Идентификация систем.

Лекция 1

1.1. Базисные определения теории систем

Потребность в использовании понятия “система” возникла для объектов различной физической природы в глубокой древности: еще Аристотель обратил внимание на то, что целое (т.е. система) несводимо к сумме частей, его образующих.

Понятие “система” широко используется в различных областях знаний, и особое значение оно приобрело в управлении. Это объясняется тем, что управление современными предприятиями и экономикой стран становится всё более сложным, подвижным и изменчивым. При этом структуры управления имеют тенденцию к усложнению, по мере возрастания количества управляемых материальных систем. Но, с другой стороны, технический прогресс в развитии сложных систем генерирует и новые потребности в реальном управлении.

Нельзя хорошо управлять плохими системами, и не может быть хороших материальных систем, если они становятся неуправляемыми. Примеров же несоответствия можно обнаружить достаточно много в реальных условиях. Например, в области автомобильного транспорта мы имеем хороший автомобильный парк, но слабо организованную систему управления автомобильными потоками.

Первичным, для управления, всё-таки следует считать материальную систему, которая, в принципе, может быть и неуправляемой. Простейшее определение такой системы будет следующее.

«Система – это некоторое объединение сущностей, образующее единство». Единство может выражаться различным образом, в зависимости от целей анализа объекта, который интересует исследователя аналитика. И это зависит от тех принципов, которыми руководствуется исследователь, анализирующий реальный объект.

Таким образом, возникает идея «системного анализа», которая фигурирует и в наше время достаточно самостоятельно как отдельная дисциплина. Рассмотрим, для начала, методику и алгоритмы и формализации системного анализа.

Причины образования системы являются узловыми в системе теорий. Само вовлечение компонентов в систему или выбор их из имеющегося множества происходит до формирования и в процессе формирования цели на основе исходной потребности. Таким образом, потребность есть причинный системообразующий фактор, а цель — функциональный фактор.

Мы будем использовать понятие системы, которое учитывает та важные составляющие любого материального объекта, как элемент, взаимодействие, целеполагания и т.д. (рис. 1.1.1.).

Система — множество составляющих единство элементов, их связей и взаимодействий между собой, между ними и внешней средой, образующих присущую данной системе целостность, качественную определённость и целенаправленность.

5

Системой может являться любой объект живой и неживой природы, общества, процесс или совокупность процессов, научная теория и т.д. если в них определены элементы, образующие единство (целостность) своими связями и взаимодействиями, что создает в итоге совокупность свойств, присущих только данной системе и отличающих ее от других систем (свойство эмержентности).

Рис.1.1.1. Структура понятия «система».

В каждом отдельном исследовании конкретной системы, при проведении системного анализа, проводится полезная для цели исследования декомпозиция объекта.

То есть система разделяется на относительно самостоятельные части для изучения их самих и для анализа зависимостей между частями системы.

Таким образом, происходит переход от конкретного знания к знанию абстрактному, то есть такому, которое возникает на основе исследования реальности и закрепления этих знаний в адекватной формальной форме, полезной для практического использования.

Термин «теория» в переводе с греческого и означает «представление». Научная теория отличается от субъективных представлений тем, что выстраивается устойчивая система знаний, закреплённая соответствующей системой абстрактных моделей.

Первичные математические формализации на языке теории отношений развиваются следующим образом.

Представим систему как совокупность элементов и связей, обладающую единством в отношении назначения, устройства, целей функционирования. При этом, под элементом будем понимать некоторую относительно самостоятельную сущность, а под связью некоторое устойчивое отношение одной сущности относительно другой. Устойчивые отношения между связями и элементами образуют структуру системы.

6

Запишем данное определение на формальном языке теории отношений в так называемой “кортежной форме”, то есть, в порядке перечисления выделенных элементов и связей:

Σ : {{ M}, {x}, F} (1.1.)

Здесь: Σ - знак, означающий “система;

: - знак раскрытия системы;

{ } - знак раскрытия системы;

{M} – множество совокупностей;

{x} - множество связей;

F - обобщённая функция системы.

Кортежные записи весьма удобны для первого представления систем, поскольку дают общее представление о декомпозиции системы на составляющие её блоки различной природы и о некоторых особенностях рассматриваемых структур.

“Теория систем и системный анализ” является концептуальной дисциплиной, которая формирует определённые представления об окружающей реальной действительности и о путях её развития и совершенствования.

Системный анализ - это научная дисциплина, которая занимается проблемами принятия решений в условиях изучения большого количества информации различной природы. При этом выделяется наиболее важная, существенная информация, полезная для изучения и решения проблем повышения эффективности объектов и процессов.

