Прикладной системный анализ
Возникновение и развитие системных представлений. Способы воплощения моделей: модель состава системы и "черного ящика". Роль измерений в создании моделей, критериальный язык описания выбора. Декомпозиция и агрегатирование, генерирование альтернатив.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | учебное пособие |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.12.2014 |
| Размер файла | 114,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Пример. Формальный перечень типов ресурсов состоит из энергии, материи, времени, информации (для социальных систем добавляются кадры и финансы). При анализе ресурсного обеспечения любой конкретной системы этот перечень не дает пропустить что-то важное. Итак, полнота формальной модели должна быть предметом особого внимания.
Проблемы полноты моделей. Введем понятие фрейма - полной формальной модели. Полнота декомпозиции в конечном счете зависит от полноты содержательной модели, которая строится по шаблону формальной модели, но ей не тождественна. Фрейм лишь привлекает внимание эксперта к необходимости рассмотреть, что именно в реальной системе соответствует каждому из составляющих фрейм элементов, а также решить, какие из этих элементов должны быть включены в содержательную модель. Это очень ответственный элемент и очень трудный.
Вернемся к анализу целей морского флота. Фреймовая модель входов организационной системы требует определить конкретно, что понимается под «существенной средой», т.е. взаимодействие с какими реальными системами не своего ведомства должно войти в основание. Судя по результату анализа, авторы учитывали только взаимодействие морского флота с флотами других государств. Ясно, что может потребоваться учет взаимодействия с сухопутным транспортом, речным и воздушным флотами. Если возникнет вопрос о ресурсах, то потребуется учет связей с ведомствами, производящими топливо и энергию, продукты питания, услуги и т.д.
Таким образом, вопрос степени детализации содержательных моделей, в отличие от фреймовых, всегда остается открытым.
6.3 Алгоритмизация процесса декомпозиции
Компромиссы между простотой и полнотой. Начнем с рассмотрения требований к древовидной структуре, которая получится как итог работы по всему алгоритму. С одной стороны, это полнота, с другой - простота. Компромиссы между полнотой и простотой вытекают из требования: свести сложный объект анализа к конечной совокупности простых подобъектов. Компромисс достигается тем, что в модель-основание включаются только компоненты, существенные по отношению к цели анализа (релевантные). Решение вопроса о том, что же является существенным, а что нет - возлагается на эксперта.
Перейдем к вопросу о числе уровней декомпозиции. Желательно, чтобы оно было небольшим, но в случае необходимости можно продолжать декомпозицию как угодно долго до принятия решения о ее прекращении на данной ветви. Такое решение принимается в нескольких случаях. Первый, к которому мы стремимся - это когда декомпозиция привела к получению результата (подцели, подзадачи), не требующего дальнейшего разложения, т.е. результата простого, понятного, реализуемого, обеспеченного, заведомо выполнимого (например, программные модули). Будем называть его элементарным. Для некоторых задач (математических, технических) понятие элементарности может быть конкретизировано до формального признака. В других задачах оно неизбежно остается неформальным (структура правительства).
Типы сложности. Может наступить момент, когда эксперт признает, что его компетенции недостаточно для дальнейшего анализа данного фрагмента и что следует обратиться к эксперту другой квалификации (специальности). Сложность такого типа - есть сложность из-за неинформированности, которую можно преодолеть, т.е. довести процесс декомпозиции до элементарных фрагментов во всех ветвях дерева.
В действительно сложных случаях (случай большой размерности) получение вполне завершенной декомпозиции должно не радовать, а настораживать: не связана ли реальная сложность с пропущенной ветвью дерева, сочтенной экспертами несущественной. Опасность неполноты анализа следует иметь в виду всегда (примеры: проблема поворота северных рек, проблемы Байкала и Ладожского озера и т.д.). Один из приемов - предлагать экспертам рассматривать обязательно и отрицательные стороны проекта. В частности, в классификатор выходов (конечных продуктов) любой системы помимо полезных продуктов обязательно должны быть включены отходы.
Существует сложность из-за непонимания, как например, обстоит дело с шаровой молнией. Однако, если в науке она рассматривается как терпимое явление, то в управлении это неприемлемый вариант, ведущий к неприемлемой отсрочке решения. Именно поэтому в управлении нередко прибегают к волевым решениям.
Итак, если рассматривать анализ как способ сведения сложного к простому, то полное сведение сложного к простому возможно лишь в случае сложности из-за неинформированности. В случае других типов сложности анализ не ликвидирует сложность, но локализует ее. Поэтому можно сказать, что декомпозиция не дает новых знаний, а лишь структурирует и организует их, обнажая возможную нехватку знаний в виде «дыр» в этой структуре.
Блок 1. Объектом анализа может стать что угодно: любое выступление, раскрытие смысла которого требует его структурирования. На определение объекта анализа иногда затрачиваются значительные усилия. Когда речь идет о действительно сложной проблеме, ее сложность проявляется и в том, что сразу трудно сформулировать объект анализа. Даже в таком регламентированном случае, как работа министерства, формулировка глобальной цели возглавляемой им отрасли требует многократного уточнения и согласования, прежде чем станет объектом анализа.
Блок 2. Этот блок определяет зачем нужно то, что мы делаем. В качестве целевой системы выступает система, в интересах которой осуществляется весь анализ.
Блок 3. Этот блок содержит набор фреймовых моделей и рекомендуемые правила их перебора, либо обращение к эксперту с просьбой самому определить очередной фрейм.
Блок 4. Содержательная модель, по которой будет произведена декомпозиция, строится экспертом на основании изучения целевой системы. Хорошим подспорьем ему могут служить различные классификаторы, построенные в различных областях знаний.
Блоки 5-10. Были достаточно описаны ранее.
Окончательный результат анализа оформляется в виде дерева, конечными фрагментами ветвей которого являются либо элементарные фрагменты, либо сложные фрагменты, но не поддающиеся дальнейшему разложению.
