Основные положения системного анализа

Системный подход — направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объектов как систем. Системный подход рождается в результате нового видения мира, новой постановки задачи и нового метода поиска се решения. Формирование принципа системности и положений системного анализа играет важную роль в развитии и методологии научного познания, в осознании значения взаимосвязи процессов и явлений окружающего мира.

Системный анализ:

• 1) методологическое направление научного познания и практики, в основе которого лежит исследование объектов как систем;
• 2) методологический аппарат, включающий совокупность методов, методик, процедур и правил и используемый в системных исыедованиях,;
• 3) научная дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решений в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной физической природы;
• 4) комплексная научная дисциплина, направленная на разрешение системных проблем, возникающих в различных сферах человеческой деятельности, путем интегрирования различных научных знаний и методов в единый технологический процесс комплексного исследования;
• 5) совокупность методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции любых объектов, явлений или процессов в целом, представив их в качестве систем с множеством элементов и отношений между ними, способных взаимодействовать, воздействовать на состояние системы и воспринимать обратное ее влияние;
• 6) анализ, базирующийся на целостном видении исследуемых объектов, явлений или процессов, представляющий универсальный метод анализа любых сложных технических, экономических, социальных, экологических, политических и других систем;
• 7) анализ, базирующийся на едином (комплексном) понимании существа, роли, значения и взаимозависимости определяющих системных факторов, позволяющий комплексно и всесторонне изучить проблему, выделить приоритеты и оптимизировать основные параметры системы;
• 8) анализ, показывающий, что главные свойства и результаты деятельности системы любой природы, хотя и зависят существенным образом от состава и свойств составляющих ее элементов, принципиально не могут быть познаны на уровне изучения только характеристик этих элементов;
• 9) анализ, позволяющий комплексно и всесторонне изучить проблему, выделить приоритеты и определить основные параметры системы;
• 10) анализ решения сложных проблем, позволяющий раскрыть характер системных противоречий, выявить их сложную взаимосвязь и выработать наиболее рациональную стратегию их разрешения;
• 11) анализ, изучающий методы исследования окружающего мира (объектов, явлений, процессов) с позиций целостности (интегрированности) происходящих в мире процессов; общих или специальных закономерностей, присущих системам, и использующийся для анализа, познания и синтеза более сложных и более эффективных систем.

Однако наиболее общее и, на наш взгляд, наиболее объективное определение дано в (14): «Системный анализ — это дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решений в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной физической природы».

Наибольшую эффективность системный анализ находит при применении в случаях:

• — исследования сложных проблем, которые настолько комплексны, что необходимо воздействовать одновременно на многие взаимосвязанные факторы и параметры системы, чтобы получить положительный результат в их решении;
• — когда задача (проблема) не может быть представлена и решена с помощью формальных математических методов, т. е. при большой неопределености проблемной ситуации и ее многокритериальности;
• — исследования процессов целеобразования и разработки средств структуизации целей;
• — когда кроме формальных используются методы качественного анализа с привлечением специалистов разных областей знаний для коллективного принятия решений.

Процедуры системного анализа направлены:

• — на раскрытие сущности и взаимосвязей явлений, которые обусловили возникновение данной проблемы, путем построения математических и (или) других моделей;
• — всесторонний анализ возможных вариантов разрешения системных проблем, с учетом ресурсных ограничений, неопределенности условий внешней среды, внутренних состояний и режимов подсистем, всевозможных рисков;
• — обоснование рекомендаций ЛПР, по выбору их рационального поведения в сложных управленческих ситуациях.

Анализ системы фокусируется на ее структуре; результаты его показывают, как система работает. Синтез сосредоточивается на функции; он показывает, почему она так функционирует. Поэтому анализ позволяет описывать систему и дает знание, а синтез позволяет объяснять ее поведение и дает понимание процессов, в ней происходящих.

Системные исследования, использующие средства системного анализа, как правило, сводятся к структурному и функциональному анализу. При структурном анализе предметом исследований являются состав, конфигурация, топология объекта (системы). При функциональном — его динамические характеристики, устойчивость, надежность, живучесть, эффективность, т. е. все то, что при неизменной структуре системы зависит от свойств ее элементов и их отношений.

Системный анализ включает следующие основные этапы:

• — отображение реальной или прогнозируемой ситуации с помощью как можно более полного определения системы;
• — постановка цели исследований и определение функционального назначения системы;
• — выделение объекта исследований из общей массы явлений и процессов;
• — определение его пределов (внешних границ), интегративных свойств и связей с окружающей средой;
• — выявление основной структуры на основе выделения основных подсистем, элементов и их взаимосвязей;
• — определение основных критериев целесообразного функционирования и развития системы, основных ограничений и условий существования;
• — определение вариантов структур, учет главных факторов, влияющих на системные параметры и состояния системы;
• — составление модели системы;
• — установление надежной обратной связи управления системой для достижения цели функционирования;
• — разработка оптимальной системы управления по результатам функционирования исследуемой системы.

Примерная последовательность этапов системного анализа и его научные инструменты представлены табл. 3.2 (26J.

