МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

КАЗА11C К ИЙ 11AL U Ю\ 1 АЛ Ы 1ЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ I ЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени А.Н.Туполева-КАИ

Кафедра приборов и информационно-измерительных систем

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе №1 по дисциплине:

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ

ИСТОРИЯ И ЭТАПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Автор-составитель А.А.Порунов

Казань2014г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИСТОРИЯ И ЭТАПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

1. Ц<мь работы

Изучение базовых понятий и структуры этапов системного анализа, области применения методов и вычислительных процедур при исследовании биологических и биотехнических систем. Приобретение практических навы­ков применения системного подхода к анализу и синтезу проектных реше­ний по созданию биотехнических систем. Закрепление методов системного анализа и синтеза биотехнических систем медицинского назначения.

2. Краткие сведения из истории возникновения и рашития меголо.ю1 ни и методов системного анализа н принятия решении

2. /. Предпосылки вошикповепии методологии системного о нал та

В технике и технологии медицины во второй половине XX века под воздействием научно-технической революции произошли громадные сдвиги. Эти изменения обусловлены тем, что экономики развитых стран вступили в новую фазу развития, характеризуемую огромными масштабами производ­ства, резко возросшим разнообразием производственных сфер, расширением межотраслевых связей, ускорением использования последних достижений науки и техники, качественными сдвигами в области технологических про­цессов, усилением конкуренции. Наука как производительная сила заняла особо важное место.

В научной, технической, производственной и других сферах деятельно­сти выдвинулись новые проблемы, возникли явления, с которыми ранее не приходилось сталкиваться. Коренные изменения в области техники, сопро­вождаемые почти экспоненциальным ростом сложности и стоимости техни­ческих изделий, а также их многообразие, растущая потребность в исследо­ваниях и разработках потребовали обращения особого внимания на науку и технику и привели к тому, что прошлый опыт в значительной мере потерял свое значение как руководство при управлении, которое отличается от управления в прошлом не голько в глубоко логическом, но и практическом смысле.

Центральным положением новой концепции управления явилось ис­пользование систематизированных аналитических проработок, которые осу­ществлялись инженерами и учеными в области естественных и социальных наук, работающих в составе или в сотрудничестве с органами управления и принятия решении.

Глубокая проработка вопроса обычно требует создания междисципли­нарной группы, в состав которой входят специалисты различных областей. 'Это необходимо не только ввиду сложности проблемы, не укладывающейся, как правило, в рамки одной дисциплины. Более важным является тот факт, что вопросы, возникающие при решении проблемы, по-разному рассматри­ваются экономистом, математиком, юристом, политиком, инженером или во­енным специалистом. Различные точки зрения на один и тот же вопрос име­ют первостепенную важность для решения проблем в целом.

Но своему содержанию и объему эти проработки охватили широкий круг вопросов, начиная с повышения эффективности хозяйственных опера­ций и кончая разработкой рекомендаций по крупнейшим проблемам нацио­нальной политики.

Для проведения аналитических проработок потребовались новые мето­ды анализа, «возникла необходимость создания методологии их наиболее

рациональной* испои» юиапич на нрамикс. ибо когда «у общества появляет­ся техническая тчребность. to она продвигает науку вперед больше, чем де­сяток уннаерси те тот*' Повышенный интерес к использованию аналитиче­ских проработок обьясниекч 1акже тем. что количество выдвигаемых идей, проектов и программ шачшетмю превысило возможности их реализации с точки «ренин обеспечен пн ресурсами. Гакое положение дел не было харак­терным на более ранних ступенях развития человечества, когда многие про­екты, соответствующие научно-техническим возможностям эпохи и пред­ставляющие интерес тля общей на, могли быть обеспечены ресурсами, не­обходимыми для их реализации. Проблема включалась скорее в выдвиже­нии новых, прогрессивных идей.

В целях научно обоснованного отбора изделий, продукции, проектов, программ, рекомендуемых пя практической реализации, потребовался их всесторонний анализ с у четом совокупности всех факторов и явлений.

Научно-технический npoipecc и шдачи совершенствования производст­ва заставили управленцев и специалист ов-аналитиков по-новому взглянуть на окружающие их привычные факторы и явления. При этом приходилось отказываться от многих сложившихся представлений, использовать новые точки зрения и способы рассмотрения возникающих проблем.

Нельзя не заметить, что прогресс науки и техники, совершенствование технологических процессов очень часто опережают умение их организовать, использовать с наибольшим эффектом.

Сложившееся несоответствие технологических возможностей и методов управления становилось препятствием развитию общества и экономики, за­медляло рост производства. Проявления несоответствия современного уров­ня производительных сил и методов управления в разных звеньях и отраслях могут быть весьма различными, но проблема имеет один общий объектив­ный источник — неуклонное возрастание сложности управления в связи с

усложнением экономических отношений, производственных связей, произ­водимых изделий и способов их использования.

Проблема возрастающей трудности управления экономическими про­цессами, характерная для всех развитых стран, породила целый ряд научных дисциплин. Их цель — создание концепций, позволяющих объяснить слож­ные экономические явления; выработать конкретные методы и формы управ­ления экономическими процессами. Для всего этого комплекса дисциплин характерно широкое использование метода моделирования, применение ма­тематического аппарата, заимствование понятий и методов точных и техни­ческих наук.

Новые научные дисциплины возникли, как правило, на стыке различ­ных наук с экономической наукой и конкретными отраслевыми экономиче­скими дисциплинами. Одна из таких научно-прикладных дисциплин — сис­темный анализ, основанный на системном подходе к рассмотрению изучае­мых экономических объектов и явлений.