6.4 Агрегатирование, эмерджентность, внутренняя целостность систем
Операцией, противоположной декомпозиции, является агрегатирование, т.е. объединение нескольких элементов в одно целое (например, периодическая система элементов). Необходимость агрегатирования может вызываться различными целями, что приводит к различным способам агрегатирования. Однако, у всех агрегатов есть одно общее свойство, получившее название эмерджентности. Это свойство присуще всем системам.
Эмерджентность как проявление внутренней целостности системы. Будучи объединенными, взаимодействующие элементы образуют систему, которая обладает не только внешней целостностью, обособленностью от окружающей среды, но и внутренней целостностью, природным единством. Если внешняя целостность отображается моделью «черного ящика», то внутренняя целостность связана со структурой системы. Наиболее яркое проявление внутренней целостности системы состоит в том, что свойства системы не являются только суммой свойств ее составных частей. Система в целом есть нечто большее, она обладает такими свойствами, которых нет ни у одной из ее частей, взятой в отдельности. Мы стремимся сделать акцент на том, что при объединении частей в целое возникает нечто качественно новое, такое, чего не было и не могло быть без этого объединения.
Пример. Пусть имеется цифровой автомат S, преобразующий любое целое число на его входе в число на единицу большее входного. Если соединить два таких автомата последовательно в кольцо, то в полученной системе обнаружится новое свойство: она генерирует возрастающие последовательности на выходах А и В, причем одна из последовательностей состоит только из четных, другая только из нечетных чисел.
Эмерджентность как результат агрегатирования. Такое «внезапное» появление новых качеств у систем и дало основание присвоить этому свойству название эмерджентности (в изобретательстве - «сверхсуммарный эффект»). Новые свойства возникают благодаря конкретным связям между конкретными элементами. Другие связи дадут другие свойства, не обязательно очевидные. Например, параллельное соединение тех же автоматов ничего не дает в арифметическом отношении, но повысит надежность вычислений.
Возникновение качественно новых свойств при агрегатировании элементов есть проявление закона диалектики о переходе количества в качество. Чем больше отличаются свойства совокупности от суммы свойств элементов, тем выше организованность системы. Новые качества систем определяются характером связей между элементами и могут варьировать от полного согласования до полной независимости частей.
Примеры. Человек - толпа - армия; муравей - муравейник; триггер - ЭВМ и т.д.
6.5 Виды агрегатирования
Как и в случае декомпозиции, техника агрегатирования основана на использовании определенных моделей исследуемой или проектируемой системы. Именно избранные нами модели жестко определяют какие части должны войти в состав системы (модель состава) и как они должны быть связаны между собой (модель структуры). Разные условия и цели агрегатирования приводят к необходимости использовать разные модели, что в свою очередь определяет как тип окончательного агрегата, так и технику его построения. В самом общем виде агрегатирование можно определить как установление отношений на заданном множестве элементов. Благодаря значительной свободе выбора в том, что именно рассматривается в качестве элемента, как образуется множество элементов и какие отношения устанавливаются на этом множестве, получается обширное количественно и разнообразное качественно множество задач агрегатирования. Отметим лишь основные агрегаты, типичные для системного анализа: конфигуратор, агрегаты-операторы и агрегаты-структуры.
Конфигуратор (совокупность языков описания системы). Всякое действительно сложное явление требует разнообразного описания. Только совместное (агрегатированное) описание в терминах нескольких качественно различающихся языков позволяет охарактеризовать явление с достаточной полнотой.
Например. Автомобильная катастрофа должна рассматриваться не только как физическое явление, вызванное механическими причинами (техническое состояние автомобиля и дорожного покрытия, силами инерции, трения, ударов и т.д.), но и как явление медицинского, социального, экономического, юридического характера. Даже движение планет имеет не только механические аспекты, но и социальные, - вспомним, какие потрясения вызвал переход от геоцентрического к гелиоцентрическому описанию этого движения. В реальной жизни не бывает проблем чисто физических, химических, экономических, общественных или даже системных - эти термины обозначают не саму проблему, а выбранную точку зрения на нее. Как отметил П. Андерсон, проблема, сколь бы сложной она не была, станет еще сложнее, если на нее правильно посмотреть. Эта многоплановость реальной жизни имеет важные последствия для системного анализа. Перед экспертом всегда встает вопрос о допустимой минимизации описания явления. При агрегатировании риск неполноты становится почти недопустимым, поскольку при неполноте речь может идти вообще не о том, что мы имеем в виду. Напротив, риск переопределения связан с большими излишними затратами.
Приведенные соображения приводят к понятию агрегата, состоящего из качественно различных языков описания системы и обладающего тем свойством, что число этих языков минимально, но необходимо для заданной цели. Будем называть такой агрегат конфигуратором.
Пример 1. Конфигуратором для задания любой точки n-мерного пространства является совокупность ее координат.
Пример 2 . В радиотехнике для описания одного и того же прибора используется конфигуратор: блок-схема, принципиальная схема, монтажная схема.
Отметим, что синтез, проектирование, производство и эксплуатация прибора возможны только при наличии всех трех описаний.
Конфигуратор, таким образом, зависит от поставленных целей. Если говорить о сбыте прибора, то в конфигуратор нужно включить язык рекламы, позволяющий описать внешний вид и потребительские качества прибора.
Пример 3. При обсуждении кандидатуры на руководящую должность каждый претендент рассматривается с учетом его профессиональных, деловых, идейно-политических, моральных качеств и состояния здоровья (характеристика - конфигуратор).
Пример 4. Опыт проектирования организационных систем показывает, что для синтеза оргсистемы конфигуратор состоит из описания распределения власти (структуры подчиненности), распределения ответственности (структуры функционирования) и распределения информации. Все три структуры не обязательно совпадают топологически, хотя связывают одни и те же части системы.
Заметим, что конфигуратор является содержательной моделью высшего возможного уровня. Как всякая модель конфигуратор имеет целевой характер и при смене цели может утратить свойства конфигуратора.