Таблица 3.2.

J. Декомпозиция цели, выявление потребностей в ресурсах

6. Выявление ресурсов и процессов, композиция целей

7. Прогноз и анализ будущих условий

8. Оценка целей и средств

10. Диагностика существующей системы

11. Построение комплексной программы развития

Организация системных исследований может быть представлена графом, в вершинах которого «находятся» эксперты разных специальностей, способные давать, по возможности, объективные и четкие ответы на конкретно поставленные вопросы. Вершины — локальные интеллекты с (возможно) разными целями — связаны ребрами логических отношений. Анализ сложных систем с помощью теории графов позволяет дать достаточно объективные оценки на всем пространстве жизненною цикла системы.

Анализ поведения сложной системы может проводиться при помощи когнитивных (качественных) моделей. К такому виду моделей относятся схемы причинно-следственных связей. Элементы А и В системы представляются в виде вершин графа G и связываются ориентированной дугой, если элемент А связан с элементом В причинно-следственной связью: А -* В, где А — причина, В — следствие. Связь А -" В — положительная, если над дугой стоит знак (+). При этом увеличение (уменьшение) А ведет к усилению (ослаблению) В. Знак над дугой (-*) означает, что связь отрицательная: увеличение А приводит ослаблению (уменьшению) В.

Степень влияния отображается весом каждой дуги графа G, задаваемым на первом этапе исследования лингвистическими переменными «сильно», «умеренно», «слабо» и т. п. с последующим переходом к числовой шкале из интервала [0, 1].

Достижение компромисса в такой системе возможно, если существует коллективное решение, которое, во-первых, нельзя улучшить одновременно для всех и, во-вторых, одновременно выгодно всем. Такой подход позволяет осуществлять как обмен информацией, так и получение нового коллективного знания. Появление технических средств, обеспечивающих нужные связи между вершинами, достаточно быстрый и удобный обмен вопросами и ответами между специалистами, участвующими в работе, формализация экспертной информации позволяет преодолевать информационные тупики (замкнутый контур в направленном графе).

Одна из задач системного анализа — исследование аналогии, сходства между системными объектами, подсистемами. При этом используют понятия изоморфизма и гомоморфизма, заимствованные из математики (раздел 5), но в более широком и расплывчатом смысле. Здесь можно говорить о степени изоморфизма, имея в виду большее или меньшее число аналогичных свойств сопоставляемых систем без пояснений того, в чем именно состоит аналогия. Степень изоморфизма максимальна (равна единице), если все элементы двух систем и связи между ними совпадают, и минимальна (равна нулю), если нет совпадающих элементов. Установление степени изоморфизма между различными системами позволяст с большей или меньшей вероятностью «переносить» изученную модель в исследуемую систему. Поскольку при гомоморфизме степень аналогии между двумя системами меньше, чем при изоморфизме, одна из систем является как бы упрошенной копией другой.

Важной задачей системного анализа является определение границы между системами, а также между системой и средой, поскольку не всегда ясно, как выделить анализируемую систему.

Граница системы — совокупность объектов, одновременно принадлежащих и не принадлежащих данной системе. Следует обратить внимание на то, что границы системы почти всегда неопределенны, расплывчаты. Для формализации этого понятия вводится мощность межэлементных связей:

где.

т — элементы системы; у — межэлементные связи.

Тогда граница системы определяется как.

где о>о — заданная для данной системы минимальная мощность межэлементных связей.

Внутри анализируемой системы будут находиться элементы т_% с межэлементными связями yi мощностью © (/и, У|)> g. Вне системы остаются элементы mi, у которых межэлементные связи -ц имеют мощность (о (т₂, у₂) < (c)₀. Могут быть и пограничные элементы m3, у которых есть хотя бы одна связь уз мощностью (c)(mj, y₃)? (c)₀, а остальные связи — о (тз, у₃) > (c)₀.

Соединение (агрегирование) и разделение (декомпозиция) систем являются основными элементарными процессами, к которым сводятся многие преобразования (трансформации) системы.

Характер и степень соединения систем (конъюктация) различны. При соединении преобразования систем могут быть столь глубокими, что происходят кардинальные изменения и появляется качественно новая система. Предельным случаем является столкновение систем, когда слабый и неустойчивый контакт двух или более систем не образует связывающего звена — совокупности общих элементов соединяющихся систем. Это может привести к структурной дезорганизации и даже полному разрушению (катастрофе) одной или всех сталкивающихся систем. Для связи разнородных систем возможно введение промежуточного звена, обладающего общими элементами с каждой из систем.

В результате ослабления любой связи между элементами системы, когда она становится неспособной их удержать, может произойти ее разрыв (уничтожение), и элементы (подсистемы) отделяются друг от друга. Идет процесс разделения. При этом происходит разрыв старых связей, разделение целого, распадение системы на отдельные части. Однако в одних случаях это означает разрушение, дезорганизацию, а в других — размножение.