Системный анализ — это научный, всесторонний подход к принятию решений. Вся проблема изучается в целом, определяются цели развития объ­екта управления и различные пути их реализации в свете возможных послед­ствий. При этом возникает необходимость согласования работы различных частей объекта управления, отдельных исполнителей, с тем чтобы направить их на достижение обшей цели. Подробное определение системного анализа будет приведено ниже.

Никакая наука не рождается в один день, а появляется в результате сов­падения всевозрастающего интереса к определенному классу задач и уровня развития научных принципов, методов и средств, с помощью которых оказы­вается возможным решать эти задачи. Системный анализ не является исклю­чением. Его исторические корни так же глубоки, как и корни цивилизации. Еще первобытный человек, выбирая себе место для постройки жилища, под­сознательно мыслил системно. Необходимо было, чтобы жилище было рас-

положено недалеко от воды, имелись поблизости дрова, естест&еннм? Щ'° грады для защиты от нападения врагов и диких животных и г. д Мо как ил умная дисциплина системный анализ оформился во время 1ИороЙ ниромМ войны, вначале применительно к военным задачам, а уже после пой им у м дачам различных сфер гражданской деятельности, где он стал средством решения широкого круга практических задач.

Именно в это время общие основы системного анализа созрели иа< *"л^ ко, что их стали оформлять в виде самостоятельной отрасли знаний Мо*ио • полным основанием сказать, что разработка методов системного анализа к значительной степени способствовала тому, что управление по вегх сф' ;>*»/. человеческой деятельности поднялось от стадии ремесла или чистого искус» ства, которое в преобладающей степени зависело от способности отдельны* людей и накопленного ими опыта, до стадии науки.

2.2. Hi истории возникновения системного аналта Системный анализ возник в США и прежде всею в недрах HI IK. Кроме го;о. в США системный анализ изучался во многих государс твенных оргаиим / ях. Он считался наиболее ценным побочным достижением и области </><>;><> ны и изучения космического пространства. В обеих палатах конг ресса < ШЛ в 60-е гг. прошлого века были внесены законопроекты «о мобили :апии и ис пользовании научно-технических сил страны для применения системною анализа и системотехники в целях наиболее полного использования людских ресурсов для решения национальных проблем».

Системный анализа использовался также руководителями и инженерами и крупных предприятиях промышленности. Цель применения методов систем ного анализа в промышленности и в коммерческой области изыскание путей получения высокой прибыли.

По данным на 1969 г., только в гражданских ведомствах США системный анализ применялся при обосновании по крайней мере 50 типов крупны/.

проектов и программ, охватывающих свыше 60% нссй гражданской 1ся ic н. ности правительства.

К ним относятся: программа эксплуатации водных ресурсов, управление лесным хозяйством страны, проектирование и производство .космических ракет типа «Сатурн-5», разработка месторождений нефти и сланца, нрограм мы в области здравоохранения (контроль мболеваний, снижение детской смертности и др.).

По мнению руководителей компании «Локхид» и некоторых других фирм, применение системного подхода лучше всего выявляет возможные источни ки роста промышленной фирмы. В 70-80-х гг. прошлою века на роль высших управляющих крупнейших американских корпораций выдвинулись люди, обладающие квалификацией в области системных дисциплин, поскольку именно такая подготовка в существенной мере определяет лицо американ­ского менеджмента.

Примером использования методов системного анализа в США может слу­жить система программного планирования, известная под названием «плани­рование - программирование - разработка бюджета» (1ИII»), или сокращенно «программное финансирование».

Элементами системы 111II» являются: «планирование» формулирование це­лей и установление способов их достижения на возможных театрах военных действий; «программирование» - определение видов военной техники, необ­ходимой для осуществления военной доктрины, и сопоставление затрат с це­лями и задачами с учетом фактора времени, разработка детального перечня мероприятий по достижению поставленных целей; «разработка бюджета» распределение наличных или ожидаемых ресурсов, необходимых для осуще­ствления программ вооружений. (Программа программного развития воору­жении также активно внедрялась в ССС Р начиная со второй половины 60-х гг. прошлого века.)

Помимо применения системы IIIIB в США исиользуегся целый ряд сис/ем прогнозирования и планирования, в основе которых лежат метлы сис/см- иого анализа. 13 частности, для прогнозирования и планирования НИОКР применялась информационная система «ПЛ1 ГЕРМ», для руководства кос­мическим проектом «Аполлон» на всех этапах его разработки использовалась автоматизированная информационная система «ФЕЙМ», с помошыо системы «КВЕСТ» достигалась количественная взаимосвязь между военными задача­ми и целями и научно-техническими средствами, необходимыми для их реа­лизации, для тех же целей в промышленности служила система «( КОР». Главной методической особенностью этих систем являлся принцип последо­вательного расчленения каждой проблемы на несколько задач более низкого уровня с целью построения «дерева целей». Например, система «ПЛ1 1ЬРН» дала возможность анализировать нужды и интересы военных министерств па различных уровнях управления. Отсечение частей «дерева целей» на соот­ветствующем уровне означало выделение областей ответственности за науч­но-исследовательскую деятельность отдельного министерства, ведомства, отрасли промышленности, научно-исследовательского института и даже ла­боратории.