Существенная информация определённым образом структурируется — выделяются устойчивые связи, уровни иерархии, зависимости между элементами системы. Для этой цели используются принципы системного подхода.

Структурированная совокупность таких принципов называется системным подходом.

Под системным подходом мы понимаем рассмотрение реальной системы на основе некоторых устойчивых и полезных для практики принципов анализа системы, с целью выявления, а затем и решения системных проблем.

На основе практики использования принципов системного подхода постепенно вырабатываются определённые алгоритмы системного анализа, а затем и системного синтеза, который используется для создания более совершенных систем конкретного назначения.

В итоге системного анализа мы можем представить саму систему и ее проблемы более отчётливо, и, то же время, упростить реальность до такого состояния, при котором можно оперировать численными оценками.

Для этой цели используются модели.

Модель - это некоторое существенное описание или представление реальной или “будущей” действительности (в целом или в её частях), полезное для решения системных проблем.

Модель позволяет исследовать различные состояния системы теоретически, руководствуясь полученными экспериментальными данными и обнаруженными закономерностями поведения системы.

Для проведения системного анализа необходима некоторая концепция, определённые позиции по отношению к признакам системы, а если говорить более конкретно, то необходимо разработать принципы системного подхода для решения проблем конкретной системы.

7

Принципы системного подхода - это некоторые утверждения общего характера, которыми руководствуется специалист, исследующий или создающий систему конкретного назначения.

Можно выделить наиболее общие принципы системного подхода, которые названы основными.

Это следующие принципы.

1. Принцип конечной цели, или приоритет глобальной цели. Означает, необходимость выделения глобальной цели и подчинение ей остальных целей, которые должны способствовать достижению глобальной цели, или, по меньшей мере, не противоречить главной цели.

2. Принцип единства, то есть рассмотрение системы как целого и как совокупности частей Отдельные части системы не должны нарушать гармонии целого.

3. Принцип связности рассмотрение любой части системы совместно с её связями и окружением. Это означает, что надо всёгда учитывать влияние даже одного элемента на характеристики всей системы и, наоборот влияние на отдельный элемёнт всего окружения, что не всегда очевидно.

4. Принцип иерархии - заключается в признании её полезности для ранжирования частей и элементов по степени их значимости для системы, и в создании систем со сложной структурой. Особенно это относится к системам управления.

5. Принцип функциональности – означает совместное рассмотрение структуры и функций с приоритетом функции над структурой. Практически это означает проверку структуры на её соответствие функции, а не наоборот

6 Принцип развития - учет изменяемости самой системы с течением времени и с учётом влияния внешней среды.

7.Принцип децентрализации - полезность снижения числа уровней иерархии. Наиболее широко наблюдается реализация принципа в практика разукрупнения крупных компаний, которые предоставляют своим филиалам полную экономическую самостоятельность, оставляя за собой только функции влияния и поддержки.

8.Принцип неопределённости – это признание необходимости учета неопределённостей при исследовании и проектировании систем.

9.Принцип модульного построения систем – состоит в рекомендации формирования систем и процессов путем объединения отдельных, относительно автономных частей.

Это обеспечивает возможности совершенствования систем и удобство в использовании путём замены модулей и их модернизации.

Кроме основных принципов, используются и дополнительные принципы, число которых ничем не ограничивается, и определяется с точки зрения полезности и целесообразности в связи с решением конкретной задачам.

Дополнительные принципы, в своей основе, часто генерируются в связи с разработкой новых и идей по развитию и совершенствованию систем конкретного назначения.

Например, принципы информационного управления организованными системами ориентированы на принципиально новый подход к решению, как технических, так и организационных задач, на основе использования компьютерной техники и соответствующего программного обеспечения.

Принципы системного подхода используются для проведения системного анализа систем, с целью их анализа и последующего синтеза обновлённых и более совершенных систем.

8

В современном понимании, системный анализ — это научная дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решения в условиях анализа большого количества информации различной природы.

Из этого определения следует, что целью применения системного анализа к конкретной проблеме является повышение степени обоснованности принимаемого решения, расширение множества вариантов, среди которых производится выбор, с одновременным указанием способов отбрасывания тех из них, которые заведомо уступают другим.

В максимально упрощенном виде системный анализ — это некоторая методика, позволяющая не упустить из рассмотрения важные стороны и связи изучаемого объекта, процесса, явления.

В системном анализе могут быть выделены методология, аппаратная реализация, опыт применения в различных областях знания и практики.

