79

Теория систем и системный анализ

Д.т.н., профессор Маслов Олег Николаевич

Кафедра ЭИС ПГУТИ (г. Самара)

1. Введение в тс и са. Актуальность, задачи и предмет изучения курса тс и са

1.1. Три подхода к постижению мира. Методы и средства, пользуясь которыми человек с древнейших времен познает окружающий мир, делятся на три группы по признакам, положенным в их основу: принципам веры, искусства и науки.

Принципы веры включают в себя как религиозные догматы, привитые с детства, так и знания, подтвержденные опытным путем и преобразованные сознанием человека в его убеждения. Эти принципы не нуждаются в дальнейшей проверке и подтверждении. Колебания и сомнения верующий человек преодолевает, обращаясь к принципам вероучения – насколько эффективно эта вера помогает ему в жизненных перипетиях, каждый решает по-своему (сегодня большинство религий достаточно толерантны и адаптивны по отношению к людям).

Принципы искусства ориентированы на познание человеком действительности путем самовыражения: когда художник (литератор, живописец, актер, музыкант) прислушивается к самому себе, старается уловить, запечатлеть и передать окружающим свои непосредственные чувства, мысли, впечатления. Он ощущает себя уникальным исследовательским инструментом и в этом смысле также является и верующим человеком, и ученым.

Принципы науки основаны на универсальности и объективности знаний, воплощенных в технологии, идеологии, вещественные ценности и другие атрибуты материального мира. Методы и средства, приборы и инструменты, используемые наукой, позволяют тиражировать, многократно воспроизводить, дорабатывать и совершенствовать все ее достижения – независимо от места, времени и личных качеств специалистов, проводящих исследования. Науке присущи материализм и рационализм, нацеленность на конкретный результат, активное взаимодействие с производством – это привело к фантастическим успехам и создало ей непререкаемый авторитет, особенно в XIX-XX веках нашей эры.

1.2. Предмет изучения ТС и СА. Характерный пример эффективности научных методов исследования самых разных объектов, явлений и процессов демонстрируют теория систем и системный анализ (ТС и СА). Возможность использовать научный системный подход имеется в любой области исключительно сложной и динамично изменяющейся, многообразной по виду человеческой деятельности.

Теория систем обращена к фундаментальным понятиям и аспектам исследования систем (термин «система» в дальнейшем будет рассмотрен более подробно), она изучает объекты, явления и процессы окружающего мира, отвлекаясь от их конкретной природы и основываясь на основных формальных взаимосвязях между их составляющими и факторами, влияющими на них; на характере их изменения под влиянием внешних условий. Наблюдаемые результаты объясняются взаимодействием компонентов (элементов и связей) систем (характером их организации и функционирования), а не с помощью обращения к природе конкретных (физических, экономических, экологических, социальных и т.п.) механизмов их работы. Предметом изучения для ТС и СА является не «физическая реальность», а «система» как некая обобщенная модель и как абстрактная формальная взаимосвязь между ее основными признаками и свойствами. Поэтому при системном подходе любой изучаемый объект, явление или процесс представляется как система. Само понятие «система» при этом относится к одному из таких же методологических понятий, поскольку процесс изучения систем тоже рассматривается как система действий, направленных на достижение заданной конечной цели.

1.3. Актуальность изучения ТС и СА определяется следующими обстоятельствами:

- в условиях перехода России к рынку и интеграции в мировую экономику возрастают масштабы и сложность имеющихся (используемых) в стране экономических и социальных систем, которыми нужно управлять на научной основе;

- усиливается влияние (политическое, финансовое, правовое) внешней среды, затрудняющее поиск необходимых управленческих (экономических, организационных) решений;

- увеличивается объем информации (включая поступающую через сеть Internet), которую для принятия решений экономисту нужно уметь анализировать после ее поиска, классификации и отбора;

- в соответствии с динамикой внешних (рыночных) условий должны постоянно изменяться требования к структуре и функциям аппарата управления организаций (предприятий, компаний, фирм) – которыми также нужно уметь управлять.

Цель курса ТС и СА – изучение основ построения и функционирования систем, организационных и методологических принципов их анализа и синтеза, в интересах использования выявленных научным путем закономерностей для оптимизации производственных, экономических и социальных структур в современном обществе.

Задачи изучения курса:

- формирование представлений о системности мира и человеческой деятельности в нем;

- выявление роли и места ТС и СА в системе прикладных наук;

- ознакомление с методами изучения и анализа систем;

- изучение последовательности и содержания этапов анализа систем;

- изучение особенностей внедрения результатов СА в практику.

1.4. Сложные системы. Современные производственные, финансовые, социальные, природные и т.п. структуры сложны и обладают множеством самых разных свойств: они распределены в пространстве, динамично изменяются во времени, поведение их описывается как детерминированными, так и стохастическими законами. По мере усложнения технологических процессов и экономических отношений между предприятиями возникает проблема разработки и внедрения в практику методов управления ими на основе ТС и СА.

Крупные технологические, энергетические, транспортные, телекоммуникационные, банковские и др. комплексы являются примерами сложных иерархических систем. В управлении такими системами задействованы большие природные, материальные, людские и энергетические ресурсы. Практический интерес к сложным системам выражает одну из особенностей современного этапа развития мирового бизнеса. По мере увеличения сложности систем главное значение приобретают проблемы общесистемного характера, а физическая (экономическая, техническая, организационная и т.п.) сущность наблюдаемых процессов как бы отодвигается на второй план – поскольку наиболее важное значение приобретают некие общие закономерности функционирования разных объектов.

