Основы теории систем и системного анализа

Метод Дельфи предполагает проведение нескольких туров. На первом туре членам творческой группы (экспертам) раздаются анкеты с вопросами, качающимися решаемой задачи. После того как каждый эксперт анонимно выскажет свое мнение, ответив на вопросы предложенной ему анкеты, суждения экспертов обрабатываются с целью выделения среднего (медианы) и крайних значений. На втором туре экспертам сообщаются результаты обработки первого тура опроса с указанием расположения мнений каждого эксперта относительно среднего. Если мнение эксперта сильно отклоняется от среднего значения, то его просят аргументировать свое мнение или изменить. Собранные результаты второго тура обрабатываются. Если разброс оценок слишком велик, может быть принято решение о проведении следующего тура. Такая процедура повторяется несколько раз до достижения приемлемой сходимости оценок экспертов. Хотя теоретически число циклов не ограничено, на практике обычно выполняется три-четыре итерации [54]. Работа проводится под руководством отдельной управляющей группы, в которую входят системные аналитики и лицо, принимающее решения. Анонимность экспертов сохраняется до конца работы. Недостатками метода Дельфи являются: длительность экспертизы, связанная с организацией повторных опросов; необходимость неоднократного пересмотра экспертом своих ответов, что иногда вызывает отрицательную реакцию [37].

Существуют модификации метода Дельфи. В некоторых из них экспертам присваиваются весовые коэффициенты значимости их мнений, вычисляемые на основе предшествующих опросов и уточняемые от тура к туру, они учитываются при получении обобщенных результатов. В последние годы создано программное обеспечение, поддерживающее процедуру Дельфи в сетевой конфигурации персональных компьютеров [54].

Эвристические приемы. Большинство эвристических приемов изобретательской деятельности разработано для проектирования технических систем в рамках таких научных дисциплин, как системотехника, методы инженерного творчества. Однако они могут быть использованы для синтеза систем любой природы.

149

В методе «Десятичная матрица Повилейко» [58] пред-

лагается к каждой из десяти групп показателей проектируемого изделия (геометрических, конструктивно-технологических, эксплуатационных, экономических, показателей надежности и т. д.) применить десять эвристических приемов:

1)неология — использование уже созданной системы (компонента, процесса, формы, конструкции), используемой в других отраслях, применительно к проектируемому изделию;

2)адаптация — приспособление известной системы для конкретных условий (характеристики исходной системы изменяются не более чем вдвое);

3)мультипликация — гиперболизация или миниатюризация, т. е. умножение параметров исходной системы в несколько раз;

4)дифференциация — разделение функций и элементов системы в пространстве, во времени;

5)интеграция — объединение, совмещение (технологическое, пространственное, временное) функций и элементов;

6)инверсия — переворачивание, обращение функций, конструкции и расположения элементов;

7)импульсация — организация прерывистых процессов (периодических, апериодических);

8)динамизация — проектирование системы с изменяющимися параметрами;

9)аналогия — отыскание сходства, подобия с различными системами;

10)идеализация — представление идеального решения.

На использовании приема аналогии основан метод си-

нектики [2, 54].

Суть данного метода состоит в систематическом направленном обсуждении группой специалистов любых аналогий (спонтанно возникающих в беседе) с подлежащей решению проблемой. При этом используются различные виды подобия — прямое, косвенное, условное. Предлагается даже экспертам «поставить себя на место проектируемого механизма». Результатом поиска аналогии является метафора, «отвечающая» на поставленный вопрос.

150

3.2. Методологии структурного анализа систем

3.2.1. Сущность структурного анализа

Сущность структурного подхода заключается в построении многоуровневой иерархической структуры исследуемой системы на основе использования отношений «целое-часть», что позволяет рассматривать систему на разных уровнях абстрагирования (по типу страт7). Анализируется не проблема, т. е. не причины ее возникновения или способы ее решения, а сама проблемосодержащая система. Декомпозиция системы позволяет подробно рассмотреть, как она устроена, из чего состоит, как работает. Главное здесь — наглядность представления структуры системы. Неслучайно для ее отражения используются схемы, графы, диаграммы, построенные с использованием некой графической нотации. Системному аналитику, имеющему в своем распоряжении подобную модель, проще уяснить проблему, локализовать ее.

