(15)

основные положения системного подхода к решению различных проблем.

Под системнъш подходом к решению различных проблем понима­ют общую методологию исследования явлений, процессов, объектов, представляемых в виде сложных систем.

Основополагающие принципы системного подхода обусловлены свойствами систем. Основные из них - принципы цели, целостности и сложности.

Принцип цели состоит в том, что любую проблему представляют как некоторую конечную цель, на решение которой направлено исследо­вание. Именно эта цель является главным системообразующим факто­ром, определяющим структуру и сложность систем, включающих про­межуточные цели, с помощью которых достигается решение проблем.

Принцип целостности заключается в выделении рассматриваемых систем из окружающей среды и взаимосвязи всех внутренних элементов этих систем, обеспечивающей появление у них некоторых новых свойств, которых нет у отдельных элементов.

Принцип сложности выражается в иерархической структуре сис­тем. В зависимости от целей и методов исследований любая система может иметь различную степень сложности. Она может иметь несколько уровней, называемых стратами, может представлять собой элемент ме­тасистемы, т. е. системы более высокого порядка. И наоборот, любой эле­мент системы можно представить в виде системы более низкого уровня в зависимости от задач исследования.

Примером использования принципов системного подхода в иссле­довании является анализ работы фермы покрытия в каркасе промыш­ленного здания (рис. 15).

Здесь цель исследования - обеспечение несущей способности фер­мы, воспринимающей внешние нагрузки Р от покрытия.

Целостность объекта исследования проявляется в выделении фер­мы из каркаса здания и учете взаимосвязи элементов фермы - поясов, стоек, раскосов. При этом если шарнирно соединенные элементы фермы способны воспринимать только продольные усилия (рис. 15, а), то фер­ма как система приобретает новое свойство - воспринимать нагрузки поперечного к пролету направления, вызывающие в конструкции изги­бающий момент и поперечную силу (рис. 15, б). Это свойство ферма по­лучает в результате организованного взаимодействия элементов фермы между собой.

Рис. 15. Свойства элементов (а) и фермы (б)

Иерархический принцип сложности для этой же фермы проявляется в том, что она является элементом несущего каркаса здания (метасистемы). В свою очередь сама ферма также является системой.

Представление объектов и процессов с помощью сложных систем осуществляется на макро- и микроуровне

Макроподход позволяет отделить систему от окружающей среды, выделить ее как нечто целое. Такой процесс называют внешним проектированием системы. Так, если принимается решение о строительстве жилого дома, то его принимают за систему, входящую в метасистему городской застройки. Главный архитектор города определяет место, этажность, архитектуру дома.

Микроподход применяется при рассмотрении внутренней структуры системы (внутреннее проектирование системы). В приведенном выше примере с жилым домом микроподход проявляется в принятии объемно- планировочных и конструктивных решений, в разработке проекта инженерных коммуникаций здания.

Рассмотрим основные понятия теории систем для последующего их использования в системном анализе.

Под системой понимают целостный комплекс взаимосвязанных элементов, объединенных общей целью функционирования системы.

В любом объекте существует бесконечно большое количество внут­ренних связей и связей внешних с окружающими его объектами. Тем не менее, говоря о системе, подразумевают некоторое достаточно ограни­ченное число связей, обеспечивающих функционирование объекта (сис­темы) и достижение некоторой цели, представляющей интерес в конк­ретном исследовании

В теории систем встречается также такое понятие, как парадигма системы - концептуальная схема и мо­дель решения некоторой проблемы с помощью системы, построенной автором исследования.

Из определения системы как совокупности элементов следует, что элементом является некоторая минимальная часть системы, не подлежа­щая дальнейшему расчленению в конкретном исследовании, обладаю­щая определенной самостоятельностью и влиянием на цель функциони­рования системы. Элементы могут быть однородными (однотипные бал­ки в перекрытии здания) и неоднородными (балки, фермы, колонны в каркасе здания).