Агрегаты - операторы (конкретизация отношения между элементами). Очень часто возникает ситуация, когда совокупность данных, с которыми приходится иметь дело, плохо обозрима и эти данные нужно агрегатировать. Простейший способ агрегатирования состоит в установлении отношения эквивалентности между агрегатируемыми элементами, т.е. образовании классов (созвездия, периодическая система элементов). Классификация является важным явлением в практике и системном анализе. С практической точки зрения одной из важнейших является проблема определения к какому классу относится данный конкретный элемент.
Классификация как агрегатирование.
Примеры. Разложить окрашенные куски картона по цветам (куда отнести оранжевый?). Кого отнести в класс высоких людей? и т.д. Сложности классификации резко возрастают, если признак классификации не наблюдается непосредственно, а сам является агрегатом косвенных признаков.
Пример. Диагностика заболевания по результатам анамнеза.
Таким образом, агрегатирование в классы является эффективной, но далеко не тривиальной процедурой. Если представлять класс как результат действия агрегата-оператора, то такой оператор имеет вид
«если» <условия или признак> то <имя класса>.
Функция нескольких переменных как агрегат. Другой тип агрегата-оператора возникает, если агрегатируемые признаки фиксируются в числовых шкалах. Тогда появляется возможность задать отношение на множестве признаков в виде числовой функции многих переменных, которая и является агрегатом.
Интересно, что когда агрегат-оператор является вполне адекватной моделью системы, мы лишаемся свободы выбора функции, агрегатирующей набор переменных. Именно этот случай имеет место, когда закономерности природы отображаются безразмерными отношениями физических размерных величин. Такое, казалось бы тривиальное требование, как сохранение отношения двух числовых значений составных физических величин при изменении единиц измерения исходных величин, приводит к нетривиальному выводу: если удалось построить безразмерный степенной одночлен из размерных величин, образующих конфигуратор данного физического явления, то выявлена физическая закономерность этого явления.
Например, из того, что F/ma=c (безразмерная постоянная) следует, второй закон Ньютона. Другой редкий пример однозначности агрегата-функции дает стоимостный анализ экономических систем. Если все участвующие факторы удается выразить в терминах денежных доходов и расходов, то агрегат оказывается их алгебраической суммой.
Агрегаты-структуры (описание связей на всех языках конфигуратора). Важной формой агрегатирования является образование структур. Как и любой вид агрегата, структура является моделью системы и, следовательно, определяется тройственной совокупностью объекта, цели и средств. Это и объясняет многообразие типов структур (сети, матрицы, деревья и т.д.). При анализе мы создаем, определяем, навязываем структуру будущей проектируемой системе. Если это не абстрактная, а реальная система, то в ней возникнут, установятся и начнут «работать» не только связи, которые мы сконструировали, но и множество других, не предусмотренных нами, но вытекающих из самой природы сведенных в одну систему элементов. Поэтому при проектировании системы важно задать ее структуры во всех существенных отношениях, так как в остальных отношениях структуры сложатся сами. Совокупность всех существенных отношений определяется конфигуратором системы и отсюда вытекает, что проект любой системы должен содержать разработку стольких структур, сколько языков включено в ее конфигуратор.
Хотя можно перечислить, казалось бы, все мыслимые структуры как частные случаи полного графа, некоторые явления природы наводят на мысль, что в этом вопросе не следует спешить с окончательными выводами. Отдельные особенности живых организмов, экономических и социальных систем заставляют предположить, что даже сложнейшие существующие модели структурной организации в чем-то слишком просты.
Очевидным примером нерешенной задачи организации системы является работа мозга, хотя точно известно, что он состоит из 1010 нейронов, каждый из которых имеет 102 - 103 нервных окончаний и может находиться лишь в одном из двух состояний.
Диссипативные структуры - структуры, образующиеся в результате рассеивания (диссипации) энергии. К ним относятся некоторые недолговечные структуры, которые распадаются как только прекращается поток энергии или вещества. Одной из первых таких структур была описана ячеистая структура, образующаяся в жидкости при наличии конвекции между двумя горизонтальными плоскостями (см. рис.).
Диссипативные структуры в химии представлены реакцией Белоусова - Жаботинского (реакция окисления малоновой кислоты). Образование таких структур обусловлено тем, что некоторые химические реакции приводят к периодическим изменениям концентраций реагирующих веществ, причем эти изменения могут происходить и во времени и в пространстве. При пространственных перемещениях веществ в сосуде, где происходит реакция, образуются области, содержащие различные вещества.
Подобные процессы, по существу, лежат в основе явления жизни. Например, биение сердца является периодическим по времени процессом, который поддерживается целым комплексом осциллирующих химических реакций. К реакциям, обладающим периодичностью в пространстве, относится возникновение клеточной структуры живого организма. Такие процессы получили название автоволновых.
Может быть существуют еще не известные нам принципы самоорганизации? Может быть имеется качественная, а не количественная разница между объединениями большого числа составляющих с малым и большим числом связей для каждой из них? Подобные вопросы пока остаются без ответа.
Самоорганизация - это тоже способ агрегатирования, когда сама система устанавливает свою структуру и связи между элементами.
7. О НЕФОРМАЛИЗУЕМЫХ ЭТАПАХ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
7.1 Что такое системный анализ?
Системный анализ возник в ответ на требования практики, поставившей нас перед необходимостью изучать и проектировать сложные системы, управлять ими в условиях неполноты информации, ограниченности ресурсов, дефицита времени. Что же такое системный анализ - наука, искусство или ремесло?
Разнородные знания и системный анализ. Споры о степени научности системного анализа вызваны рядом причин. Во-первых, часто недооценивается работа, связанная с формулированием задач. Выражение «хорошо поставить задачу - значит наполовину ее решить» считается шуткой. В системном анализе акцентируется внимание на трудностях формулирования задач, на способах преодоления этих трудностей. Во-вторых, преодоление сложности, природа которой связана с неполной формализуемостью, требует систематического применения неформальных знаний и методов. Системный анализ намеренно объединяет теорию и практику, здравый смысл и абстрактную формализацию.
