1)Системы и закономерности их функционирования.

Классификация систем

Подходы к классификации системы могут быть самыми разными:

• по виду отображаемого объекта - технические, биологические, со­циальные и т. п.;

• по характеру поведения - детерминированные, вероятностные, игровые;

• по типу целеустремленности - открытые и закрытые;

• по Сложности структуры и поведения - простые и Сложные;

• по виду научного направления, используемого для их моделирова­ния - математические, физические, химические и др.;

• по степени организованности - хорошо организованные, плохо орга­низованные и самоорганизующиеся.

Детерминированной называется система, состояние которой в буду­щем однозначно определяется ее состоянием в настоящий момент вре­мени и законами, описывающими переходы элементов и системы из одних состояний в другие. Составные части в детерминированной сис­теме взаимодействуют точно известным образом.

Вероятностные или стохастические системы - это системы, поведение которых описывается законами теории вероятностей. Для вероятностной системы знание текущего состояния и особенностей взаимной связи элементов недостаточно для предсказания будущего поведения системы со всей определенностью. Для такой системы име­ется ряд направлений возможных переходов из одних состояний в дру­гие, т. е. имеется группа сценариев преобразования состояний систе­мы, и каждому сценарию поставлена в соответствие своя вероятность.

Игровой является система, осуществляющая разумный выбор сво­его поведения в будущем. В основе выбора лежат оценки ситуаций и предполагаемых способов действий, выбираемых на основе заранее сформированных критериев, а также с учетом соображений неформаль­ного характера. Руководствоваться этими соображениями может только человек. Примером игровой системы может служить организация, вы­полняющая некоторые работы и выступающая в качестве исполните­ля.

Классификация поданному признаку условна, как и многое другое, касающееся характеристики сложных систем. Она допускает разные толкования принадлежности той или иной системы к сформированным классам. Так в детерминированной системе можно найти элементы стохастичности. С другой стороны, детерминированную систему мож­но считать частным случаем стохастической системы, если положить вероятности переходов из состояния в состояние соответственно рав­ными нулю (перехода нет) и единице (переход имеет место). Точно также стохастическую систему можно рассматривать как частный случай игровой, когда идет игра с природой.

Следующий признак классификации: открытые и закрытые систе­мы. По данному признаку классификации системы характеризуются различной степенью взаимодействия с внешней средой. Открытые системы обладают особенностью обмениваться с внешней средой массой, энергией, информацией. Замкнутые (или закрытые) системы изолированы от внешней среды. Предполагается, что разница между открытыми и замкнутыми системами определяется с точностью до принятой чувствительности модели.

По степени сложности системы подразделяются на простые, слож­ные и очень сложные. Простые системы характеризуются небольшим количеством возможных состояний, их поведение легко описывается в рамках той или иной математической модели. Сложные системы от­личаются разнообразием внутренних связей, но допускают их описание. Причем набор методов, привлекаемых для описания сложных систем, как правило, многообразен, т. с. для построения математической мо­дели сложной системы применяются различные подходы и разные раз­делы математики. Очень сложные системы характеризуются боль­шой разветвленноегью связей и своеобразностью отношений между эле­ментами. Многообразие связей и отношений таково, что нет возмож­ности все их выявить и проанализировать. Простыми системами мож­но считать лентопротяжные механизмы, механические передачи, сис­темы слежения за целью и т.д. Сложными системами являются элект­ронно-вычислительная машина, система управления и защиты энерго­блока. система электроснабжения промышленного объекта и пр. Очень сложными являются социотехнические системы, такие как автомати­зированные системы управления крупным предпримем, экспертные системы с функциями поддержки и принятия управленческих решений.

При формулировании задачи принятия решения для хорошо орга­низованной системы проблемная ситуация описывается в виде мате­матического выражения, критерия эффективности, критерия функцио­нирования системы, который может быть представлен сложным урав­нением. системой уравнений, сложными математическими моделями, включающими в себя и уравнения, и неравенства, и т.

При представлении объекта в виде плохо организованной систе­мы не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между собой, а также с целями системы. Для плохо организованной системы формируется набор макропараметров и фун­кциональных закономерностей, которые будут ее характеризовать. Определение этих параметров и восстановление функциональных зависи­мостей осуществляется на основании некоторой выборочной информа­ции, характеризующей исследуемый объект или процесс. Далее полу­ченные оценки характеристик распространяют на поведение системы в целом.

