Модели, основанные на методах структуризации

Методы структуризации основан на принципе расчленения сложных систем с большой неопределенностью на более обозримые части (подсистемы, процессы, компоненты), лучше поддающиеся исследованию.

Благодаря тому что в результате расчленения можно получить возможность исследования системы по частям, структурные представления можно рассматривать как некоторые методы исследования, именуемые иногда системно-структурными. В наибольшей мерс это относится к иерархическим структурным представлениям, в которых на каждом уровне иерархии проявляется закономерность целостности (эмерджентности) и другие закономерности (см. подробнее ниже).

Виды структур

Обычно понятие " структура" связывают с графическим отображением. Однако это не обязательно. Структура может быть представлена в матричной форме, в форме теоретико-множественных описаний, с помощью языка топологии, алгебры и других средств моделирования систем. Расчленение системы может быть различным: в пространстве (иерархические структуры разного рода, страты, матричные структуры, смешанные структуры) и во времени (сетевые структуры). Виды структур приведены на рис. 5.1.

Сетевая структура, или сеть (рис. 5.1, а), представляет собой декомпозицию системы во времени.

Такие структуры могут отображать порядок действия технической системы (телефонная, электрическая сеть и т. п.), этапы деятельности человека (при производстве продукции — сетевой график, при проектировании — сетевая модель, при планировании — сетевой план и т. д.).

В виде сетевых моделей представляют методики системного анализа.

При применении сетевых моделей используют определенную терминологию: вершина, ребро, путь, критический путь и т. д. Элементы сети могут быть расположены последовательно и параллельно.

Сети бывают разные. Наиболее распространены и удобны для анализа однонаправленные сети. Но могут быть и сети с обратными связями, циклами.

Для анализа сложных сетей существуют математический аппарат теории графов, прикладная теория сетевого планирования и управления, подробнее рассмотренные в параграфе 4.5.

Иерархические структуры (рис. 5.1, б—д) представляют собой декомпозицию системы в пространстве. Все компоненты (вершины, узлы) и связи (дуги, соединения узлов) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени). Такие структуры могут иметь не два (как для простоты показано на рис. 5.1, б и в), а большее число уровней декомпозиции (структуризации).

Иерархические представления помогают лучше понять и исследовать феномен сложности.

Основными особенностями иерархической упорядоченности с точки зрения полезности их использования в качестве моделей системного анализа являются следующие [1], [15].

1. На каждом уровне иерархии исследуемой системы проявляется закономерность коммуникативности, и поэтому каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями.

По метафорической формулировке, используемой А. Кёстлером, каждый уровень иерархии обладает свойством «двуликого Януса»: «лик», направленный в сторону нижележащего уровня, имеет характер автономного целого (системы), а «лик», направленный к узлу (вершине) вышестоящего уровня, проявляет свойства зависимой части (элемента вышестоящей системы, каковой является для него составляющая вышестоящего уровня, которой он подчинен).

Эта конкретизация закономерности иерархичности объясняет неоднозначность использования в сложных организационных системах понятий «система» и «подсистема», «цель» и «средство»: элемент каждого уровня иерархической структуры выступает как цель (как система) по отношению к нижележащим и как подцель (подсистема), а начиная с некоторого уровня — и как средство по отношению к вышестоящей цели, что часто в реальных условиях приводит к некорректным терминологическим спорам.

2. В каждом узле иерархической структуры проявляется закономерность целостности, т. е. качественные изменения свойств компонентов более высокого уровня по сравнению с объединяемыми компонентами нижележащего.

При этом объединение элементов в каждом узле иерархической структуры приводит не только к появлению новых свойств у узла и утрате объединяемыми компонентами свободы проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный член иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном состоянии.

Благодаря этой особенности с помощью иерархических представлений можно исследовать системы и проблемные ситуации с неопределенностью.

3. Одну и ту же систему можно представить разными иерархическими структурами.

Причем это зависит от: а) назначения системы, цели (разные иерархические структуры могут соответствовать разным формулировкам цели); б) методики структуризации; в) предыстории развития лиц, формирующих структуру: при одной и той же цели, если поручить формирование структуры разным лицам, они в зависимости от их предшествующего опыта, квалификации и знания объекта могут получить разные структуры, т. е. по-разному раскрыть неопределенность проблемной ситуации.

Благодаря рассмотренным особенностям иерархические представления являются средством исследования систем с неопределенностью: происходит как бы расчленение «большой» неопределенности на более «мелкие», лучше поддающиеся исследованию.

При этом даже если эти «мелкие неопределенности» не удается полностью раскрыть и объяснить, то все же иерархическое упорядочение частично снимает общую неопределенность, обеспечивает, по крайней мере, управляемый контроль за принятием решения, для которого используются иерархические представления.

Структуры типа рис. 5.1, б, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами, типа «дерева» , структурами, на которых выполняется отношение древесного порядка, иерархическими структурами с " сильными" связями. Структуры типа рис. 5.1, в, в которых элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего, называют иерархическими структурами со " слабыми" связями. Иерархическим структурам, приведенным на рис. 5.1, б и в, соответствуют матричные структуры рис. 5.1, е, ж. Отношения, имеющие вид «слабых» связей между двумя уровнями на рис. 5.1, в, подобны отношениям в матрице, образованной из составляющих этих двух уровней на рис. 5.1, ж.

Наибольшее распространение имеют древовидные иерархические структуры, с помощью которых представляют конструкции сложных технических изделий и комплексов, структуры классификаторов и словарей, целей и функций систем управления, производственные, организационные структуры предприятий.

Иерархии со «слабыми» связями применяют в тех случаях, когда цели сформулированы слишком близко к идеальным устремлениям и недостаточно средств для их реализации, для представления некоторых видов организационных структур (линейно-функциональные организационные структуры).

В общем случае термин " иерархия" (от греч.) шире, он означает «соподчиненность, порядок подчинения низших по должности и чину лиц высшим, возник как наименование служебной лестницы в религии», широко применяется для характеристики взаимоотношений в аппарате управления государством, армией и т. д. Затем концепция иерархии была распространена на любой согласованный по подчиненности порядок объектов.

Поэтому в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненное™, а между уровнями и между компонентами в пределах уровня, в принципе, могут быть любые взаимоотношения. В соответствии с этим существуют структуры, использующие иерархический принцип, но имеющие специфические особенности, и их целесообразно выделить особо.

В частности, Т. Саати рассматривает следующие виды иерархий: доминантные (похожие на перевернутое дерево с основой в вершине); холлархии (доминантные иерархии с обратной связью) и китайский ящик, или модулярные иерархии. Последние растут в размерах от простейших компонент (внутренние ящики) ко все более крупным совокупностям (внешние ящики). В биологии существуют неогенетические иерархии, в которых новые верхние уровни возникают последовательно в процессе эволюции.