Рассмотрим последовательно эти три его составляющие.

Методология, в определенном смысле, есть базовое начало системного анализа. Она включает определения используемых понятий, принципы системного подхода, а также постановку и общую характеристику основных проблем организации системных исслёдований.

Определения в методологии обычно даются на словесно-интуитивном уровне и, как правило, обладают свойством конструктивности.

Общепринятые определения создают язык данной науки, влияют на научное мышление. В системном анализе процесс выработки единых определений не закончен и весьма актуален в связи с междисциплинарным характером исследований.

Принципы системного подхода это некоторые положения общего характера, являющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами. Часто их иногда называют ядром методологии.

Постановка и характеристика проблем системных исследований (например, целенаправленная структуризация, оптимальное чередование исполнительских и управленческих операций, задача о системе с плавающей границей между ней и внешней средой и др.) составляют в настоящее время наименее освещённую часть методологии системного анализа.

Под аппаратной реализацией будем понимать стандартные приемы моделирования принятия решения в сложной системе и общие способы работы с этими моделями.

Модель строится в виде связных множеств (в простейшем случае — цепочек) отдельных процедур. Системный анализ исследует как организацию таких множеств, так и вид отдельных процедур, которые максимально приспосабливают для принятия согласующих и управленческих решений в сложной системе.

Модель принятия решения чаще всего изображается в виде схемы с ячейками, связями между ячейками и логическими переходами;

Ячейки содержат конкретные действия-процедуры, которые могут иметь весьма разнообразный характер. Совместное изучение процедур и их организации вытекает из того, что, без учета содержания и особенностей ячеек, разработка схем оказывается невозможным.

Названные схемы определяют стратегию принятия решения в сложной системе. Именно с проработки связного множества основных процедур принято начинать решение конкретной прикладной задачи. Говоря об отдельных процедурах, скажем, что основной из их многочисленных классификаций является деление на формализуемые и неформализуемые процедуры (операции).

9

Важным тезисом является то, что в отличие от большинства научных дисциплин, стремящихся к формализации, системный анализ допускает, что отнюдь не всё следует систематизировать и дополнять строгими правилами действий.

Утверждается, что, в определенных ситуациях, неформализуемые решения, принимаемые человеком, являются более предпочтительными, и активность человека внутри сложной системы может определять успех работы с ней.

Таким образом, системный анализ рассматривает совместно, в совокупности, формализуемые и неформализуемые процедуры, и одной из его задач является определение их оптимального соотношения.

Формализуемые стороны отдельных операций, как правило, лежат в области прикладной математики и требуют использования средств вычислительной техники. В ряде случаев математическими методами исследуется связное множество процедур, а иногда производится и само моделирование принятия решения.

Всё это позволяет говорить о традиционно математической основе системного анализа. Высокий уровень абстрагирования, который обеспечивает математика, позволяет, в большинстве ситуаций, такие возможности, что и фундаментально-прикладные, и даже чисто вычислительные исследования, как правило, выполняются безотносительно к тому, как их результаты будут использоваться дальше.

Скажем так: вопросы удобной записи и передачи данных, оценки количества информации и его уменьшения, передачи управления в другую задачу или человеку - традиционно считаются лежащими вне математики, но образуют существенные звенья системного анализа.

Наиболее близки к системной постановке вопросов такие области прикладной математики, как исследование операций и системное программирование. Изложение системного анализа во многом основано именно на том, как рассматриваются и решаются системные задачи в этих областях. Следует отметить, что в системном анализе существует и другое направление, берущее свое начало в исследовании сложных, многоаспектных проблем социологии, философии, других гуманитарных наук.

Таким образом, названные два базовых начала практически едины в области методологии, но заметно расходятся в методах (аппаратной реализации) и, особенно, в приложениях.

Для первого из них характерно насыщение формализованными операциями, использование ЭВМ, математизация знаний, низкая степень неопределенности в сочетании с конкретностью исходных данных и целей, а также относительно жесткая внутренняя структура системы.

Для второго – типичен эвристический подход в формировании идей и сущности решений.

Третья часть системного анализа - опыт его применения в различных областях — чрезвычайно обширна по содержанию.

Важнейшими разделами являются научно-технические разработки и различные задачи экономики.

Системный анализ обеспечивает первичную подготовку для решения самых различных задач, в том числе и задач управления.

Структура управления и структура управляемой системы должны быть идентичны в смысле соответствия друг другу.

Определение идентичности моделей систем и процессов их реальным проблемным объектам, подлежащих изучению и исследованию, - является одной из важных системного анализа.

10

Лекция 2