Понятие элемента, как и самой системы, зависит от цели исследо­вания. Свойства элемента, отличающие его от других объектов, опреде­ляют его значение, роль в достижении системой цели функционирова­ния. Свойства элементов являются критерием, по которому исследова­тель включает или не включает их в состав системы. Это свойство эле­ментов, имеющее отношение к цели исследования, называется характе­ристикой, а ее численное значение является параметром элемента (объемный вес, влажность, температура).

Состояние системы определяется множеством значений парамет­ров ее элементов в данный момент времени. Переход системы из одного состояния в другое характеризуется изменением значения хотя бы одно­го из параметров.

Аналогичным образом определяется и состояние среды, окружаю­щей систему. При этом совокупность состояний системы и среды в неко­торый момент времени принято называть ситуацией_i

Взаимодействие элементов системы между собой происходит бла­годаря связям между ними. Связи элементов в системе обладают в боль­шей или меньшей степени синергическими свойствами (при совместном действии таких связей общий эффект увеличивается больше, чем от про­стого сложения действий связей). Связи могут быть механическими, энер­гетическими, информационными или сочетать в себе все эти разновид­ности в различных комбинациях.

Любая система или ее элемент в процессе функционирования и проявления связей приобретает функциональную структуру (рис. 16), включающую в себя три составных части:

вход - воспринимающий изменения в других элементах или внеш­ней среде, окружающей систему;

выход - выдающий результат воздействия на систему в виде новых параметров ее состояния (отклик, реакция системы);

процессор - преобразующий параметры на входе в параметры сис­темы на выходе

Ф ункциональные части системы соединяет прямая связь: вход - процессор - выход. Связь называется обратной, если она соеди­няет выход с входом.

На рис. 18 показана система «Здание» в процессе его создания и эксплуатации (во времени), а на рис. 19 - в процессе функционирова­ния (в пространстве)

. Технологический процесс в здании прямо влияет на его обьемно- планировочное решение и инженерное оборудование. В свою очередь, объемно-планировочное решение определяет пролеты несущих конст­рукций и нагрузки на них. Есть и обратные связи. Если выбранное архи­тектурное решение не обеспечено конструктивным исполнением, то ма­териалы и конструкции могут повлиять на выбор архитектуры здания и даже на технологический процесс.

.

Рис. 18. Структура системы «Здание» в процессе его создания и эксплуатации (во времени)

Рис. 19. Структура системы «Здание» в процессе его функционирования

(в пространстве)

В последние годы методология принятия решений в строительстве получила широкое развитие. Созданы новые программные средства, обес­печивающие связи между элементами сложных систем в процессе про­ектирования и управления строительством с использованием единой информационной базы. Разработаны экспертные системы, информаци­онно-поисковые системы, помогающие принимать решения с примене­нием методов системного анализа. Это новое направление в строитель­ной науке получило название сквозного автоматизированного проекти­рования и управления, целью которого является конечный результат, т. е. заданные показатели состояния строительной системы в целом, а не от­дельных ее элементов.

. Системный анализ, его этапы

Системный подход в науке, в строительстве используется при ре­шении различных проблем. Проблема - это ситуация, требующая изуче­ния и разрешения, в которой необходимое расходится с действительным положением дел.

Процесс выработки мероприятий для разрешения проблемы с по­мощью системного анализа производится с разделением на следующие основные этапы:

1. Выявление и анализ проблемы.

2. Выделение системы из среды.

3. Определение промежуточных целей.

4. Выбор критериев, оценка альтернатив и принятие решения.

5. Диагноз существующей системы.

6. Проект организации системы.

7. Составление комплексной программы решения проблемы.

Собственно анализом проблемы и возможностей ее разрешения

являются первые пять этапов. Шестой и седьмой этапы представляют собой синтез всех результатов исследования, воплощенный в конкрет­ные организации системы и комплексные программы реализации при­нятого решения. Рассмотрим этапы поподробнее.