Системный анализ как прикладная диалектика. В-третьих, современный системный анализ уже не является эмпирическим собранием философских установок, полезных советов и рецептов, снабженных арсеналом вспомогательных математических и технических средств, с привлечением знаний из предметных наук, которые имеют отношение к рассматриваемой проблеме. Все это объединено в систему, организованную в соответствии с единой идеей. Такой идеей является диалектика. Итак, можно дать определение: системный анализ есть прикладная диалектика. Другое определение: системный анализ это методология решения проблем, возникающих в сложных системах.
7.2 Формулирование проблемы
Для традиционных наук постановка формальной задачи - начальный этап работы. В исследовании или проектировании сложной системы это промежуточный результат, которому предшествует работа по структурированию исходной проблемы.
Превращение проблемы в проблематику. Первые шаги в системном анализе связаны с формулированием проблемы. Системный аналитик знает, что формулировка проблемы заказчиком - лишь очень приближенный намек на то, какой должна быть действительная рабочая формулировка проблемы. Имеется ряд причин считать любую исходную формулировку проблемы лишь «нулевым приближением». Главная из них состоит в том, что проблемосодержащая система не является ни изолированной, ни монолитной: она связана с другими системами и входит как часть в некоторую подсистему; сама она в свою очередь состоит из частей, подсистем, в различной степени причастных к данной проблеме. Если это действительно реальная проблема и мы намерены хотя бы ослабить ее остроту, то необходимо учитывать, как это скажется на тех, кого неизбежно затронут планируемые изменения.
Таким образом, к любой реальной проблеме необходимо относиться не как к отдельно взятой, а как к «клубку» взаимосвязанных проблем. Используя для обозначения этой совокупности термин «проблематика», можно сказать, что этап формулирования проблемы состоит в определении проблематики.
Другая важная причина того, чтобы относиться к предварительной формулировке проблемы как к начальному объекту изучения и уточнения, является тот факт, что предлагаемая заказчиком формулировка является его моделью реальной проблемной ситуации. Как и всякая модель, она имеет целевой характер и является приближенной. Ее необходимо проверять на адекватность.
Итак, системное исследование всякой проблемы начинается с ее расширения до проблематики, т.е. построения систем проблем, существенно связанных с исследуемой, без учета которых она не может быть решена. Это расширение происходит как «вширь» благодаря выявлению связей проблемосодержщей системы с над- и подсистемами, так и «вглубь» в результате рассмотрения данной проблемы с точки зрения каждого из языков конфигуратора и (если необходимо) детализации исходной проблемы.
Методы построения проблематики. Для расширения проблемы нам потребуется содержательная модель над- и подсистем относительно проблемосодержащей системы. Для организационной системы формальная схема, приводящая к содержательной модели, дана на рис. (см. стр. 39). При анализе социотехнических систем часто используется подобная модель «перечень заинтересованных лиц» (stakeholders). В этот перечень рекомендуется включать:
Клиента, т.е. того, кто ставит проблему, заказывает и оплачивает системный анализ.
Лиц, принимающих решения, т.е. тех, от полномочий которых непосредственно зависит решение проблемы.
Участников, как активных, так и пассивных.
Самого системного аналитика и его сотрудников, чтобы предусмотреть возможность минимизации его влияния на остальных заинтересованных лиц. Заинтересованные лица (т.е., кто может быть наоборот и не заинтересован в решении проблемы).
По сути проблематика - это ответ на вопрос: «Какие существующие обстоятельства и прошлый опыт заставляют именно этих заинтересованных лиц, именно в данной культурной среде, включающей именно эти ценности, воспринимать данное состояние дел как проблему». Ответ на этот вопрос следует дать на всех языках конфигуратора.
При рассмотрении проблемосодержащих систем другой природы (технических, биологических, экономических) содержательные модели над- и подсистем окажутся другими, но методика определения проблематики может оставаться той же.
Строя проблематику, системный аналитик дает развернутую картину того, кто из заинтересованных лиц и в чем заинтересован, какие изменения и почему они хотят внести.
7.3 Выявление целей
Любая проблема должна быть приведена к виду, когда она становится задачей выбора подходящих средств для достижения заданных целей. Поэтому прежде всего необходимо определить цели. На данном этапе системного анализа определяется что надо сделать для снятия проблемы (в отличие от последующих этапов, определяющих как это сделать).
Главная трудность выявления цели связана с тем фактом, что цели являются как бы антиподом проблемы. Формулируя проблему, мы говорим в явной форме, что нам не нравится. Сделать это сравнительно просто, поскольку то, чего мы не хотим, существует. Говоря же о целях, мы пытаемся сформулировать, что же мы хотим. Мы должны указать направление, в котором следует «уходить» от существующей и не устраивающей нас ситуации. Трудность в том и состоит, что возможных направлений много, а выбрать нужно только одно, действительно правильное, а не кажущееся таковым.
Рассмотрим основные трудности выявления целей и методы их выявления.
Опасность подмены целей средствами. Первоначально сформулированные цели часто по мере выполнения анализа изменяются. Действительные цели, как правило, шире, чем объявленные.
Пример. Вместо проблемы «где лучше разместить новую больницу», нужно на самом деле решать проблему улучшения медицинского обслуживания населения.
Пример. Слияние мелких деревообрабатывающих предприятий в одно крупное противоречит интересам местных властей.
Часто, таким образом, средства могут приниматься за цели.
Итак, исследование целей заинтересованных в проблеме лиц должно предусматривать возможность их уточнения, расширения, или даже замены. В этом состоит одна из причин итеративности системного анализа.
Влияние системы ценностей на цели. На выбор даже конкретных, частных целей субъекта решающее влияние оказывает его общая идеология, система ценностей которой он придерживается. Наблюдаются различия в системе ценностей в государствах, исповедующих ислам и христианство и т.д. Вопрос о системе ценностей определяет выбор конфигуратора, т.е. языков, на которых будет проводиться системный анализ.