Рассматриваемые системы позволяли определить сроки решения научных и технических проблем и взаимную полезность работ, способствовали повы­шению качества принимаемых решений за счет преодоления узковедомст­венного подхода к их принятию, отказа от интуитивных и волевых решений а также от работ, которые не могут быть выполнены в установленные сроки. Вместе с тем практика управления в США последних десятилетий показыва­ет, что термин «системный анализ» не так часто применяется, как это имело место ранее. Многие подходы к обоснованию сложных решений, которые с ним связывались, продолжали использоваться и развиваться достаточно ин­тенсивно уже под новыми названиями - «программный анализ», «анализ по­литики», «анализ последствий» и т.д. В то же время «новизна» названных

8

пилон анализа заключается скорее в их названиях. Методоло1Ической и ме готической их основой продолжает оставаться системный анализ, идеология снстемного подхода.

*?..?. Определение понятии «системный анализ»

Существуют различные точки зрения на содержание понятия «систем­ны»! анализ» и область его применения. Изучение различных определении системного анализа позволяет выделить четыре его трактовки.

Первая трактовка рассматривает системный анализ как один из кон­кретных методов выбора лучшего решения возникшей проблемы, отождест в­ляя его, например, с анализом по критерию стоимость - эффективность [201.

Такая трактовка системного анализа характеризует попытки обобщи ть наиболее разумные приемы любого анализа (например, военного или эконо­мического). определить общие закономерности его проведения.

В первой трактовке системный анализ - эго, скорее, «анализ систем», так как акцент делается на объекте изучения (системе), а не на системности рассмотрения (учете всех важнейших факторов и взаимосвязей, влияющих на решение проблемы, использование определенной логики поиска лучшего решения и т.д.)

В ряде работ, освещающих те или иные проблемы системного анализа, слово «анализ» употребляется с такими прилагательными, как количествен­ный. экономический, ресурсный, а термин «системный анализ» применяется значительно реже.

Согласно второй трактовке системный анализ - это конкретный метод незнания (противоположность синтезу) [21].

1 регия трактовка рассматривает системный анализ как любой анализ любых систем (иногда добавляется, что анализ на основе системной мстодо-

9

логии) без каких-либо дополнительных ограничений на область его примене­ния и используемые методы.

Согласно четвертой трактовке системный анализ- это вполне кон кретное теоретико-прикладное направление исследований, основанное на системной методологии и характеризующееся определенными принципами, методами и областью применения. Он включает в свой состав как методы анализа, так и методы синтеза, кратко охарактеризованные нами ранее.

Нам представляется правильной четвертая трактовка⁸, наиболее адек­ватно отражающая направленность системного анализа и совокупность ис­пользуемых им методов.

Итак, системный анализ- это совокупность определенных научных методов и практических приемов решения разнообразных проблем, возни­кающих во всех сферах целенаправленной деятельности общества, на основе системного подхода и представления объекта исследования в виде системы. Характерным для системного анализа является то, что поиск лучшего реше­ния проблемы начинается с определения и упорядочения целей деятельности системы, при функционировании которой возникла данная проблема. При этом устанавливается соответствие между этими целями, возможными путя­ми решения возникшей проблемы и потребными для этого ресурсами.

Системный анализ характеризуется главным образом упорядоченным, логически обоснованным подходом к исследованию проблем и использова­нию существующих методов их решения, которые могут быть разработаны в рамках других наук.

Целью системного анализа является полная и всесторонняя проверка различных вариантов действий с точки зрения количественного и качествен­ного сопоставления затраченных ресурсов с получаемым эффектом.

Системный анализ, по существу, является средством установления ра­мок для систематизированного и более эффективного использования знаний.

суждений и интуиции специалистов; он обязывает к определенной дисцип­лине мышления.

Иными словами, системный анализ - л о систематизированные методы оказания лицу , принимающему решение, помощи при выборе курса действий путем изучения всей проблемы в целом, определения конечных целей и раз­личных путей их достижения с учетом возможных последствий. Язя получе­ния квалифицированного суждения по проблемам используются соответст­вующие методы, по возможности аналитические.

Системный анализ предназначен для решения в первую очередь слабо- структуризованных проблем, т.е. проблем, состав элементов и взаимосвязей которых установлен только частично, задач, возникающих, как правило, в ситуациях, характеризуемых наличием фактора неопределенности и содер­жащих неформализуемые элементы, непереводимые на язык математики.

Одна из задач системного анализа заключается в раскрытии содержа­ния проблем, стоящих перед руководителями, принимающими решения, на­столько. чтобы им стали очевидны все основные последствия решений и их можно было бы учитывать в своих действиях. Системный анализ помогает ответственному за принятие решения лицу более строго подойти к оценке возможных вариантов действий и выбрать наилучший из них с учетом до­полнительных, неформализуемых факторов и моментов, которые могут быть неизвестны специалистам, готовящим решение.

Кратко охарактеризуем методологию системного анализа, используя определение методологии науки.

«Методология науки дает характеристику компонентов научного ис­следования, его объекта, предмета анализа, задачи исследования (или про­блемы), совокупности исследовательских средств, необходимых для решения задачи данного типа, а также формирует представление о последовательно­сти движения исследования в процессе решения задач» [3, т. 16, с. 479].

Вначале определим содержание объекта системного анализа, i.e. выяс­ним его специфику и место среди других родственных ему научных направ­лений.

Объект систем/юго а и (Lima в теоретическом аспекте это процесс подготовки и принятия решений; в прикладном аспекте различные кон­кретные проблемы, возникающие при создании и функционировании систем.