2) Характеристика задач системного анализа

Рассмотрим основные задачи, на решение которых направлены уси­лия специалистов и которые нуждаются в дальнейшей разработке. Во- первых, следует отметить задачи исследования системы взаимодей­ствий анализируемых объектов с окружающей средой. Решение дан­ной задачи предполагает:

• проведение границы между исследуемой системой и окружающей средой, предопределяющей предельную глубину влияния рассматрива­емых взаимодействий, которыми ограничивается рассмотрение;

• определение реальных ресурсов такого взаимодействия;

• рассмотрение взаимодействий исследуемой системы с системой более высокого уровня.

Задачи следующего типа связаны с конструированием альтернатив этого взаимодействия, альтернатив развития системы во времени и в пространстве. Важное направление развития методов системного ана­лиза связано с попытками создания новых возможностей конструиро­вания оригинальных альтернатив решения, неожиданных стратегий, непривычных представлений и скрытых структур. Другими словами, речь здесь идет о разработке методов и средств усиления индуктив­ных возможностей человеческого мышления в отличие от его де­дуктивных возможностей, на усиление которых, по сути дела, направ­лена разработка формальных логических средств.

Задачи третьего типа заключаются в конструировании множества имитационных моделей, описывающих влияние того или иного взаимо­действия на поведение объекта исследования. Отметим, что в систем­ных исследованиях не преследуется цель создания некой супермодели. Речь идет о разработке частных моделей, каждая из которых ре­шает свои специфические вопросы.

Даже после того как подобные имитационные модели созданы и ис­следованы, вопрос о сведении различных аспектов поведения системы в некую единую схему остается открытым. Однако решить его можно и нужно не посредством построения супермодели, а анализируя реак­ции на наблюдаемое повеление других взаимодействующих объектов, т е. путем исследования поведения объектов-аналогов и перенесения результатов этих исследований на объект системного анализа.

Задачи четвертого типа связаны с конструированием моделей при­нятия решений. Всякое системное исследование связано с исследова­нием различных альтернатив развития системы. Задача системных аналитиков выбрать и обосновать наилучшую альтернативу развития На этапе выработки и принятия решений необходимо учитывать взаи­модействие системы с ее подсистемами, сочетать цели системы с целями подсистем, выделять глобальные и второстепенные цели.

Наиболее развитая и в то же время наиболее специфическая область научного творчества связана с развитием теории принятия решений и формированием целевых структур, программ и планов. Здесь не ощу­щается недостатка и в работах, и в активно работающих исследовате­лях. Однако и в данном случае слишком многие результаты находятся на уровне неподтвержденного изобретательства и разночтений в пони­мании как существа стоящих задач, так и средств их решения. Иссле­дования в этой области включают

а) построение теории оценки эффективности принятых решений или сформированных планов и программ;

б) решение проблемы многокритериальное в оценках альтерна­тив решения или планирования;

в) исследования проблемы неопределенности, особенно связанной не с фаеторами статистического характера, а с неопределенностью экспертных суждений и преднамеренно создаваемой неопределеннос­тью, связанной с упрощением представлений о поведении системы;

г) разработка проблемы агрегирования индивидуальных предпоч­тений на решениях, затрагивающих интересы нескольких сторон, кото­рые влияют на поведение системы;

д) изучение специфических особенностей социально-экономических критериев эффективности;

с) создание методов проверки логической согласованности целевых структур и планов и установления необходимого баланса между пред­определенностью программы действий и ее подготовленностью к пе­рестройке при поступлении новой информации как о внешних событиях, так и изменении представлений о выполнении этой программы.

3) Типовые постановки задач системного анализа

Задачи распределения ресурсов

Задачи распределения ресурсов возникают, когда существует опре­деленный набор работ или операций, которые необходимо выполнить, а имеющихся в наличии ресурсов для выполнения каждой из них наилуч­шим образом не хватает. Способы распределения ограниченных ресур­сов при выполнении различных операций в системе управления могут быть различными. Для того чтобы решить задачу распределения ре­сурсов, необходимо сформулировать некоторую систему предпочтений или решающее правило. Такое правило принятия решений по определе­нию объема ресурсов, которые целесообразно выделить для каждого процесса, обычно разрабатывается с учетом оптимизации некоторой це­левой функции при ограничениях на объем имеющихся ресурсов и вре­менные характеристики.

В зависимости от условий задачи распределения ресурсов делятся на три класса.

1)Заданы и работы, и ресурсы. Требуется распределить ресурсы между работами таким образом, чтобы максимизировать некоторую меру эффективности (скажем, прибыль) или минимизировать ожидае­мые затраты (издержки производства).

2)Заданы только наличные ресурсы. Требуется определить, какой состав работ можно выполнить с учетом этих ресурсов, чтобы обеспе­чить максимум некоторой меры эффективности.