1-й этап. Выявление и анализ проблемы

Этап является основополагающим для постановки исследования. На этом этапе осуществляется тщательное изучение обстановки, по­родившей проблему, проводится сбор данных по ее прошлому и на­стоящему, определяются тенденции дальнейшего развития. Произво­дится систематизация этих данных, выделение главного, чтобы отве­тить на вопрос, действительно ли здесь есть расхождение между тре­буемым и фактическим положением дел, не является ли проблемная ситуация надуманной, порожденной второстепенными обстоятельства­ми. Необходимость разработки проблемы нужно глубоко обосновать и указать тесные связи с другими проблемами. Результатом первого этапа является четкая формулировка проблемы как главной цели ис­следования с указанием глубины, масштаба, значимости и необходи­мости ее разрешения.

2. Й этап. Выделение системы из среды

На втором этапе исследования выявляется, что необходимо для реше­ния проблемы, от чего зависит решение, что следует включить в систему, направленную на решение проблемы, и что не включать, оставляя в ка­честве среды. К системе относятся все те элементы, которые тесно связа­ны между собой и могут существенно влиять на конечный результат (цель) функционирования системы.

Внешняя (окружающая) среда также состоит из элементов, так или иначе влияющих на выделенную систему. Основанием для отнесения этих элементов к среде являются два обстоятельства. Первое - элементы мало влияют на состояние системы. Это влияние в процессе исследования выявляется количественно, и если оно оказывается существенным, то элемент может быть включен в систему. Второе - состояние элементов среды задано, не зависит от состояния системы и не может меняться ис­следователем.

Так, для системы «Объект строительства» подготовка кадров явля­ется внешним элементом среды. Но если в процессе строительства ста­нет возможным существенно повышать квалификацию строителей и на­столько, что это сократит сроки строительства и повысит его качество, то подготовка строительных кадров может стать элементом системы.

Результатом второго этапа является перечень элементов системы с указанием их свойств, влияющих на достижение конечной цели.

2. Й этап. Определение промежуточных целей

Достижение главной цели, сформулированной в проблеме, зависит от решения задач, представляющих собой некоторые цели, но более низ­кого уровня. Мероприятия для достижения конечной цели выявляются при построении дерева целей (ДЦ) - упорядоченной иерархии альтерна­тивных целей, характеризующей их соподчиненность и внутренние вза­имосвязи (рис. 20, а). Совокупность всех целей - главной и промежуточ­ных - в дереве целей называют также порфирианом по имени греческого философа Порфирия, в работах которого встречается аналогичная сис­тематизация целей.

Иерархия уровней ДЦ указывает на то, что цели вышестоящих сту­пеней достигаются лишь в результате реализации подцелей, на которые они распадаются. Подцели являются средствами к достижению выше­стоящей цели и в то же время сами являются целью для более низкой ступени.

Дерево целей рекомендуется строить, начиная с верхней (главной) цели нулевого уровня, перемещаясь по уровням сверху вниз. Число уров­ней может быть 5-9. Полезнее учесть больше целей, чем упустить необходимые. Многие цели на этом этапе исследования являются альтерна­тивными, охватывают возможные пути решения проблемы.

Таким образом, результатом третьего этапа является построение первого варианта ДЦ, включающего все возможные промежуточные цели системы.

4-й этап. Выбор критериев, оценка альтернатив и принятие решения

Чтобы принять то или иное решение, необходимо получить инфор­мацию о его последствиях (прогноз). Осуществляется это в процессе формализации связей в системе целей, моделирования и оценки состоя­ния системы после принятия решения.

После оценки и сравнения альтернатив малозначащие цели ДЦ уда­ляются, остаются основные, соответствующие наиболее эффективному решению проблемы..

В результате 4-го этапа формируется окончательный вариант ДЦ, представляющий собой решение исследователя.