Множественность целей. Даже на самом верхнем уровне (глобальные цели), как правило, бывает несколько целей и важно не упустить какую-нибудь существенную из них. Полезными оказываются следующие способы:
включать в рассмотрение цели, противоположные заявленным (как в приведенном примере - «не строить новую больницу»);
включать «двойственные» цели (например, «минимизировать страдание» совсем не то же самое, что «максимизировать удовольствие»);
выявлять не только желаемые, но и нежелаемые по последствиям цели (чтобы как можно раньше предвидеть возникновение новых проблем - типа загрязнения окружающей среды, аварий и катастроф);
допускать вообще всякие цели.
Единственным ограничением может служить то, что цели должны излагаться в номинальной шкале, т.е. быть названиями. Употребление более сильных шкал - признак целей более низкого уровня, по существу переход от целей к критериям.
Опасность смешения целей. Различие между целями не всегда очевидно, и существует опасность ошибочно принять одни за другие. Такая ситуация возникает обычно, когда специалисты-профессионалы, участвующие в решении проблемы, навязывают свое видение мира и тем самым подменяют главные цели своими.
Пример. Операция прошла успешно, но пациент умер.
Пример. Имеется большое количество рекламных плакатов, отмеченных различными призами, но не оказавших никакого влияния на сбыт рекламируемой продукции.
На вопрос о том, что по его мнению станет главной проблемой в конце ХХ века, Эйнштейн ответил: «Совершенство средств и смешение целей». Очень похоже, что так оно и вышло.
Изменение целей со временем. Изменение целей со временем может происходить не только по форме, в силу все лучшего понимания действительных целей, но и по содержанию, вследствие изменения объективных условий или субъективных установок. Динамичность целей также должна учитываться в системном анализе.
7.4 Формирование критериев
Содержание процесса перехода от целей к критериям и многие особенности этого перехода становятся ясными, если рассматривать критерии как количественные модели качественных целей. От критериев требуется как можно большее сходство с целями, чтобы оптимизация по критериям соответствовала максимальному приближению к цели. Подчеркнем при этом, что практическое построение критериев является более искусством, чем наукой.
Причины многокритериальности реальных задач. Многокритериальность связана не только с множественностью целей, но и с тем, что одну цель редко удается выразить одним критерием. В ряде случаев это удается.
Примеры.
Уровень медицинского обслуживания оценивается по детской смертности. Такие критерии скорее исключение.
Критерий быстроты прибытия пожарных не адекватен цели борьбы с пожарами.
Объем расходов на одного студента не оценивает качества обучения и т.д.
Решение может состоять не только в поиске более адекватного критерия, но в использовании нескольких критериев, описывающих одну цель по-разному и дополняющих друг друга.
Критерии и ограничения. Дело не только и не столько в том, сколько мы имеем критериев, важно, чтобы они достаточно полно «покрывали» цель. Это значит, что критерии должны описывать все важные аспекты цели, но при этом их количество должно быть минимальным. Последнее требование удовлетворяется, если критерии являются независимыми, не связанными друг с другом. Для выполнения требования полноты необходимо использовать достаточно полные модели рассматриваемой ситуации.
Наиболее часто в практике используются следующие критерии: прибыль, стоимость, количество продукции, эффективность функционирования, надежность, живучесть, безопасность и т. п.
Не следует слишком критически относиться к расхождению между критериями и целями. Древняя поговорка гласит: «Можно много пройти в башмаках, которые немного жмут».
7.5 Генерирование альтернатив
Формирование множества альтернатив является наиболее трудным этапом системного анализа. Генерирование альтернатив, т.е. идей о возможных способах достижения цели является творческим процессом.
Способы увеличения числа альтернатив. Важно сознательно генерировать как можно большее число альтернатив. Для этого существуют известные способы:
а) патентно-информационный поиск;
б) привлечение экспертов;
в) комбинирование альтернатив;
г) модификация известной альтернативы;
д) включение противоположных альтернатив, в том числе и нулевой (не делать ничего);
е) анкетные опросы;
ж) рассмотрение «глухих» альтернатив;
з) генерирование альтернатив, рассчитанных на разные интервалы времени (долгосрочные, краткосрочные, экстренные).
Создание благоприятных условий. При организации работы на этапе генерирования альтернатив следует помнить о существовании факторов, как тормозящих творческую работу, так и способствующих ей. Выделяют внутренние (психологические) и внешние факторы.
Внутренние факторы:
а) последствия неправильного восприятия действительности;
б) интеллектуальные преграды (инерционность мышления, довлеющие стереотипы, подсознательные самоограничения);
в) эмоциональные преграды (боязнь критики).
Внешние факторы: замечено, что даже физические (погодные и климатические) условия сказываются на производительности творческого труда (Болдинская осень Пушкина). Некоторые исследователи считают, что существует связь между творческой деятельностью целых народов и географическими условиями их жизни. Известно также отрицательное влияние шума, неудобства и т.д. Наиболее сильное влияние на индивидуальное творчество оказывают общественные условия, общий культурный фон, идейная атмосфера, одобрение определенной социальной группы.
Способы сокращения числа альтернатив. Для некоторых проблем количество альтернатив может достигать многих десятков. Подробное изучение каждой альтернативы потребует неприемлемых затрат времени и средств. В таких случаях рекомендуют провести «грубое отсеивание», не сравнивая альтернативы количественно, а лишь проверив их на присутствие некоторых качеств, желательных для любой приемлемой альтернативы. К признакам «хороших» альтернатив относят устойчивость, надежность, многоцелевую пригодность, адаптивность. В отсеве может помочь обнаружение таких признаков, как отрицательные побочные эффекты, высокая стоимость и т.п.
Рассмотрим некоторые хорошо зарекомендовавшие себя на практике организационные формы генерирования альтернатив.
