хватает средств: развиты в основном средства расчленения на части, но почти нет рекомендаций, как при расчленении не утратить целое. Поэтому наблюдается усиление внимания к роли неформализованных методов при проведении системного анализа. Вопросы сочетания и взаимодействия формальных и неформальных методов при проведении системного анализа не решены. Но развитие этого научного направления идет по пути их решения. [34]

В качестве объекта системного анализа могут быть рассмотрены любые системы, явления, а также отдельные проблемы, решение которых является особо важным в функционировании системы. Примером такого решения является, например, реализация продовольственной программы, нацеленной на удовлетворение потребностей населения продуктами питания. Это тактический уровень системного анализа, когда в качестве системы рассматривается отдельная проблема.

На современном этапе хозяйствования решения, принимаемые на тактическом уровне, наиболее распространены, что связано с постоянной необходимостью срочного разрешения тех или иных конкретных проблем: экологических, медицинского обслуживания, транспортных и других, которые возникают вследствие несовершенства хозяйственного механизма. Следует отметить, что даже успешное решение отдельных проблем не гарантирует эффективного функционирования системы в целом, чаще всего им на смену приходят новые, не менее сложные.

Стратегический уровень системного анализа предполагает расширение поиска решений, переход на качественно иной, более высокий уровень. Задача ставится таким образом, чтобы сконструировать систему с максимально возможной эффективностью, обеспечивающей отсутствие появления проблем, требующих решения на тактическом уровне. Очевидно, что подобная система явится своего рода идеалом, не достижимым в реальных условиях вследствие большого количества ограничений. Тем не менее, создание такой идеальной системы крайне полезно - она может служить своего рода эталоном, ориентиром при выборе направлений развития системы.

Реализация стратегического уровня системного анализа носит название стратегии системного проектирования и опирается на всестороннее, системное описание объекта исследования, особое место в котором занимает проблема выявления функций.

1.2 Классификация систем

Системы разделяются на классы по различным признакам, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принципы классификации. При этом систему можно охарактеризовать одним или несколькими признаками. Например, чаще всего системы классифицируются следующим образом:

по виду научного направления -- математические, физические, химические и т. п.;

по виду формализованного аппарата представления системы-- детерминированные и стохастические;

по степени организованности--хорошо организованные, плохо организованные (диффузные), самоорганизующиеся системы.

по обусловленности действия различают системы детерминированные и стохастические (вероятностные). В детерминированной системе элементы взаимодействуют точно предвиденным образом (ЭВМ); поведение стохастической системы можно предсказать лишь с некоторой вероятностью (мозг).

по происхождению различают системы естественные, созданные в ходе естественной эволюции и в целом не подверженные влиянию человека (клетка), и искусственные, созданные под воздействием человека, обусловленные его интересами и целями (машина).

по основным элементам системы могут быть разделены на абстрактные, все элементы которых являются понятиями (языки, философские системы, системы счисления), и конкретные, в которых присутствуют материальные элементы.

по взаимодействию со средой различают системы замкнутые и открытые. Замкнутая система в процессе своего функционирования использует только ту информацию, которая вырабатывается в ней самой (система кондиционирования воздуха в замкнутом объеме). В открытой системе функционирование определяется как внутренней, так и внешней, поступающей на входы, информацией. Большинство изучаемых систем являются открытыми, т.е. они испытывают воздействие среды и реагируют на него и, в свою очередь, оказывают воздействие на среду.

по степени сложности различают простые, сложные и очень сложные системы. Простые системы характеризуются небольшим числом элементов, связи между которыми легко поддаются описанию (средства механизации, простейшие организмы). Сложные системы состоят из большого числа элементов и характеризуются разветвленной структурой, выполняют более сложные функции. Изменения отдельных элементов и (или) связей влечет за собой изменение многих других элементов. Но все же отдельные конкретные состояния системы могут быть описаны (автоматы, ЭВМ, галактики). Очень сложные системы характеризуются большим числом разнообразных элементов, обладают множеством структур, не могут быть полностью описаны (мозг, хозяйство).

по естественному разделению системы делятся на : технические, биологические, социально-экономические. Технические - это искусственные системы, созданные человеком (машины, автоматы, системы связи). Биологические - различные живые организмы, популяции, биогеоценозы и т.п. Социально-экономические - системы существующие в обществе, обусловленные присутствием и деятельностью человека (хозяйство, отрасль, бригада и т.п.).

Объектом изучения системного анализа являются в большинстве своем стохастические открытые сложные и очень сложные системы любого происхождения.

Хорошо организованные системы. Представить анализируемый объект или процесс в виде «хорошо организованной системы» означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты, т. е. определить связи между всеми компонентами и целями системы, с точки зрения которых рассматривается объект или ради достижения которых создается система. Проблемная ситуация может быть описана в виде математического выражения, связывающего цель со средствами, т. е. в виде критерия эффективности, критерия функционирования системы, который может быть представлен сложным уравнением или системой уравнений. Решение задачи при представлении ее в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами формализованного представления системы. [24], [29].

Примеры хорошо организованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца; отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы уравнений, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов, нестабильности источников питания и т. п.). Для отображения объекта в виде хорошо организованной системы необходимо выделять существенные и не учитывать относительно несущественные для данной цели рассмотрения компоненты: например, при рассмотрении солнечной системы не учитывать метеориты, астероиды и другие мелкие по сравнению с планетами элементы межпланетного пространства.

Описание объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда можно предложить детерминированное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу. Попытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритериальных задач плохо удаются: они требуют недопустимо больших затрат времени, практически нереализуемы и неадекватны применяемым моделям.