3)Заданы только работы. Необходимо определить, какие ресурсы требуются для того, чтобы минимизировать суммарные издержки.

Задачи управления запасами

Одной из сфер практической деятельности, в которой успешно при­меняются методы системного анализа, является сфера управления за­пасами. Система управления запасами представляет особый интерес для системного аналитика. Это объясняется, во-первых, сложностью задач, которые приходится решать в этой сфере управления, а во-вторых, общностью постановки задачи, которая находит применение в си­стемах различного типа, например, производственных системах, пред­приятиях торговли и сбыта, при обосновании количества запасных из­делий и т. п.. Задачи управления запасами обладают одной особенностью - с увеличением запасов увеличивают­ся расходы, связанные с их хранением, но уменьшаются потери от воз­можного их дефицита. Следовательно, одна из задач управления запа­сами заключается в минимизации суммы ожидаемых затрат, связан­ных с хранением запасов, и потерь, обусловленных их отсутствием в случае необходимости.

Основная проблема, возникающая при решении задачи управления запасами, состоит в создании эффективной и надежной системы управ­ления.

Задача управления за­пасами есть комплексная задача, составными частями которой явля­ются ведение информационной базы, построение моделей управления запасами, оптимизация объема создаваемого запаса и времени его по­полнения и прочие вопросы.

Организация обслуживания оборудования

К задачам организации обслуживания оборудования относятся за­дачи назначения времени, проведения проверок исправности функцио­нирования оборудования, проведения профилактического обслуживания, выбор оптимального числа запасных изделий и приборов для оборудо­вания, находящегося в эксплуатации. Любое оборудование в процессе работы изнашивается, устаревает и поэтому нуждается в организации контроля за исправностью его функционирования, а также в проведе­нии ремонтных, восстановительных работ. Под техническим обслужи­ванием систем понимается совокупность мероприятий, которые служат поддержанию и восстановлению рабочих свойств систем. Данные ме­роприятия подразделяют следующим образом:

• текущее обслуживание;

• контроль работоспособности и диагностика отказов;

• ремонтно-восстановительные работы.

Предупредительные (регламентные) работы проводятся в системах, которые еще не утратили работоспособность, т. е. еще функционируют. Действия, необходимые для восстановления работоспособности после того, как система отказала, относятся к ремонтно-восстановительным работам.

Ремонтно-восстановительные мероприятия - более масштабные по своему содержанию работы. Они связаны с проведением комплексной проверки работоспособности систем, заменой отказавших или достиг­ших установленного ресурса элементов, регулировкой отдельных пара­метров и прочими работами.

Задачи массового обслуживания

Задачи массового обслуживания рассматривают вопросы образо­вания и функционирования очередей. Для образования очереди необхо­дим поток требований, которые ожидают поступления в обслуживаю­щее устройство (обслуживающий канал). Под очередью подразумева­ют линейную цепочку выстроившихся один за другим объектов, нуж­дающихся в том или ином обслуживании. Объекты, подлежащие обслу­живанию, называются заявками или требованиями на обслуживание. Объекты, осуществляющие обслуживание, называются обслуживаю­щими каналами. В различных областях практической деятельности воз­никают ситуации, когда клиенты вынуждены ожидать своей очереди на обслуживание. Это относится к таким сферам деятельности как сред­ства связи (телефония, почта, телеграф), транспортные системы, пред­приятия обслуживания (театры, рестораны, ремонтные мастерские), системы медицинского обслуживания, производственные процессы, процессы управления большими системами и т.д.

Задачи анализа поведения системы.

Цель рассмотрения задач такого рода заключается в том, чтобы с помощью математических моделей, описывающих свойства реальных систем, выявить операци­онные характеристики, определяющие поведение этих систем в процессе функционирования.

Статистические задачи. Статистическое исследование являет­ся неотъемлемой частью разработки математической модели реаль­ной системы. В общем виде модель может существовать сама по себе, но приведение ее в количественное соответствие с конкретной систе­мой достигается путем статистического анализа эмпирических данных, оценивания фигурирующих в модели параметров и проверки исходных гипотез. Параметры системы должны быть ассоциированы с процес­сом поступления требований и механизмом обслуживания.

Операционные задачи. Существование при решении задач мас­сового обслуживания операционной направленности позволяет считать эту теорию одним из разделов системного анализа. Некоторые из опе­рационных задач по своей природе относятся к разряду статистичес­ких, другие возникают при проектировании сложных систем, управле­нии реальными системами и оценке их эффективности. При постановке операционных задач следует различать описательный и нормативный подходы.