Процесс функционирования практически любой системы сопровождается разными видами преобразований. Они должны обеспечивать прогрессивное движение системы по пути перехода к новым, более эффективным принципам построения обшей структуры, оптимизацию физических, энергетических, экономических параметров, создание резервных, страхующих структур, развитие информационного обеспечения и повышение экономичности. Преобразования могут идти по пути приспособмемости ее (адаптации) к определенным и относительно постоянным условиям или к меняющимся в процессе функционирования. В первом случае возрастает статическая приспособляемость и происходит функциональная адаптация системы, во втором — в результате кардинальных преобразований возрастает трансформационная пластичность системы и происходит ее динамическая адаптация.

Важным аспектом функционального описания системы является изучение изменчивости (перестройки) ее функции в течение жизненного цикла. Накопление системой информации и усложнение ее структуры, снижение энтропии и повышение уровня организованности являются процессами, сопутствующими развитию системы (этап I), которое предшествует ее зрелости (этап II), после которого следует деградация (этап III) (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Кривая жизненного цикла системы: tjt2 — этап развития; t^j — зрелость (стабильность); tjtj ~ деградация, упадок системы.

Развитие — необратимый закономерный процесс, направленный на изменение материальных и идеальных объектов. Под развитием обычно понимают: увеличение сложности системы; улучшение приспособленности к внешним условиям; увеличение масштабов явления; количественный рост экономики и качественное улучшение её структуры; социальный прогресс.

Критериями развития системы являются: увеличение сложности, порядка, организованности, количества информации, снижение энтропии. Возможности дальнейшего развития системы определяются разностью потенциалов.

где.

П — заложенный в системе полный потенциал развития;

Яг — потенциал текущего состояния системы.

Критерий развития определяется знаком первой производной функции.

 — деградация.

Способность системы быстро реагировать на изменения условий и требований внешней среды, адаптироваться к ним определяет две основные особенности систем управления.

Первая — переход от централизованного управления к децентрализованному управлению и самоорганизации на основе реинжиниринга. Реинжиниринг предусматривает оперативную реорганизацию деятельности системы исходя из принципа максимального удовлетворения текущих и будущих потребностей клиентов системы, формирования новых правил и целей ее функционирования с использованием передовых информационных технологий.

Вторая — концепция горизонтального управления, особенность которого заключается в нарушении строгой иерархической структуры, постепенном сокращении числа задач и ускорении адаптации системы к изменившимся внешним условиям.

Взаимодействие различных систем вызывает их конкуренцию или борьбу за овладение разными видами ресурсов (материальными, энергетическими, информационными). При этом более активно развивается та система, которая наиболее способна эти виды ресурсов притягивать от других систем или из внешней среды. Естественно, что самоорганизация такой системы существенно выше, чем у остальных.

В последнее время специалистами по теории систем введено понятие системного комплекса как совокупности взаимодействующих систем человекомашинного типа. Источником функционирования системного комплекса является необходимость взаимодействия между составляющими его системами. Межсистемные взаимодействия неоднозначно обусловливаются индивидуальными, иногда неопределенными целями, ценностями, нормами каждой из систем. При превращении системы в системный комплекс в качестве наиболее значимых свойств выступают рациональность взаимодействий систем и установление границ управления. Если внутрисистемные взаимодействия между элементами (подсистемами), как правило, предсказуемы, упорядочены, целесообразны, устойчивы и являются рациональными, то в системных комплексах между множеством самостоятельных систем наблюдаются иррациональные взаимодействия.

Под понятием иррациональность понимается: неупорядоченность, нецелесообразность, непознаваемость, непредсказуемость, парадоксальность, конфликтность, противодействие и т. п. В силу таких свойств входящие в системный комплекс системы не образуют какой-либо устойчивой структуры и не имеют четко обозначенных уровней иерархии. Использование понятия системного комплекса позволяет анализировать хаотические процессы как один из аспектов иррационального.

На определенном этапе развития иррациональность межсистемных взаимодействий в системном комплексе может усилиться и привести к распаду системного комплекса на отдельные системы.

Однако с течением времени иррациональные межсистемные взаимодействия могут несколько упорядочиться, приобретая более устойчивый и однозначный характер. При этом создаются условия для перехода к рациональному типу взаимодействия и трансформации системного комплекса в метасистему. Образование метасистемы увеличивает сложность, так как расширяются пределы управления, увеличивается количество уровней иерархии, формируются новые системные качества. Характерной чертой сегодняшнего этапа развития стала растущая глобализация системных процессов.

Мощным толчком для развития новых научных представлений о природе сложных систем стало появление синергетики — науки о процессах нелинейной самоорганизации в природе и обществе.

В нелинейных самоорганизующихся системах любой природы информация, энергия и вещество определяют направление и основные фазы развития всех эволюционных процессов, структуру и устойчивость и естественных, и искусственных систем. При этом информация рассматривается, с одной стороны, как мера сложности изучаемой системы, как характеристика внутреннего разнообразия, как мера порядка (организации) структуры, противостоящая хаосу. С другой.

— она определяет меру вероятностного выбора одной из возможных траекторий развития того или иного процесса. С позиций синергетики хаос — не только стадия полной деградации и разрушения системы, а и потенциальный источник развития в сложной и более высокоорганизованной системе.