В теоретическом аспекте - это, во-первых, общие закономерности про­ведения исследований, направленные на поиск наилучших решений различ­ных проблем на основе системного подхода (содержание отдельных этапов системного анализа, взаимосвязи, существующие между ними, и др.).

Во-вторых, конкретные научные методы исследования определение целей и их ранжирование, дезагрегирование проблем (систем) на их состав­ные элементы, определение взаимосвязей, существующих как между элемен­тами системы, так и между системой и внешней средой и др.

В-третьих, принципы интегрирования различных методов и приемов исследования (математических и эвристических), разработанных как в рам­ках системного анализа, так и в рамках других научных направлений и дис­циплин в стройную, взаимообусловленную совокупность методов системно­го анализа.

В прикладном плане системный анализ вырабатывает рекомендации по созданию принципиально новых или усовершенствованных систем.

Рекомендации по улучшению функционирования существующих сис­тем касаются самых различных проблем, в частности ликвидации нежела­тельных ситуаций (например, ухудшение финансово-экономического поло­жения предприятия), вызванных изменением как внешних по отношению к изучаемой системе факторов, так и внутренних.

Следует отметить, что объект системного анализа является в то же время объектом целого ряда других научных дисциплин, как общетеоретиче­ских, так и прикладных. Например, проблемами составления сбалансирован-

12

ного плана занимается планирование. Однако разработке такого плана в су­щественной мере будет способствовать использование принципов и методов, которые для решения любых проблем разрабатываются в рамках системного анализа.

Мы считаем, что выделить предмет системного а/кита, т. с*, отнести системный анализ к категории наук, не представляется возможным, посколь­ку решением указанных выше проблем занимается целый ряд наук и других научных направлений. (О некоторых из них речь пойдет ниже.)

В отличие от многих наук, главной целью которых является открытие и формулирование объективных законов и закономерностей, присущих пред­мету изучения, системный анализ в основном направлен на выработку кон­кретных рекомендации, в том числе и на основе использования достижений теоретических наук в прикладных целях.

«Его цели в противоположность целям чистой науки в первую очередь заключаются в выработке рекомендаций или, по крайней мере, предположе­ний по выбору курса действий, а не просто в выявлении проблемы и предска­зании ее развития. Таким образом, системный анализ ближе к инженерным дисциплинам, чем к науке... наука открывает новые явления, в то время как инженерные дисциплины используют результаты науки [24, с. 3]. Ог инже­нерных дисциплин системный анализ отличает более ограниченная возмож­ность использования математических методов и количественной информа­ции, основанной на реальных измерениях и достаточно строгих расчетах, а также больший удельный вес эвристических методов.

Все это дает основание говорить о двойственной природе системного анализа: с одной стороны, это теоретическое и прикладное научное направ­ление, использующее в практических целях достижения многих других наук, как точных (математика), так и гуманитарных (экономика, социология), а с другой стороны — это искусство. В нем сочетаются объективные и субъек­тивные аспекты, причем последние присущи как самому процессу системно-

13

го анализа. гак и процессу принятия решения на основе его данных. В по­следнем случае индивидуальные особенности лиц, принимающих решения (должностные, профессиональные, возрастные, обусловленные творческими навыками и жизненным опытом и г. д.), оказывают непосредственное влия­ние на окончательное решение проблемы.

Системный анализ выполняет «роль каркаса, объединяющего все необ­ходимые методы, знания и действия для решения проблемы» [16, с, 34].

Системный анализ означает сознательное систематизированное приме­нение всей совокупности методов анализа, уделение большого внимания во­просим неопределенности и проверки полученных результатов на чувстви­тельность к изменению показателей и факторов, определяющих функциони­рование системы. Степень чувствительности систем к изменению этих пока­зателей и факторов указывает, на какие из них следует обратить особое вни­мание, а какими можно пренебречь.

Заканчивая рассмотрение основных методологических компонентов системною анализа, следует отметить, что ему присуши определенные прин­ципы. логические элементы, определенная этапность и методы проведения. Наличие (без исключения) всех этих компонентов и делает анализ какой- либо проблемы системным.

Приведенное определение системного анализа не устанавливает ему жестких границ. Возникает вопрос: можно ли в рамках изложенной концеп­ции системного анализа более четко определить его границы? Один из воз­можных подходов заключается в отнесении к категории системного только такого анализа, который был выполнен междисциплинарной группой. Это требование объясняется необходимостью использования междисциплинарно­го подхода к решению сложных проблем. Однако критерии оценки уровня междисциплинарности не установлены. Специалисты каких отраслей знаний должны входить в группу? Если в состав группы входят только экономисты, математики и юристы, является она междисциплинарной или нет? Каковы

14

требования к уровню образования и кругозору членов междисциплинарнои группы? К какой категории отнести анализ, если группу аналитиков одина­кового научного профиля возглавляет крупный специалист, хорошо ориенти­рующийся в смежных областях? Каковы критерии, характеризующие уро­вень учета факторов смежных научных направлений? Когда можно сказать, что эти факторы учтены? Эти и подобные им вопросы вполне закономерно возникают при попытке отнести к категории системного анализ, выполняе­мый только междисциплинарной группой. Пока на них нет четкого ответа, использование этого ограничения не уточнит определение системного анали­за.