Мозговой штурм. Метод мозгового штурма специально разработан для получения максимального количества альтернатив. Техника такова: собирается группа лиц, отобранных для генерации альтернатив. Главный принцип отбора - разнообразие профессий, квалификации, опыта. Сообщается, что приветствуется любая идея, возникшая как индивидуально, так и по ассоциации при выслушивании предложений других участников. Каждую идею рекомендуется записать на отдельной карточке. Категорически запрещается любая критика - это важнейшее условие мозгового штурма. После проведения штурма все карточки собираются, сортируются и анализируются, обычно другой группой экспертов.
Синектика предложена для генерирования альтернатив путем ассоциативного мышления, поиска аналогий поставленной задаче. В отличие от мозгового штурма здесь целью является не количество альтернатив, а генерирование небольшого числа альтернатив (или предложений), разрешающих данную проблему. Эффективность синектики особенно высока при решении конкретных технических проблем типа «изобрести более прочную крышу», «разработать способ очистки семян подсолнечника» и т.д. Суть синектики: формируется группа из 5 - 7 человек, отобранных по признакам гибкости мышления, практического опыта, психологической совместимости, общительности, подвижности (что очень важно). Группа ведет систематическое направленное обсуждение любых аналогий с подлежащей решению проблемой, спонтанно возникающих в ходе беседы. Перебираются все мыслимые виды подобия (прямое, косвенное, условное, в том числе фантастическое). Особое значение синектика придает аналогиям, порожденным двигательными ощущениями. Это вызвано тем, что наши природные двигательные рефлексы сами по себе высокоорганизованны и их осмысление может подсказать хорошую системную идею.
Успеху работы синектической группы способствует:
Запрещено обсуждать достоинства и недостатки членов группы.
Каждый имеет право прекратить работу без каких-либо объяснений при малейших признаках утомления.
Роль ведущего периодически переходит к другим членам группы.
В отличие от мозгового штурма при использовании синектики требуется специальная и длительная подготовка.
Морфологический анализ - состоит в выделении всех независимых переменных проектируемой системы, перечисления возможных значений этих переменных и генерировании альтернатив перебором всех возможных сочетаний этих значений.
Пример таблица «виды энергии - виды транспортных средств».
Деловые игры - имитационное моделирование реальных ситуаций, в процессе которого участники игры ведут себя так, будто они в реальности выполняют эту роль, причем реальность заменяется некоторой моделью. Примерами являются штабные игры и маневры военных, работа на тренажерах операторов технических систем (летчиков, диспетчеров и т.д.). Несмотря на то, что обычно деловые игры используются для обучения, их можно использовать и для экспериментального генерирования альтернатив, особенно в слабо формализованных ситуациях.
7.6 Алгоритмы проведения системного анализа
Совершенствование любой деятельности состоит в ее алгоритмизации, т.е. в совершенствовании технологии. Ранее мы рассмотрели несколько вариантов алгоритма системного анализа. Системный аналитик может пользоваться той или иной последовательностью действий, в зависимости от типа решаемой проблемы. Перечислим основные средства исследования систем (этапы системного анализа), т.е. блоки, из которых может состоять процедура анализа конкретной системы:
Определение конфигуратора.
Определение проблемы и проблематики
Выявление целей.
Формирование критериев.
Генерирование альтернатив
Построение и использование моделей.
Оптимизация.
Выбор.
Декомпозиция.
Агрегатирование.
Исследование информационных потоков.
Исследование ресурсных возможностей.
Наблюдения и эксперименты над исследуемой системой.
Реализация, внедрение результатов системного анализа.
Итак, исследование каждой системы проводится с использованием любых необходимых методов и операций системного анализа, а их конкретная последовательность определяется ведущим исследование системным аналитиком и во многом носит приспособленный именно к данному случаю характер. Поэтому, в системном анализе переплетаются особенности, присущие как науке, так и искусству.
7.7 Рабочие этапы реализации системного анализа
Первоначально целесообразно установить принципиальную последовательность этапов системного анализа (СА). Каждый автор предлагает свою классификацию, отражающую сферы его деятельности. При рассмотрении авторских классификаций выявляются большая общность воззрений и принципиальное единство подходов к разделению СА на этапы. В табл. 7.1 представлены классификации советско-российских и американских исследователей, представляющих различные школы СА.
I. Вопрос о том, существует ли проблема, имеет первостепенное значение, поскольку приложение огромных усилий к решению несуществующих проблем отнюдь не исключение, а весьма типичный случай. Надуманные проблемы маскируют актуальные проблемы. Правильное и точное формулирование проблемы является первым и необходимым этапом системного исследования и, как известно, может быть равносильно половине решения проблемы.
II. Чтобы построить систему, проблему надо разложить на комплекс четко сформулированных задач. 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).
III. Произвол в выделении подсистем и реализуемых в них процессов неизбежно обрекает СА на неудачу. Выявление целей и процессов развития требует не только строгости логического мышления, но и умения найти контакт с работниками управления.
IV. Формировать общие цели организации и особенно конструировать критерий эффективности системы никоим образом нельзя, основываясь лишь на общественном мнении.
V. Цели системы могут быть настолько отдалены от конкретных средств их достижения, что выбор решения требует большой трудоемкости по увязке цели со средствами ее реализации путем декомпозиции целей. Это важная работа является центральной в СА. Она породила метод дерева целей, который является главным, если не единственным достижением СА.
VI. В системах непроизводственных (образование, здравоохранение и пр.) выразить явным образом цель и критерий эффективности развития логически не удается. Здесь неприемлем анализ «от естественных потребностей человека» в связи с их непрерывным развитием и изменением. Надо идти традиционным путем от анализа существующего положения, достигнутого уровня и последовательного прогноза.
VII. СА, как правило, имеет дело с перспективой развития. Поэтому максимальный интерес представляет любая информация о будущем -- ситуациях, ресурсах, открытиях и изобретениях. Поэтому прогнозирование есть важнейшая и сложнейшая часть СА.