Плохо организованные системы. При представлении объекта в виде «плохо организованной или диффузной системы» не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между ними и целями системы. Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенной с помощью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с некоторой доверительной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при: описании систем массового обслуживания, определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, исследовании документальных потоков информации в системах управления и т. д.

Самоорганизующиеся системы. Отображение объекта в виде самоорганизующейся системы -- это подход, позволяющий исследовать наименее изученные объекты и процессы. Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности; способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящиеся и другие подклассы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем. Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т.е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.

При применении отображения объекта в виде самоорганизующейся системы задачи определения целей и выбора средств, к; правило, разделяются. При этом задача выбора целей может быть, в свою очередь, описана в виде самоорганизующейся системы, т. е. структура функциональной части АСУ, структура целей плана может разбиваться так же, как и структура обеспечивающей части АСУ (комплекс технических средств АСУ) или организационная структура системы управления. [30].

Большинство примеров применения системного анализа основано на представлении объектов в виде самоорганизующихс систем.

Определение большой системы. Существует ряд подходе к разделению систем по сложности. В частности, Г. Н. Поваров в зависимости от числа элементов, входящих в систему, выделяет четыре класса систем: малые системы (10...10³ элементов), сложные (10⁴...10⁷ элементов), ультрасложные (10⁷. ..10³⁰ элементов] суперсистемы (10³⁰.. .10²⁰⁰ элементов). Так как понятие элемент; возникает относительно задачи и цели исследования системы, то и данное определение сложности является относительным, а не абсолютным.

Английский кибернетик С. Бир классифицирует все кибернетические системы на простые и сложные в зависимости от способа описания: детерминированного или теоретико-вероятностного. А. И. Берг определяет сложную систему как систему, которую можно описать не менее чем на двух различных математических языках (например, с помощью теории дифференциальных уравнений и алгебры Буля).

Очень часто сложными системами называют системы, которые нельзя корректно описать математически, либо потому, что в системе имеется очень большое число элементов, неизвестным образом связанных друг с другом, либо неизвестна природа явлений, протекающих в системе. Все это свидетельствует об отсутствии единого определения сложности системы.

При разработке сложных систем возникают проблемы, относящиеся не только к свойствам их составляющих элементов и подсистем, но также к закономерностям функционирования системы в целом. При этом появляется широкий круг специфических задач, таких, как определение общей структуры системы; организация взаимодействия между элементами и подсистемами; учет влияния внешней среды; выбор оптимальных режимов функционирования системы; оптимальное управление системой и др.

Чем сложнее система, тем большее внимание уделяется вышеуказанным вопросам. Математической базой исследования сложных систем является теория систем. В теории систем большой системой сложной, системой большого масштаба,(Large Scale Systems) называют систему, если она состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов и способна выполнять сложную функцию[6].

Четкой границы, отделяющей простые системы от больших нет. Деление это условное и возникло из-за появления систем. имеющих в своем составе совокупность подсистем с наличием функциональной избыточности. Простая система может находиться только в двух состояниях: состоянии работоспособности (исправном) и состоянии отказа (неисправном). При отказе элемента простая система либо полностью прекращает выполнение своей функции, либо продолжает ее выполнение в полном объеме, если отказавший элемент резервирован. Большая система при отказе отдельных элементов и даже целых подсистем не всегда теряет работоспособность, зачастую только снижаются характеристики ее эффективности. Это свойство больших систем обусловлено их функциональной избыточностью и, в свою очередь, затрудняет формулировку понятия «отказ» системы.

Под большой системой понимается совокупность материальных ресурсов, средств сбора, передачи и обработки информации, людей-операторов, занятых на обслуживании этих средств, и людей-руководителей, облеченных надлежащими правами и ответственностью для принятия решений. Материальные ресурсы -- это сырье, материалы, полуфабрикаты, денежные средства, различные виды энергии, станки, оборудование, люди, занятые на выпуске продукции, и т. д. Все указанные элементы ресурсов объединены с помощью некоторой системы связей, которые по заданным правилам определяют процесс взаимодействия между элементами для достижения общей цели или группы целей.

Примеры больших систем: информационная система; пассажирский транспорт крупного города; производственный процесс; система управления полетом крупного аэродрома; энергетическая система и др.

Характерные особенности больших систем. К подобным отличительным особенностям относятся следующие:

большое число элементов в системе (сложность системы);

взаимосвязь и взаимодействие между элементами;

иерархичность структуры управления;

обязательное наличие человека в контуре управления, на которого возлагается часть наиболее ответственных функций управления.

Сложность системы. Пусть имеется совокупность из п элементов. Если они изолированы, не связаны между собой, то эти п элементов еще не являются системой. Для изучения этой совокупности достаточно провести не более чем n исследований. В общем случае в системе связь элемента А с элементом Б не эквивалентна связи элемента Б с элементом A, и поэтому необходимо рассматривать n (n-1) связей. Если характеризовать состояние каждой связи наличием или отсутствием в данной момент, то общее число состояний (для такого самого простого поведения) системы будет равно 2^m(n-1)[29]. Даже при небольших п для больших систем (БС) это фантастическое число. Например, пусть n = 10. Число связей n(n-1) = 90. Число состояний Поэтому изучение БС путем непосредственного обследования ее состояний оказывается весьма громоздким. Следовательно, необходимо использовать ЭВМ и разрабатывать методы, позволяющие сократить число обследуемых состояний БС. Сокращение числа состояний БС -- первый шаг в формальном описании систем.

...