4. С истемный а нал u s и другие системные дисциплины Прежде всего кратко сопоставим понятия «системный анализ» и «сис­темный подход». Они являются достаточно близкими понятиями, хотя между ними существуют определенные различия. В основе как системного анализа, реализующего на практике идеи системного подхода, так и системного под­хода лежит диалектическая логика. Системный подход не дает готового на­бора рецептов решения проблем; скорее он кристаллизует умение правильно применять специальные методы анализа.

Общая теория систем (ее основоположником считается Л. Берталан- фи 110]) изучает такие аспекты предметов, которые являются следствием общих свойств систем. Эта теория получила наиболее широкое распростра­нение в сфере формальных научных дисциплин - математики и логики. Од­нако некоторые авторы скептически относятся к возможности и целесооб­разности создания общей теории систем [17, 1].

Большое влияние на развитие системного анализа как научного направ­ления оказал опыт его применения в военной области, что наложило извест­ный отпечаток и на терминологию этой и близко примыкающих к ней других научных дисциплин.

is

Планирование военных операций п ходе Второй мировой войны при внедрении ноною иооружения требовало использования технических позна­ний, о icy и гневавших в прошлом военном опыте. Возникавшие проблемы носили и основном тактический характер, например, как найти наиболее вы- годные способы бомбометания, методы поиска подводных лодок? Они яви- лись основой области знания, получившей наименование «анализ операций», а позднее различных направлений ее развития - «исследование операций», «системотехника», «анализ по критерию «стоимость - эффективность» и, на­конец, «системный анализ». Термин «системный анализ» был введен в связи с гем, что первые послевоенные работы в этой области относились к выбору и оценке систем оружия, а также вследствие того, что анализу была присуща систсмносм. в смысле его целенаправленности, упорядоченности и широты охвата сопутствующих факторов и явлений.

Между разными направлениями системных исследований не существует принципиальных отличий, а следовательно, и ясно очерченных линий раз­граничения. Вместе с тем каждое из этих направлений характеризуется оп­ределенными признаками и опенками.

Но своему содержанию и методам исследования к системному анализу примыкает научная дисциплина, носящая название «исследование опера­ций».

Исследование операций дисциплина, занимающаяся выработкой ко­личественных рекомендаций, необходимых при планировании и организации операций. Под операцией в смысле этой науки понимается любое целена­правленное действие человека, группы людей и систем человек-машина. Ис­следованием операций называется теория математических моделей принятых оптимальных решений и практика их использования [4, с. 11].

1. !оявление системного анализа в методологии обоснования управленче­ских решений знаменует переход от решения хорошо структуризованных, формализуемых проблем, когда четко определены цели, пути их реализации

16

и критерии, что достигается на основе методов исследования операции, к решению проблем слабоетруктуризованных, возникающих в условиях неоп­реде ленное hi и содержащих неформализуемые элементы, не переводимые на я »ык математики.

С истемный анализ в отличие от исследования операций в большей сте­пени сосредоточен на методологии решения проблем.

Объединяет обе эти дисциплины системный подход к рассматриваемому явлению. Однако, если в исследовании операций системный подход направ­лен на исследован не связей главным образом внутри системы, предназначен­ной для решения определенной частной задачи, то в системном анализе он используется для выявления внешних связей данной системы со смежными системами, влияющими на решение данной задачи.

С истемный анализ в отличие от исследования операций в большей сте­пени сосредоточен на методологии решения проблем, а не на использовании конкретных математических методов. При его проведении также широко используются -экспертные оценки. Специалист по исследованию операций использу ет методы математического или логического анализа в условиях, ко­гда ест ь ясное представление о том, что считать «более эффективной» рабо­той. «Постановка целей операций и проведение действий на основе рекомен­даций. по существу, не входят в сферу деятельности исследователя операций, а фактически являются граничными условиями, наложенными на свободу его действия» [18. с. 12]. Он редко вникает в определение цели работы или ме­тодов оценки ее успешности; что является одной из главных задач специали­ста по системному анализу. В этом заключается принципиальное отличие системного анализа от исследования операций.

Иногда отмечают, что соотношение системного анализа и исследования операций аналогично соотношению стратегии и тактики.

Результаты системного анализа зависят от принятой системы ценностей. (уждение о ценности является неотъемлемой составной частью анализа. В

17

этом отношении роль специалиста по анализу состоит в том, чтобы показать руководителю, принимающему решение, как и где входят суждения о ценно- сти с тем, чтобы он составил собственное суждение по этому вопросу с мак­симальным использованием всей имеющейся по нему информации.

Цель применения другого вида анализа анализа но критерию «стои­мость - эффективность» заключается во всестороннем сопоставлении эф­фекта от реализации того или иного курса действий с потребными для этого ресурсами. Такой анализ носит достаточно локальный формализованный ха­рактер на основе одного конкретно сформулированного критерия, в рамках четко поставленных целей. 1 (аибольшую сложность при проведении данного анализа представляет четкое определение понятия «эффективность» (об этом шла речь в предыдущей публикации изданной серии статьей).

Идеи анализа но критерию «стоимость эффективность» явно просмат­риваются в функционально-стоимостном анализе.

Системотехника, или в другой терминологии теория больших систем, изучает методы синтеза систем на основе исследования функционирования отдельных их элементов. Разрабатываются элементы систем, выполняющие строго определенные функции. Чтобы создать систему с заданными свойст­вами, из этого набора берутся те или иные элементы, обладающие требуе­мыми характеристиками. Это больше наука техническая, результаты которой используются при проектировании систем любой природы.

