Определения системного анализа

Глава 1

ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

1.1. Системность  - общее свойство материи.

Современный этап развития теории и практики характеризуется  повышением уровня системности. Ученые, инженеры, представители различных профессий оперируют такими понятиями как системный или комплексный подход. Полезность и важность системного подхода вышла за рамки специальных научных истин и стала привычной, общепринятой. Такая ситуация явилась отражением объективных процессов развития представлений о материальном мире, сформировалась под воздействием объективных факторов.

Отметим очевидные  и обязательные признаки системности: структурированность системы, взаимосвязанностъ составляющих ее частей, подчиненность организации всей системы определенной цели. По отношению к человеческой деятельности эти признаки очевидны. Всякое осознанное действие преследует определенную цель. Во всяком действии достаточно просто увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом легко убедиться, что эти составные части должны выполняться не в произвольном порядке, а в определенной их последовательности. Это и есть та самая определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности.

Название для  такого построения деятельности - алгоритмичностъ. Понятие алгоритма возникло сначала в математике и означало задание точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или другими математическими объектами. В настоящее время понятие алгоритма применяется к различным отраслям деятельности. Так говорят не только об алгоритмах принятия управленческих решений, об алгоритмах обучения, алгоритмах написания программ, но и об алгоритмах изобретательства [2]. Алгоритмизуются такие виды деятельности как игра в шахматы, доказательство теорем и т. п. При этом делается отход от математического понимания алгоритма. Важно сознавать, что в алгоритме должна сохраняться логическая последовательность действий. При этом допускается, что в алгоритме определенного вида деятельности могут присутствовать неформализованные виды действия. Важно лишь, чтобы определенные этапы алгоритма успешно, хотя бы и неосознанно, выполнялись человеком.

Системными  являются также результаты практической деятельно- с 1-й. Следует отметить, что  роль системных представлений в практике постоянно увеличивается, что растет сама системность человеческой деятельности. Данный тезис можно пояснить на примере проектирования технических объектов. Если раньше перед разработчиками новых образцов техники ставилась задача создания работоспособного объек- I , то в настоящее время практика ставит задачу создания новых объектов с некоторыми оптимальными свойствами, т. е. к разрабатываемым образцам еще на этапе проектирования предъявляются требования оптимальности. Цели, которые ставятся перед разработчиками, таким образом, являются более глобальными, более сложными.

Далее отметим, что системным является само мышление. Успешное решение поставленной задачи зависит от того, насколько системно подходит специалист к ее анализу. Неудачи в решении тех или иных проблем связаны с отходом от системности, с игнорированием части существенных взаимосвязей компонентов системы. Разрешение возникшей проблемы осуществляется путем перехода на новый, более высокий уровень системности. В связи с этим можно отметить, что системность не столько состояние, сколько процесс.

  Свойство системности присуще процессу познания. Системны знания, накопленные человечеством. В качестве особенности процесса познания отметим наличие аналитического и синтетического образов мышления. Анализ — это процесс, состоящий в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент, но чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс - синтез. Это относится как к индивидуальному мышлению, так и к общечеловеческому знанию.

Свойство системности  присуще результатам познания. В  технических науках это реализуется в построении адекватных моделей, являющихся отражением исследуемых объектов, моделей, описывающих динамическое поведение материальных объектов.

Системна также  среда, окружающая человека. Свойство системности является естественным свойством природы. Как уже отмечалось, окружающий нас мир есть бесконечная система систем, иерархическая организация все более сложных объектов. Причем как в живой, так и неживой природе действуют свои законы организации, являющиеся объективными биологическими или физическими законами.

      1.2. Развитие системных  представлений.

Становление системного анализа

Массовое распространение  системных представлений, осознание системности мира, общества и человеческой деятельности связано с именем американского математика Н. Винера. В 1948 г. он опубликовал книгу «Кибернетика» [6] и далее «Кибернетика и общество» [7]. В своих трудах он развивает идеи управления и связи в животном мире и машинах, анализирует с позиций кибернетики процессы, происходящие в обществе. Н.Винером и его последователями было указано, что предметом кибернетики является исследование систем. Причем отмечается, что хотя при изучении системы на каком-то этапе потребуется проводить учет ее конкретных свойств, для кибернетики в принципе несущественно, какова природа системы. То есть для изучения систем различных типов, будь она физической, биологической, экономической, организационной или вовсе представленной в виде модели, кибернетика предлагает единые подходы к ее исследованию.  