VIII. Целый ряд социальных, политических, моральных, эстетических и других факторов, которые нельзя не принимать во внимание в СА (они иногда решающие) не исчисляются количественно. Единственный способ их учета -- это получение субъективных оценок экспертов. Поскольку СА, как правило, имеет дело с неструктуризованными или слабо структуризованными, т.е. лишенными количественных оценок, то получение оценок специалистов и их обработка представляются необходимым этапом СА большинства проблем.
IX. Несоответствие потребностей и средств удовлетворения составляют закон и важнейший стимул социально-экономического развития. Поскольку понятия цели и средств их достижения неотделимы, то центральным моментом принятия решений в СА является усечение целей -- отсечение тех целей, которые признаны малозначащими или не имеющими средств для достижения, и отбор конкретных. В СА «инженерного» типа отбор альтернатив считается самой важной, если не единственной задачей СА!
X. Проблемы народнохозяйственного управления, решаемые методами СА, возникают в реально существующих органах управления. Задачей СА большей частью является не создание нового органа управления, а усовершенствование существующих. Поэтому возникает необходимость в диагностическом анализе органов управления, направленном на выявление их возможностей, недостатков и т.д. Новая система будет эффективно внедряться в том случае, если она облегчает работу органа управления.
XI. Результаты СА получаются в рамках системных понятий. Для практического планирования они должны быть переведены на язык социально-экономических категорий. В результате решения задач СА крупных народнохозяйственных проблем создаются комплексные программы развития.
XII. СА имеет ряд специфических методов и приемов проектирования эффективных органов управления, ориентированных на цель, т.е. создание и использование определенной системы в народном хозяйстве.
Большинство перечисленных методов разработано задолго до появления СA и использовалось самостоятельно. Однако в ряде случаев системная методология позволяет более точно очертить круг задач, наиболее эффективно решаемых каждым методом. В отношении некоторых методов СА позволил несколько переоценить и переосмыслить их значение, границы применимости, найти типовые постановки задач, решаемых данным методом.
7.8 Некоторые практические результаты применения системного анализа
1. При строительстве ВАЗа предусмотрели столовые, рассчитанные на то, чтобы все рабочие смены могли пообедать одновременно. Проверено: за 18 минут в этих столовых свободно обедают сразу 30 тыс. человек. Но представьте, каких размеров должны быть столовые, чтобы вместить сразу 30 тыс. человек. Конечно, огромных. И такие огромные залы используются всего два раза в сутки. Экономично ли?
С точки зрения людей, видящих перед собой только одну столовую,-- невыгодно. Не укладывается в сознании таких экономистов-несистемщиков, противоречит здравому смыслу. Но подойдем к вопросу с иной позиции. Будем рассматривать его не изолированно, а в комплексе, в единой системе со всем производством. При этом учтем все многообразие факторов -- технических, технологических, экономических, психологических и т.п. -- и, допустим, ради кажущейся выгоды откажемся от таких столовых. Пусть, скажем, главный конвейер останавливается на обед в одно время, а конвейер кузовного производства -- в другое. Рабочая смена пройдет в столовую в две очереди, а ее зал можно уменьшить наполовину. Выгодно? Вроде бы да. Но не торопитесь с выводами!
На тот час, когда смена с кузовного производства будет обедать, а главный конвейер работать, нужен дополнительный задел. А ведь с конвейеров завода сходит одна машина каждые 25 секунд. Каким же должен быть задел во время обеда корпусников, во что он обойдется? И где его разместить, в каких помещениях? На автозаводе все -- на подвесных конвейерах в огромных корпусах. Значит, чтобы сэкономить площадь столовой, пришлось бы увеличить площадь цехов.
Но здание цеха не то, что здание столовой. Цех -- это мощные пролетные строения 14-метровой высоты да еще столько же в подвале, где размещаются подсобные службы. И строительство, и содержание таких помещений обойдется несравненно дороже, чем столовых, И выходит, что со всех точек зрения куда выгоднее строить столовые с расчетом на целую смену. Прийти к такому выводу помог системный подход.
Как видно, системный подход не есть какое-то открытие, позволяющее делать принципиально новое, а лишь систематизация здравого смысла, объединение предметов или знаний о них путем установления существенных связей между ними. При таком синтезе требуется мудрая дальновидность, умение связывать близкие цели с дальними, технические и экономические перспективы с экологическими и социальными.
2. В столице Швеции Стокгольме недавно была организована выставка драгоценных камней из Республики Шри-Ланка. Главное внимание посетителей привлекал знаменитый голубой сапфир «Звезда Ланки» массой в 392 карата и стоимостью в 420 тыс. дол.
Организаторы выставки весьма оригинально решили проблему охраны столь редких экспонатов. В витрину с драгоценными камнями они поместили трех ядовитых змей. «Мы подобрали самых ядовитых, самых смертоносных и наиболее быстрых змей, -- заявил шведский специалист по змеям Уле Рузенквист. -- Мы их специально не кормили в течение недели, чтобы они были в форме».
ЛИТЕРАТУРА
1. Тарасенко Ф.П. Прикладной системный анализ. - Томск: Изд-во НТЛ, 2004
2. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ.- М.: Высшая школа, 1989.
3. Спицнадель В.Н. Основы системного анализа: Учеб. пособие.-- СПб.: «Изд. дом «Бизнес-пресса», 2000 г. -- 326 с.
4. Винер Н. Кибернетика.- М.: Сов. радио, 1968.
5. Винер Н. Кибернетика и общество.- М.: ИЛ, 1953.
6. Джонс Дж. Методы проектирования.- М.: Мир, 1986.
7. Мороз А.И. Курс теории систем.- М.: Высшая школа, 1987.
8. Ефимов А.Н. Элитные группы и их возникновение // Знание - сила, 1988, № 1.
9. Вентцель Е.С. Исследование операций.- М.: Наука, 1988.
10. Альтшуллер Г.С. Найти идею.- Новосибирск: Наука, 1986.
11. Хилл П. Наука и искусство проектирования.- М.: Мир, 1973.
12. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса.- М.: Мир, 1986.