Об отсутствии четких линий разграничения между отдельными направ­лениями системных исследований свидетельствует почти полное отождеств­ление задач системного анализа и системотехники, наблюдаемое в ряде ра­бот. Например, Б. Кедров писал: «...задача системного анализа состоит в том. чтобы построить изучаемую систему из ее элементов, исходя из знания того, как они связываются между собой» [12, с. 6].

Таким образом, системному анализу, с одной стороны, присущ ряд черт,

свойственных всем системным исследованиям. С другой стороны, системный

18

анализ имеет свои особенности, которые дают возможность выделить его и* совокупности системных исследований как самостоятельное теоретическое и прикладное направление.

4. Основные методы системного шиита и их характеристика

Системный анализ (СА) содержит широкий спектр разнообразных ме­тодов, которые можно объединить в следующие группы:

• эвристического программирования;

• семиотический подход;

• методы аналогии;

• аналитические методы;

• имитационные модели.

Существующие методы математического анализа, которые оправдали себя в сравнительно простых случаях, оказываются неэффективными при ис­следовании сложных систем. В связи с этим широкое распространение полу­чили методы эвристического моделирования, основанного на принципах ана­лиза поведения человека, направленные на использование интуиции и опыта специалистов, а также методы формализованного представления систем. Среди этой группы значительное место занимает метод экспертных оценок (метод мозговой атаки и обмена мнениями, метод ’’дельфи” и др.), исполь- зующие те или иные формы обобщения совокупности субъективных оценок, представлений некоторой группы специалистов по исследуемой проблеме. Достоинства метода - это простота и доступность. Основной недостаток за­ключается в том, что не удается установить степень достоверности эксперти­зы. Общий недостаток эвристического программирования - отсутствие фор­мальных правил поиска "эвристики", т.к. этот процесс чаще всего является искусством и не всегда приводит к положительным результатам.

Рассмотрим подробнее основные методы этой группы [2^4].

Основной целью метода "мозговой атаки' является поиск новых идей, их широкое обсуждение и конструктивную критику. Основная гипотеза заключается в предположении, что среди большого числа идей имеются, по меньшей мере, несколько хороших. При проведении обсуждений по иссле­дуемой проблеме применяются следующие правила:

1. сформулировать проблему в основных терминах, выделив единст­венный центральный пункт;

2. не объявлять идею ложной и не прекращать исследование ни одной

идеи;

3. поддерживать идею любого рода, даже если ее уместность кажется вам в данное время сомнительной;

4. оказывать поддержку и поощрение, чтобы освободить участников

обсуждения от скованности.

При всей кажущейся простоте данные обсуждения дают неплохие ре­зультаты.

Основой метода экспертных оценок являются различные формы экспертного опроса с последующим оцениванием и выбором наиболее пред­почтительного варианта. Возможность использования экспертных оценок, обоснование их объективности базируется на том, что неизвестная характе­ристика исследуемого явления трактуется как случайная величина, отраже­нием закона распределения которой является индивидуальная оценка экспер­та о достоверности и значимости того или иного события. При этом предпо­лагается, что истинное значение исследуемой характеристики находится внутри диапазона оценок, полученных от группы экспертов и что обобщен­ное коллективное мнение является достоверным. Наиболее спорным момен-

20

том в данных методиках является установление весовых коэффициентов по высказываемым экспертами оценкам и приведение противоречивых опенок к некоторой средней величине. Данная группа методов находит широкое при­менение в социально-экономических исследованиях.

Метод "Дельфи". Первоначально Метод "Дельфи" был предложен как одна из процедур при проведении мозговой атаки и должен был помочь снизить влияние психологических факторов и повысить объективность оце­нок экспертов. Затем метод стал использоваться самостоятельно. Его основа

• обратная связь, ознакомление экспертов с результатами предшествующего тура и учет этих результатов при оценке значимости экспертов.

Метод "дерева целей". Термин "дерево” предполагает использование иерархической структуры, полученной путем разделения общей цели на под­цели. Для случаев, когда древовидный порядок строго по всей структу ре не выдерживается, В. И. Глушков ввел понятие "прогнозного графа". Метод "дерева целей" ориентирован на получение относительно устойчивой струк­туры целей проблем, направлений. Для достижения этого при построении первоначального варианта структуры следует учитывать закономерности цс- леобразования и использовать принципы формирования иерархических структур.

Морфологические методы. Основная идея морфологического подхода

• систематически находить все возможные варианты решения проблемы пу­тем комбинирования выделенных элементов или их признаков. В системати­зированном виде метод морфологического анализа был впервые предложен Ф. Цвикки и часто так и называется "метод Цвикки" [234]. Известны три ос­новные схемы метода:

• метод систематического покрытия поля, основанный на выделении юк называемых опорных пунктов знании в исследуемой области и использо-

вание для заполнения поля некоторых сформулированных принципов мыш­ления;

метол отрицания и конструирования, который заключается в форму­лировке некоторых предположений и замене их на противоположные с по­следующим анализом возникающих несоответствий;

метод морфологического ящика, который состоит в определении всех возможных параметров, от которых может зависеть решение проблемы. Вы­явленные параметры формируют матрицы, содержащие все возможные соче­тания параметров по одному из каждой строки с последующим выбором наи­лучшего сочетания.

Одна из наиболее полных классификаций, базирующаяся на формали­зованном представлении систем, т.е. на математической основе, включает

следующие методы:

• аналитические (методы как классической математики, так и матема­тического программирования);

• статистические (математическая статистика, теория вероятностей,

теория массового обслуживания);

• теоретико-множественные, логические, лингвистические, семиотиче­ские (рассматриваемые как разделы дискретной математики);

• графические (теория графов и пр.).