В контуре системной последовательности принятия решений методологии структурного анализа используются, прежде всего, на этапе анализа ситуации. Дескриптивная модель существующей системы (модель «Как есть», As is, объяснительная) может выступать в качестве основы для сравнительного, ретроспективного и других видов анализа. Однако структурный подход может использоваться и на этапе выработки решений системной последовательности — для построения модели проектируемой проблеморазрешающей системы (модели «Как должно быть», «To be», нормативной). Причем стратифицированное представление позволяет формировать структуру системы методом последовательного приближения — от общей концепции к детальному представлению. При этом может быть построено несколько моделей,

7 Здесь понятие страты трактуется широко: используется главный принцип — на разных стратах представлена одна и та же система, но с разной степенью детальности. Однако языки описания, используемые на разных стратах, не обязательно должны принципиально различаться.

151

отражающих различные варианты структуры проектируемой системы. Построенные структуры могут выступать в качестве основы для сравнения и оценки вариантов реализации создаваемой системы.

Тем не менее способы перехода от модели «Как есть» к модели «Как должно быть», как правило, в методологиях структурного анализа либо вообще не определены, либо слабо формализованы. Поэтому для поиска путей решения проблем и достижения поставленных целей необходимо привлекать другие методы и методологии (например, методологии логического анализа).

Большинство методологий структурного анализа, в частности описываемые ниже ИСМ и IDEF0, используют функциональную декомпозицию. Система и ее подсистемы при этом рассматриваются как процессы (работы, операции), осуществляющие некоторые преобразования. Формируемое дерево процессов представляет собой модель функционального состава системы, так как выделение той или иной подсистемы осуществляется в соответствии с тем, какую функцию она должна выполнять, что она должна делать. То, как, каким образом, с помощью каких ресурсов подсистема выполняет свою функцию, представляется в виде структурированного описания. Как правило, при этом используется некий шаблон (классификатор). Так, в методологии ИСМ для каждой подсистемы определяются структурные элементы — предметы деятельности, средства деятельности, субъекты деятельности и конечные продукты. В методологии IDEF0 используются четыре группы элементов, составляющих интерфейс функциональных блоков, — вход, выход, механизм и управление.

Существенным элементом формируемых моделей структуры являются взаимосвязи между подсистемами. В различных методологиях вопрос о типе связей, включаемых в модель, решается по-разному. Так, модель ИСМ отражает материальные, энергетические и информационные потоки между подсистемами, в том числе между подсистемами исследуемой системы и окружающей среды. В модели IDEF0 связи между функциональными блоками носят характер ограничений на деятельность блока, в том смысле, что они показыва-

152

ют, какие элементы необходимы для его деятельности, при этом эти элементы необязательно должны передаваться извне с некоторым потоком. В любом случае, какие бы связи в модели не отражались, общим является то, что степень детальности их описаний, так же, как и описаний подсистем, возрастает при переходе от верхних уровней к нижним. По сути, происходит декомпозиция не только подсистем, но и связей.

Модели структурного анализа могут отражать не только статический, но и динамический взгляд на систему. Так, методология IDEF3 позволяет отражать последовательность выполнения работ, составляющих некоторый сложный процесс, включая всевозможные варианты ветвления и слияния потоков работ.

Основным преимуществом методологий структурного анализа является наглядность представления структуры существующей либо проектируемой системы, основным недостатком – отсутствие выразительных средств отражения при- чинно-следственных связей между проблемой (целью) и средствами ее разрешения.

3.2.2. Методология ИСМ

Теория иерархических содержательных моделей (ИСМ) [42–44] разработана одним из авторов данного пособия в 1970–80-е гг. Основная идея состоит в использовании декларативной иерархической модели исследуемой системы (предприятия) в качестве основы для формирования моделей принятия решений — дерева целей, дерева вариантов, дерева решений. Декларативная модель формируется путем декомпозиции предметной области, включающей помимо объекта моделирования (системы) и окружающую среду, с помощью стандартных оснований декомпозиции. Между выделяемыми системами устанавливаются связи (материальные, энергетические, информационные потоки).

Рассмотрим основные шаги процесса декомпозиции.

1. Выделяются объект моделирования (ОМ) и окружающая среда (ОС), а также четыре агрегированных связи:

153

ОМ→ОС, ОС→ОМ, ОМ→ОМ и ОС→ОС (рис. 3.3, а). Последняя связь (помеченная на рисунке пунктиром) является несущественной для целей моделирования и поэтому в дальнейшем не рассматривается.

в

Рис. 3.3. Связи подсистем: а — объекта моделирования и среды;

б— объекта управления, системы управления и среды;

в— подсистем социальной деятельности объекта моделирования

исреды

2.В объекте моделирования выделяются: объект управления (ОУ) и система управления (СУ), обменивающиеся с друг другом, с самими собой и с окружающей средой информацией, материей (продукцией, сырьем, материалами и т. д.)

иэнергией (см. рис. 3.3, б).