1.3. Определения системного  анализа

  Системный анализ как дисциплина сформировался в результате возникновения необходимости исследовать и проектировать сложные системы, управлять ими в условиях неполноты информации, ограниченности ресурсов и дефицита времени. системный анализ - междисциплинарный курс, обобщающий методологию исследования Сложных технических, природных и социальных систем. системный анализ - это совокупность методов, основанных на использовании ЭВМ и ориентированных на исследование сложных систем - технических, экономических, экологических и т.д.

  Системный анализ является дисциплиной синтетической. В нем можно выделить три главных направления. Эти три направления соответствуют трем этапам, которые всегда присутствуют в исследовании сложных систем:

построение  модели исследуемого объекта;

постановка  задачи исследования;

решение поставленной математической задачи.

Построение  модели (формализация изучаемой системы, процесса или явления) есть описание процесса на языке математики. При построении модели осуществляется математическое описание явлений и процессов, происходящих в системе.   Постановка задачи исследования. На данном этапе формулируется цель анализа. Цель исследования предполагается внешним фактором по отношению к системе. Таким образом, цель становится самостоятельным объектом исследования. Цель должна быть формализована. Задача системного анализа состоит в проведении необходимого анализа неопределенностей, ограничений и формулировании, в конечном счете, некоторой оптимизационной задачи:

f{x) —^ шах, х с G.

Здесь х — элемент некоторого нормированного пространства G, определяемого природой модели, G € Е, где Е - множество, которое может иметь сколь угодно сложную природу, определяемую структурой модели и особенностями исследуемой системы. Решение поставленной математической задачи. Только этот третий этап анализа можно отнести собственно к этапу, использующему в полной степени математические методы. Хотя без знания математики и возможностей ее аппарата успешное выполнение двух первых этапов невозможно, так как и при построении модели системы, и при формулировании цели и задач анализа широкое применение должны находить методы формализации. Однако отметим, что именно на завершающем этапе системного анализа могут потребоваться тонкие математические методы.    1.4. Понятие сложной системы

Объектом изучения системного анализа являются сложные системы. По мере развития про дисциплин кибернетического направления и особенно в связи с развитием и внедрением в различные сферы человеческой деятельности вычислительной техники появилась необходимость формализовать понятие сложной системы, попытаться дать его строгое определение.

 «Системой называется упорядоченная совокупность материальных объектов (элементов), объединенных какими-либо связями (механическими, информационными), предназначенных для достижения определенной цели и достигающих ее наилучшим (по возможности) образом».   

  Под автоматизированной системой понимается

программно- аппаратный комплекс, выполненный на базе средств измерительной и вычислительной техники, предназначенный для решения задач управления на основе получения и использования моделей объекта управления. В данном определении констатируется; что автоматизированная система является искусственной системой, создаваемой человеком. Для таких систем конечное состояние или цель функционирования задается заранее, а их поведение направлено на достижение поставленной цели. Цель автоматизированной системы состоит в решении выделенного набора задач автоматизации управления, как правило, поведением технического объекта.

   Автоматизированная система — это совокупность частей (технических средств, математических методов, коллектива исполнителей), образующая организационное комплексное единое целое и обеспечивающая решение требуемого набора задач автоматизации с заданной точностью в пределах ограничений во времени и стоимости.

Системы проектируются  с учетом критериев оптимальности и функционируют согласно построенным заранее оптимальным планам. Следующая черта, которая отражается в определении системы, — это цель или назначение системы. Системы создаются для достижения какой-либо цели, для решения определенных задач. Не существует систем, не предназначенных ни для чего, не решающих никаких задач. Любая система имеет свое предназначение.

    Приведенные определения, тем не менее, не дают однозначного толкования, что считать системой, а что нет. Не устанавливают однозначных границ систем. И действительно, система - понятие относительное. На одном уровне иерархии элемент системы сам является системой, на другом уровне система есть элемент более крупной системы. Поэтому определения системы должны дополняться классификациями и уточнениями.

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.

Рассмотрим  некоторые из представленных видов  классификации. 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. 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.