Классу плохо организованных систем соответствует в данной класси­фикации статистические представления. Для класса самоорганизующихся систем наиболее подходящими являются модели дискретной математики и графические модели, а также их комбинации.

Прикладные классификации ориентированы на экономико­математические методы и модели и в основном определяются функциональ­ным набором задач, решаемых системой [Автоматизированный системно­когнитивный анализ в управлении активными объектами (системная теория информации и ее применение в исследовании экономических, социально­психологических, технологических и организационно-технических систем): Монография (научное издание). - Краснодар: КубГАУ. 2002. - 605 с.].

К эвристическим методам также примыкают методы семиотического подхода, основанного на возможностях выразительных средств естественно­го языка, которые позволяют весьма эффективно и при определенных согла­шениях описывать широкий класс объектов, процессов и явлений.

Одним из методов, реализующих семиотический подход, является си­туационное управление. В основе этого метода лежат следующие принципы:

1. Модель объекта управления и описание происходящих в ней процес­сов является семиотической и строится на основе текстов. Модель описания ситуаций, также является семиотической.

2. Формирование модели объекта управления и происходящих в нем процессов осуществляется либо специалистом до введения ее в ЭВМ, либо самой ЭВМ, путем анализа поведения объекта в различных ситуациях. В по­следнем случае должны быть разработаны принципы и алгоритмы такого анализа.

Общая модель включает в себя следующие уровни:

• нулевой уровень - множество базовых понятий;

• первый уровень - мгновенные фотографии (застывшие фрагменты) ре­альной ситуации;

• второй уровень - отражает закономерные связи между предметами внешнего мира.

Модель второго уровня очень подробно описывает внешний мир в слишком мелких единицах. Все последующие уровни, начиная с ipcibeio, проводят постепенные обобщения. В этих обобщениях роль компонента, ме­жду которыми устанавливается связь, которую играют структуры, выделяе­мые в более низких слоях.

Основные недостатки ситуационного управления заключаются в сле­дующем:

1. Часто требуется огромная “ручная работа” но формированию базо­вых понятий и базовых отношений.

2. Сформировавшийся базис (понятий и отношений) замыкает круг за­дач, которые могут быть решены с помощью данной модели

3. Мри изменении части условий ситуации или расширении границ сис­темы, как правило, требуется существенное изменение рабочей модели.

Методы аналогии включают прежде всего так называемые биологиче­ские аспекты. 15 этом случае биологическую систему рассматривают как про­тотип системотехнического комплекса. Это позволяет использовать опыт, накопленный живой природой в процессе длительной эволюции. Чаще всего бионический подход играет роль методологического совета, позволяя избе­жать некоторых ошибок.

В других случаях, наоборот, сложную систему редуцируют (рассмат­ривают) по каким-то процессам, характеристикам к уровню многоэлемент­ных физических систем (идеальный газ, гравитационные системы, диффузи­онные процессы). Это позволяет снизить сложность проблемы за счет сведе­ния ее к известным и хорошо изученным задачам и за счет уменьшения числа принимаемых во внимание фазовых переменных (основных факторов). При- менение физических аналогий оправдано лишь тогда, когда выделенные фак- торы играют определяющую роль в абстрагировании от остальных перемен- ных и не вносят существенной погрешности в результаты СЛ.

Аналитические методы, используемые в С А, весьма разнообразны. 1ак как вСА используются практически все математические схемы исследования операций и методы теории принятия решений, а также специфически приме­нимы и модели:

• метод "черного ящика",

• метод агрегатов,

• модели на основе теории графов,

• модели на основе концепций I И.

Перечисленные специфические методы развиты недостаточно и неко­торые из них не играют решающей роли.

Моделирование играет ведущую роль в СА. При этом наибольшее 'зна­чение имеет имитационное моделирование (ИМ). Под ИМ понимают приме­нение метода статистических испытаний (это особый численный метод (ме­тод Монте-Карло), с помощью которого как бы имитируются элементарные явления, составляющие исследуемый процесс) для исследования сложных систем.

Сущность этого метода при исследовании систем состоит в том, что процесс имитируется с помощью арифметических и логических операций в том последовательности элементарных актов, которая характерна для моде­лируемого процесса. При этом в качестве математической модели функцио­нирования сложных систем выступает моделирующий алгоритм, в соответст­вии с которым в ЭВМ вырабатывается информация, описывающая элемен­тные явления исследуемого процесса с учетом их взаимного влияния.

Под ИМ следует понимать процесс формирования реальной системы и проведения на этой модели экспериментов в целях выявления:

1. свойств системы;

2. возможных путей ее создания;

3. совершенствования и (или) эффективного использования.

Большой интерес к ИМ определяется рядом факторов, основными из

которых являются:

1. возможность заменить эксперименты в реальных условиях экспери­ментами в искусственной среде.

2. возможность наглядно представить явно невоспроизводимые или не­существующие ранее проблемы, когда традиционные методы анализа непри­годны.

3. обеспечение лучших условий для систематического использования интуиции и опыта экспериментов.

4. возможность увеличивать (уменьшать) время течения изучаемых процессов в широких пределах, уходя от реального масштаба времени.

5. обеспечение стабильности условий экспериментов (чистота экспе­римента).

6. получение множества альтерната в.поведения системы.

Основные недостатки ИМ заключаются в дороговизне и значительных трудозатратах большой группы экспертов, а также в высокой опасности “ложной” имитации.