154

3.Объект моделирования и среда декомпозируются на так называемые подсистемы социальной деятельности (см. рис. 3.3, в). В ОУ выделяются подсистемы «Производство», «Население» (социальная деятельность, направленная на персонал), «Природа» (природоохранная деятельность). В окружающей среде выделяются: «Вышестоящие системы управления (ВС)», «Производство'» (поставщики, потребители), «Население'» (социальное окружение), «Природа'» (географическое окружение). Между выделенными подсистемами устанавливаются связи. Примеры связей:

«Производство → Производство'» — продукция, услуги; «Производство' → Производство» — сырье, материалы; «СУ → Производство» — приказы, распоряжения; «СУ → ВС» — отчетная документация, запрашиваемые

данные; «Производство → Природа'» — выбросы, загрязнения;

«Население' → Население» — нанимаемые работники.

4.Подсистема ОМ «Производство» декомпозируется на «Основное производство» и «Вспомогательное производство», а подсистема среды «Производство'» — на «Потребители» и «Поставщики». Устанавливаются связи между полученными подсистемами.

5.Основное производство декомпозируется на подсистемы, соответствующие производству различных конечных продуктов, а вспомогательное производство — на подсистемы, соответствующие различным видам обеспечивающей деятельности (снабжение, сбыт, техническое обслуживание, обеспечение энергоресурсами и т. д.). Кроме того, в рамках подсистем среды «Потребители» и «Поставщики» выделяются конкретные организации. Связи между ОМ и средой, а также между подсистемами ОМ также конкретизируются.

6.Выделяются для ранее полученных подсистем ОУ технологические стадии производства (технологические операции) и определяются связи между стадиями. На рис. 3.4 приведены типовые структуры технологической сети.

7.Система управления декомпозируется на подсистемы, осуществляющие управление выделенными подсистемами ОУ.

155

8. Выделяются подсистемы СУ, соответствующие различным функциям управления (планирование, оперативное управление, контроль) и этапам переработки информации (сбор, передача, хранение, обработка, выдача информации), описываются их связи.

а

б

Рис. 3.4. Типовые технологические структуры:

а— последовательная; б — расходящаяся («дерево»);

в— сходящаяся; г — структура с реверсом

Помимо описанных оснований декомпозиции могут быть использованы и следующие: выделение пространственно обособленных подсистем; выделение этапов жизненного цикла; выделение различных способов производства; выделение частей, соответствующих функционированию и развитию. Эти основания могут быть применены как для объекта управления, так и для системы управления.

Подсистемы, выявленные в результате декомпозиции ОМ, могут быть представлены в виде иерархии (дерева). Следующим этапом является создание содержательного описания для каждой из подсистем. При этом любая подсистема рассматривается как некоторый процесс, деятельность, преобразующая предметы деятельности в конечные продукты. Содержательное описание подсистемы включает в себя перечень структурных элементов, участвующих в процессе, а также описание свойств элементов и процесса в целом. Таким образом, элементный состав как бы «накладывается» на каждую из подсистем дерева.

156

Выделяется четыре группы структурных элементов

(рис. 3.5):

1)предметы деятельности (ПД) — сырье, материалы, информация;

2)конечные продукты (КП) — товары, услуги, инфор-

мация;

3)средства деятельности (СД) — здания, оборудование, инструменты;

4)субъекты деятельности или кадры (К) — работники, исполнители.

Каждый элемент характеризуется множеством содержательных параметров (атрибутов). Весь процесс в целом также характеризуется множеством параметров (параметров процесса), описывающих эмерджентные (целостные) свойства.

Рис. 3.5. Структура содержательного описания подсистемы

На верхнем уровне дерева формируется описание высокого уровня абстракции с использованием агрегированных структурных элементов и обобщенных параметров, характеризующих систему в целом. Для подсистем нижних уровней описания более детализированы — выделяются конкретные элементы (по сути, они являются результатом декомпозиции соответствующих элементов материнской системы), описываемые более подробными параметрами, выделяются подробные параметры процесса.

157

Сформированное описанным способом иерархическое содержательное описание деятельности системы называется декларативной моделью системы. Данную модель предлагается рассматривать как основу для формирования дерева целей, дерева задач управления или дерева вариантов. При этом каждой подсистеме декларативной модели соответствует одна или несколько подсистем производной модели.

Рассмотрим, как формируется дерево целей на примере Управления магистральным нефтепроводом Центральной Сибири (УМНЦС). На рис. 3.6 представлен фрагмент дерева.

Обеспечить нормальное функционирование (НФ) и развитие (Р) УМНЦС

Рис. 3.6. Фрагмент дерева целей УМНЦС

158