Умение распознать в реальном объекте (процессе, явлении) сложную систему, декомпозировать (разделить) ее на типовые элементарные составляющие, определить законы взаимодействия элементов в составе каждой подсистемы и вновь синтезировать всю систему уже на ином, качественно новом уровне ценилось во все времена, стимулировало разработку специальных моделей, процедур и алгоритмов. Еще древнеримский философ Квинтилиан утверждал, что любую сколь угодно сложную ситуацию можно структурировать и описать, пользуясь семью вопросами: «Что?»; «Где?»; «Когда?»; «Кто?»; «Почему?»; «С какой целью?»; «При каких условиях?»

1.5. Системный подход. Современная дифференциация наук дает возможность глубоко исследовать предмет каждой конкретной науки, абстрагируясь от других научных направлений. Но она имеет и негативные последствия, которые связаны с возникновением «барьеров специализации», затрудняющих взаимопонимание ученых, обмен опытом выполненных исследований. Опыт показывает, что наибольших результатов сегодня следует ожидать на стыке отдельных наук – поэтому в ХХ веке интенсивно формировались и развивались гибридные науки: астрофизика, термодинамика, физическая химия, биофизика, социальная политика и т.п. Однако интеграция наук проблему не решает и дробление все равно остается (хотя имеет место укрупнение составных частей этого дробления).

Радикальный способ преодоления барьеров специализации заключается в разработке глобального междисциплинарного комплекса обобщающих взглядов, понятий и концепций, на основе которых оказывается возможным объединение широкого круга отдельных областей проведения исследований. Данный метод получил название системного подхода и оказался весьма эффективным при исследовании самых разных реальных систем (объектов, явлений, процессов), а также при разработке методов и алгоритмов управления ими. Практическая эффективность системного подхода объясняется, с одной стороны, тем, что он позволяет понять суть каждого предмета исследования в концептуальном плане. С другой стороны, абстрактный уровень мышления, который является атрибутом системного подхода, хорошо согласуется с конструкциями современной математики – и это обеспечивает формализацию и применение строгих математических методов, а также современных информационных и компьютерных технологий, позволяющих досконально разобраться в деталях. И все это становится возможным именно потому, что предметом изучения СА формально является любая система – независимо от ее природы, организации, способа существования и описания.

1.6. Практическая значимость СА. Как и ТС, термин СА используется в научных публикациях неоднозначно. В одних работах СА определяется как «приложение системных концепций к функциям управления, связанным с планированием». В других – употребляется как синоним термина «анализ систем».

Фундаментом СА является сочетание формальных (математических) и неформальных методов исследования, использование целевой концепции, развитие теории выбора и принятия решений. СА – это одно из основных направлений реализации системного подхода, в рамках которого рассматриваются исследовательские и управленческие проблемы, связанные с обоснованием и принятием решений в экономике, технике, политике и т.д.

Как единый раздел науки ТС и СА могут быть разделены на две части:

- теоретическую, которая использует такие области знаний, как теория вероятностей, теория информации, теория игр, теория графов, теория расписаний, теория решений, топология, факторный анализ и т.д.;

- прикладную, основанную на методах прикладной математической статистики, методах исследования операций, имитационном моделировании, системотехнике и т.п.

Хотя ТС и СА широко используют достижения различных отраслей науки и этот «захват» непрерывно расширяется, у них имеется собственное «ядро», свой особый метод – системный подход к решаемым конкретным задачам. Сущность данного метода состоит в том, что все элементы системы и все операции в ней рассматриваются только как одно целое, в совокупности и взаимосвязи друг с другом.

Ценность СА состоит еще и в том, что он с успехом применяется для разрешения трудно формализуемых и слабо структурированных проблем, как средство сведения сложной проблемы к взаимосвязанной иерархии более простых задач, доступных для решения формальными (стандартными) методами. Примерами таких сложных проблем являются:

- проектирование и модернизация крупных организационно-технологических объектов (предприятий, компаний, промышленных объединений);

- создание и внедрение сложных программно-технических комплексов;

- разработка программ социально-экономического развития, энергосбережения, обеспечения безопасности и т.д.

Методы и модели СА особенно эффективны на ранних этапах создания или развития сложных систем: концептуализации (его называют также этапом анализа проблем); предпроектного обследования; эскизного проектирования; проведения прикладных научных исследований.

К числу решаемых задач при этом относятся:

- выявление проблем (узких мест) в существующих системах,

- выявление целей и направлений проектирования,

- определение структуры и перспективных вариантов реализации системы,

- формирование задач управления.

Все перечисленные работы являются не только трудно формализуемыми (креативными, творческими), но и, одновременно, весьма важными и ответственными – поскольку формируют общую основу проекта («каркас» будущего объекта, направления разработки системы и т.п.), детали которой в дальнейшем прорабатываются, уточняются и улучшаются. Причем именно решения, принимаемые на ранних этапах, во многом определяют качество конечного результата. Применяя модели и методы ТС и СА, можно повысить качество указанных работ, избежать ошибок при их проведении, а также сократить трудоемкость и сроки выполнения.