13. Черняк Ю.И. Системный анализ в управлении экономикой. М.: Экономика, 1975
14. Сарычева, О.М. Теория систем и системный анализ : конспект лекций / О.М. Сарычева. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. - 116 с.
15. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере: Учебное пособие.- М.: Издательский центр «Академия», 2003.-512 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определения, необходимые для понимания процесса проектирования реляционных баз данных на основе нормализации. Декомпозиция без потерь по теореме Хита. Аномальные обновления. Разработка моделей базы данных и приложений, анализ проблем при их создании.
презентация [168,3 K], добавлен 14.10.2013Изучение модели "черного ящика" как системы, обеспечивающей доступ к входным и выходным величинам без раскрытия структуры внутренних процессов. Общая классификация и описание вирусов и антивирусных программ. Анализ содержания программы "Консультант плюс".
контрольная работа [26,7 K], добавлен 09.12.2011Общее понятие о корпусе системного блока. Сравнительный анализ характеристик и рабочие параметры корпусов моделей HuntKey H403, AeroCool Vx-E Pro, Zalman Z7 Plus, Exegate 6899 B 450W, Antec Df-35, NZXT TEMPEST EVO, Thermaltake V6, Gigabyte 3Dmercury.
курсовая работа [80,7 K], добавлен 14.04.2014Современные системы управления базами данных (СУБД). Анализ иерархической модели данных. Реляционная модель данных. Постреляционная модель данных как расширенная реляционная модель, снимающая ограничение неделимости данных, хранящихся в записях таблиц.
научная работа [871,7 K], добавлен 08.06.2010Понятие электронного учебника, его сущность и особенности, назначение и использование, сфера применения. Модель структурирования системы и обоснование ее выбора. Проектирование системы управления и ее структурных единиц. Декомпозиция системы на модули.
курсовая работа [32,5 K], добавлен 15.02.2009Прикладное программное обеспечение, его виды, классификация, тенденции развития: редакторы документов, табличные процессоры, графические редакторы, правовые базы данных, системы автоматизированного проектирования. Роль и назначение системных программ.
реферат [26,1 K], добавлен 29.11.2012Вершина в заданном графе с различным количеством вершин. Результаты обработки графа программой MyProject.exe. Сопряжение модулей программы. Модуль вывода матрицы смежности. Тесты черного ящика. Комбинаторное покрытие условий тестами черного ящика.
курсовая работа [44,8 K], добавлен 13.10.2012Основные понятия моделирования, виды моделей. Программа моделирования электрических и электронных цепей PSpice. Язык описания заданий на моделирование. Программа Probe и ее основные характеристики. Моделирование электромеханических преобразователей.
статья [522,6 K], добавлен 20.07.2012Разработка проекта прикладной системы, поддерживающей основную деятельность организации по продаже программного обеспечения и автоматизирующей рабочее место менеджера по продажам. Функциональная декомпозиция системы. Построение контекстной диаграммы.
курсовая работа [579,6 K], добавлен 04.05.2015Понятие информационной безопасности. История развития криптографии. Функции информационных моделей. Переменные, используемые при разработке прикладной программы для шифрования и дешифрования сообщений с помощью шифра Цезаря. Блок-схема общего алгоритма.
курсовая работа [975,5 K], добавлен 11.06.2014Характеристика реляционной, иерархической и сетевой моделей баз данных. Анализ методов проектирования (декомпозиция, синтез, объектная связь), организации, обновления, восстановления, ограничений, поддержания целостности данных на примере СУБД Ms Access.
дипломная работа [347,4 K], добавлен 13.02.2010Постановка задачи. Математическое обоснование. Последовательность разбиений множества. Язык программирования. Реализация алгоритмов. Генерирование разбиений множества. Генерирование всех понятий.
курсовая работа [29,9 K], добавлен 20.06.2003Устройство и архитектуры системных плат персональных компьютеров. Назначения компонентов системных плат ПК стандартов AT, ATX и NLX). Основные признаки системных плат ПК стандартов AT, ATX, NLX. Определение стандарта и форм-фактора системных плат.
лабораторная работа [20,0 K], добавлен 04.06.2012Исследование моделей и сервисных функций ТВ тюнеров. Выбор тюнера и сопутствующего оборудования для установки в школе. Описания набора разъемов, пульта управления, кабелей. Установка тюнера в системный блок компьютера. Настройка программного обеспечения.
отчет по практике [259,8 K], добавлен 15.01.2015Проектирование функциональной и информационной моделей приложения с помощью AllFusion Process Modeler 7. Декомпозиция контекстной диаграммы "Обучение и тестирование". Логическая модель обучающей информационной системы. Тестирование программного продукта.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 18.01.2017Общий анализ технологического процесса, реализуемого агрегатом, целей и условий его ведения. Разработка структурной схемы объекта управления. Идентификация моделей каналов преобразования координатных воздействий. Реализация моделей и их адекватность.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 29.09.2013Описание разработки универсального языка для моделирования учебных бизнес-процессов в рамках проекта по разработке "Студии компетентностных деловых игр". Создание графа метамодели и визуальных представлений объектов. Модель точки принятия решения.
отчет по практике [3,7 M], добавлен 08.10.2014Создание сети подпроцессов. Определение цели, владельца и показателей процесса. Описание функций и потоков данных между ними. Управление проектированием с помощью IDЕF3. Применение логических операторов "И", "ИЛИ". Декомпозиция моделей процессов в АRIS.
контрольная работа [484,8 K], добавлен 05.06.2016Понятие и разновидности, подходы к формированию инфологических моделей. Модель информационной системы Захмана, направления ее развития и анализ результатов. Компоненты инфологического уровня описания предметной области. Сбор требований пользователей.
презентация [136,3 K], добавлен 19.08.2013Практичні прийоми відтворення на ЕОМ математичних моделей типових нелінійностей. Параметри блоків Sine Wave, XY Graph та Saturation. Побудова статичних і динамічних характеристик математичних моделей. Визначення кроку та інтервалу часу моделювання.
лабораторная работа [1,5 M], добавлен 17.05.2012