4. Этапы системного анализа и вопросы его детализации

В большинстве случаев практического применения системного анализа для исследования свойств и последующего оптимального исследования сис­темой можно выделить следующие основные этапы:

G Содержательная постановка задачи

• Построение модели и зучаемой системы

• Отыскание решения задачи с помощью модели ; ; Проверка решения с помощью модели

Подстройка решения под внешние условия Осуществление решения

Основные процедуры системного «на нею составляю» иыим«« ни ми ную последовательность операций, которые удобно разбии, ни ’ичищг < лив ных этапа:

1. Постановка задачи.

Включает вопросы: выяснение условий формировании биологичс« иих и медицинских объектов, основных закономерностей и i.ii. Осмысливание проблемы с точки зрения ожидаемых конечных результатов (формулироий ние цели), а также в методологическом плане (формирование системной кон­цепции) позволяет исследователю составить представление о характере, об объеме необходимой биолог ической или медицинской информации. По лому следующей операцией является сбор, систематизация и хранение сведение об изучаемых биологических и медицинских объектах.

2. Этап описания

Па этом этапе одной из основных процедур является конструирование биологических и медицинских систем. В зависимости ог стоящей перед ис­следователем задачи формируется система биологических признаков. 'Утаи включает три операции:

• выбор объектов (признаков ИЛИ тел) т&м подлежащих системному ис­следованию;

• выбор системообразующего решения /?;

• конструирование систем .S|, S2 V,„ элементами которых являются

те М.

Операции этого этапа легко формализуемы, поэтому реализуются спе­циальными программами на ЭВМ.

3. )I:ш объяснении

Основная задача ною папа содержательная интерпретация биолог* ческих и медицинских систем, полученных на предыдущем шаге. Централь­ное место отводится нахождению общих фактором, под которыми в данном случае понимаются некоторые особенности среды, вызывающие вполне оп­ределенные взаимоотношение ьтсметов, образующих систему Задача со­стоит в выявлении и содержательной интерпретации фактором, управляющих корреляциями элементов, входящих в одну систему. Одним из основных ме­тодов решения этой задачи является специальный, то ecu., проводимы с био­логических позиций анализ состава систем, сконструированных на основе фиксированных !> и R.

Другим путем, позволяющим обнаружим, и идентифицировать иско­мые общие (для данной системы) факторы, является вычисление и после­дующий анализ величин (./), отражающих в определенной степени направле­ние и интенсивность действия системообразующих факторов. Это путь реа­лизуем только в рамках специальных методов исследования структуры кор­реляционных матриц.

Следующим шагом пою пана является построение модели и проверка ее адекватности реальным объектом. Если на них объектах не подтвержда­ются следствия, вытекающие из генетических построений, но вносятся по­правки в процедуры:

• выяснение общих факторов;

• Конструирование системы (изменение состава множества м, смена сис­темообразующего отношения я, обращение к другому методу анализа корреляционной матрицы;

• информационное обеспечение (проверка фактического материала, рас­ширение и уточнение набора геологических признаков);

• формулирование системной концепции Р (изменение или \точнение

представлений о возможных взаимосвязях среды и объекта).

IV⁷. Эган прогноза

Генетическая модель дает исследователю лишь общие представление о “механизме” формирования тех или иных биологических объектов. В связи с этим, чтобы превратить модель в инструмент прогнозирования, необходимо выполнить действие, направленные на конкретизацию этого биологического процесса, системы организма и т.п.

Резюмируя основные положения СЛ можно отметить, что:

1. Методы СЛ продолжают развиваться, хотя и в настоящее время уже широко используются при решении специальных задач анализа сложных технических, биотехнических, биологических и социально-экономических систем.

2. 11роблема сложности функционирования, изучения систем в рам­ках С А получила определенное решение, прежде всего, благодаря развитию метода де ком поз и ци и.

3. Проблема неопределенности существенно продвинулась в своем решении в результате использования теоретико-множественных подходов, а так же теории статических решений и теории игр, развиваемых в рамках ис- с л слова н ия оп ера 11 и й.

4. Недостаточно еще развиты системные исследования в области предметных характеристик систем, хотя известны работы А.А.Харкевича по потенциальной помехоустойчивости, пропускной способности канала связи, а также работа Б.И.Петрова и представителей его школы (1972г.) по предель­ной мощности регулятора в теории управления в технических и биологиче­ских системах, предельного объема информации при контроле состояние объекта.

Таким образом, рассмотренные аспекты СП и СА, ограничены отве­денным временем их изучения и представляют сочетание приемов и методов

неформального и формального характера, причем основная тенденция разви­тия СЛ сводится, как следует из многочисленных публикаций, к системати­ческому усилению его формального направления.

Системный подход означает необходимость исследования объекта с разных сторон, комплексно без разделения исследований на физические, хи­мические и др. Это понятие входит в состав основополагающих понятий тео­рии систем.

Системные исследовання - включают:

• определение класса систем;

• определение структуры систем;

• определение правил функционирования систем.

Системный анализ - этот термин можно рассматривать как приложение системных концепций к функциям управления системами, связанным с про­граммированием, планированием и т.п., то есть при решении задач отличаю­щихся высоким уровнем их неопределенности условий исследования. Сис­темный анализ применяется только:

• к определению целей систем;

• к планированию или исследованию поведения системы в целом, включая

функциональную и обеспечивающую части.

Исследования в рамках СЛ базируются на следующую методологию их

проведения: