Анализ системного подхода и моделирования в системе управления

Курсовая работа на тему:

" Анализ системного подхода и моделирования в системе управления"

2011 г.

Системный подход — универсальный инструмент познавательной деятельности: как система может быть рассмотрено любое явление. Системный метод незаменим в познании и конструировании сложных динамических целостностей.

Повышенное внимание к проблемам системного подхода в настоящее время объясняется соответствием его как метода усложнившимся задачам общественной практики, задачам познания и конструирования больших, сверхсложных систем. Но не только этим. Феномен системного подхода отражает прежде всего определенную закономерность в развитии самой науки.

Научно-техническая революция второй половины XX в., продолжающаяся и в настоящее время, характерна бурным развитием новых научных направлений, возникновением ряда специальных исследовательских подходов и дисциплин: кибернетика, теория сложных систем, исследование операций, структурно-функциональный метод и т. п.

Одной из предпосылок, определивших современную роль системного подхода в науке, является бурный рост количества информации — «информационный взрыв». «Преодоление противоречия между ростом количества информации и ограниченными возможностями ее усвоения может быть достигнуто с помощью системной реорганизации знания» (А.И. Уемов).

Системный подход и связанные с ним методы моделирования стал одним из ведущих научных направлений. Одной из проблем, с которой сталкиваются почти всегда при проведении системного анализа, является «проблема эксперимента» в системе или над системой. Это связано с материальными затратами и с некоторыми потерями информации. Опыт в таких ситуациях показывает, что надо экспериментировать не над объектом, интересующей исследователя системой, а над «моделью». Под этим термином следует понимать не обязательно модель физическую, — копию объекта в уменьшенном или увеличенном виде. Физическое моделирование редко применимо в системах, в частности в социальных системах, в том числе и в экономических, — приходится прибегать к моделированию.

Целью работы является изучение понятий системного подхода и моделирования в системе управления.

Для реализации цели мною поставлены следующие задачи:

— изучить понятия системного подхода и моделирования;

— рассмотреть принципы системного подхода к исследованию систем управления;

• - рассмотреть принципы системного подхода в моделировании;
• — рассмотреть средства, объект и цели моделирования систем.

1. Системный подход

1.1 Понятие системного подхода

Системный подход следует рассматривать как некоторый методологический подход человека к действительности, представляющий собой некоторую общность принципов, системное мировоззрение.

Подход — это совокупность приемов, способов воздействия на кого-нибудь, в изучении чего-нибудь, ведении дела и т. д.

Принцип — а) основное, исходное положение какой-либо теории; б) наиболее общее правило деятельности, которое обеспечивает его правильность, но не гарантирует однозначность и успех.

Итак, подход — это некоторая обобщенная система представлений о том, как должна выполняться та или иная деятельность (но не детальный алгоритм действия), а принцип деятельности — множество некоторых обобщенных приемов и правил.

Суть системного подхода можно определить так: это методология научного познания и практической деятельности, а также объяснительный принцип, в основе которых лежит рассмотрение объекта как системы.

Можно выделить следующие основные черты системного подхода:

1) Системный подход — форма методологического знания, связанная с исследованием и созданием объектов как систем, и относится только к системам.

2) Иерархичность познания, требующая многоуровневого изучения предмета: изучение самого предмета — собственный уровень; изучение этого же предмета как элемента более широкой системы — вышестоящий уровень; изучение этого предмета в соотношении с составляющими данный предмет элементами — нижестоящий уровень.

3) Системный подход требует рассматривать проблему не изолированно, а в единстве связей с окружающей средой, постигать сущность каждой связи и отдельного элемента, проводить ассоциации между общими и частными целями.

Таким образом, системный подход — это подход к исследованию объекта (проблемы, явления, процесса) как к системе, в которой выделены элементы, внутренние и внешние связи, наиболее существенным образом влияющие на исследуемые результаты его функционирования, а цели каждого из элементов, исходя из общего предназначения объекта.

Можно также сказать, что системный подход — это такое направление методологии научного познания и практической деятельности, в основе которого лежит исследование любого объекта как сложной целостной социально-экономической системы.

Основными принципами системного подхода являются:

1) Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней.

2) Иерархичность строения, то есть наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня — элементам высшего уровня. Реализация этого принципа хорошо видна на примере любой конкретной организации. Как известно, любая организация представляет собой взаимодействие двух подсистем: управляющей и управляемой.

Одна подчиняется другой.

3) Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами ее отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры.

4) Множественность, позволяющая использовать множество кибернетических, экономических и математических моделей для описания отдельных элементов и системы в целом.

Значение системного подхода заключается в том, что менеджеры могут проще согласовывать свою конкретную работу с работой организации в целом, если они понимают систему и свою роль в ней. Это особенно важно для генерального директора, потому что системный подход стимулирует его поддерживать необходимое равновесие между потребностями отдельных подразделений и целями всей организации. Он заставляет его думать о потоках информации, проходящих через всю систему, а также акцентирует внимание на важности коммуникаций. Системный подход помогает установить причины принятия неэффективных решений, он же предоставляет средства и технические приемы для улучшения планирования и контроля.

Современный руководитель должен обладать системным мышлением. Системное мышление не только способствовало развитию новых представлений об организации (в частности, особое внимание уделялось интегрированному характеру предприятия, а также первостепенному значению и важности систем информации), но и обеспечило разработку полезных математических средств и приемов, значительно облегчающих принятие управленческих решений, использование более совершенных систем планирования и контроля. Таким образом, системный подход позволяет руководителю комплексно оценить любую производственно-хозяйственную деятельность и деятельность системы управления на уровне конкретных характеристик. Это поможет анализировать любую ситуацию в пределах отдельно взятой системы, выявить характер проблем входа, процесса и выхода. Применение системного подхода позволяет наилучшим образом организовать процесс принятия решений на всех уровнях в системе управления.

1.2 Принципы системного подхода к исследованию систем управления

Системный подход представляет собой наиболее важную часть методологии исследования систем управления. Системный подход используется в различных областях человеческой деятельности, его теоретической основой является общая теория систем (ОТС).

Реализация системного подхода предполагает включает следующие этапы:

1) формулировка задачи исследования;

2) выделение объекта исследования как обособленной системы из окружающей среды;

3) установление внутренней структуры системы и определение ее связей с внешней средой;

4) определение (или постановка) целей перед элементами исходя из общей цели всей системы;

5) построение модели системы и ее исследование.

Системные задачи могут быть двух типов: системного анализа и системного синтеза. Задачи анализа предполагают определение свойств системы по известной структуре, а задачи синтеза — определение структуры системы по известным свойствам.

Таким образом, задачей синтеза является создание новой структуры, отвечающей нужным нам свойствам, а задачей анализа — изучение свойств уже существующей структуры.

Целью анализа систем управления является следующее:

1) детальное изучение системы управления для более эффективного ее использованию и принятия решения по ее модификации или замене;

2) исследование альтернативных вариантов создаваемой системы управления с целью выбора оптимального варианта.

Задачи анализа систем управления следующие:

1) определение объекта анализа;

2) структурирование системы;

3) определение функциональных особенностей системы управления;

4) исследование информационных характеристик системы;

5) определение количественных и качественных показателей системы управления;

6) оценка эффективности системы управления;

7) обобщение и оформление результатов анализа.

При решении задачи определения объекта анализа выделяется анализируемая система управления, определяются цели и задачи управления и производится первичная декомпозиция системы с выделение управляющей подсистемы (органов управления), объектов управления (исполнителей) и окружающей среды.

Целью решения задачи структурирования является детальное изучение системы управления, установление связей и отношений между ее элементами. Результатом решения задачи являются различные варианты структур анализируемой системы, позволяющие определить характеристики и отдельные частные недостатки выделенных элементов и связей между ними, и наметить пути их устранения. Основные характеристики структуры системы можно разбить на две группы: описание иерархии систем — количество подсистем, характер взаимосвязей, степень централизации (децентрализации); эффективность функционирования структуры — стоимость, надежность, быстродействие и пропускная способность и др.

Задача определения функциональных особенностей системы строго связана с задачей структурирования. С учетом структурирования определяется перечень частных задач и функции каждого элемента системы, порядок их взаимодействия, необходимые входные и выходные данные.

В процессе исследования информационных характеристик определяются: сущность и качество информации, используемой для выработки управленческих решений; достаточность информации для выработки управленческих решений; суммарные объемы поступающей и исходящей информации в единицу времени в целом по системе и отдельно по основным элементам; объем информации, постоянно хранящейся в системе; единичные объемы передаваемой информации; способы передачи или доставки информации; основные направления информационных потоков.

Для определения количественных и качественных показателей системы производятся: предварительный выбор перечня показателей каждого уровня; разработка моделей и методов определения показателей различных уровней; уточнение условий определение показателей, включающих предполагаемые воздействия сверхсистемы, возможность комплексирования с другими системами управления и наличие дублирующих систем. В результате решения данной задачи систематизируются частные качественные и количественные показатели структур, процессов функционирования и информации, определяются обобщенные показатели, характеризующие внешние свойства анализируемой системы и ее отдельных элементов.

Оценка эффективности системы управления производится с целью определения достигнутых в процессе функционирования системы управления результатов и затраченных на достижение этих результатов материальных и временных ресурсов.

Задача обобщения и оформления результатов анализа включает краткое описание структуры, процессов функционирования и информационных потоков системы; значения показателей и результаты оценки эффективности системы; обобщенные выявленные недостатки и разрабатываются предварительные рекомендации по ее дальнейшему использованию, совершенствованию или замене.

Синтез систем управления. В процессе синтеза необходимо создать новую систему путем определения ее рациональных или оптимальных свойств и соответствующих показателей.

Целью синтеза системы управления является:

1) создание новой системы управления, на основе новых достижений науки и техники;

2) совершенствование существующей системы управления на основе выявленных недостатков, появления новых задач и требований.

В общем виде задача синтеза систем управления заключается в определении структуры и параметров системы исходя из заданных требований к значениям показателей эффективности ее функционирования, а также способов обеспечения целей функционирования системы.

Центральным звеном процесса создания системы управления является структурный синтез, который включает:

1. Синтез структуры управляемой системы, то есть определение оптимального состава и взаимосвязей элементов системы, оптимальное разбиение множества управляемых объектов на отдельные подмножества, обладающие заданными характеристиками связей.

2. Синтез структуры управляющей системы:

а) выбор числа уровней и подсистем (иерархии системы);

б) выбор принципов организации управления, то есть согласование целей подсистем различных уровней и оптимальное стимулирование их работы, распределение прав и ответственности, создание контуров принятия решений;

в) оптимальное распределение выполняемых функций между людьми и вычислительной техникой;

г) выбор организационной иерархии.

3. Синтез структуры системы передачи и обработки информации:

а) синтез структуры системы передачи и обработки информации;

б) синтез структуры информационно-управляющего комплекса.

Синтез системы управления включает решение следующих основных задач:

· формирование замысла и цели создания системы управления;

· формирование вариантов облика новой системы;

· приведение описания варианта облика системы во взаимное соответствие;

· оценка эффективности вариантов и принятия решения о выборе облика новой системы;

· разработка требований к системе управления;

· разработка программ реализации требований к системе управления;

· реализация разработанных требований к системе управления.

Замысел возникает на основании полученного задания, выделения недостатков существующей системы управления, появления практической потребности или новых научных достижений. Результатом решения задачи формирования замысла и цели создания системы должно быть:

· определение назначения системы управления;

· определение цели (целевой функции);

· определение задач системы;

· формулирование основной идеи создания системы;

· определение направлений разработки системы.

Формирование вариантов облика новой системы происходит на основе анализа общей цели создания системы, изучения общественных потребностей, которые должны быть удовлетворены, предполагаемого объема удовлетворения этих потребностей, изучения состояния и перспектив развития аналогичных отечественных и зарубежных систем.

Приведение описаний варианта облика системы во взаимное соответствие включает: сопоставление описаний (структурного, функционального, информационного, параметрического); приведение названных описаний во взаимное соответствие; объединение названных описаний.

Решение задачи оценки эффективности вариантов и принятия решения о выборе облика новой системы включает:

· определение значений выбранных показателей эффективности каждого исследуемого варианта облика создаваемой системы;

· сравнительную оценку эффективности, которая производится в соответствии с заданным правилом предпочтений и установленным критерием;

· принятие решения о выборе наилучшего варианта облика системы.

После выбора окончательного варианта облика системы уточняется критерий эффективности системы, формируется исходный вариант значений показателей системы управления и производится повторная процедура синтеза системы, которая приобретает каждый раз все большую определенность.

Требования к системе управления формируются в виде количественных и качественных показателей. Как правило, эти требования задаются в виде ограничения на допустимые пределы значений показателя. Общие требования к системе управления документально оформляются, а затем уточняются отдельные требования к ее элементам.

Реализация разработанных требований к системе управления включает следующие основные этапы:

1) моделирование (математическое, физическое, сценарное) подсистем и систем в целом;

2) макетирование системы;

3) проектирование системы;

4) конструирование системы;

5) изготовление системы;

6) испытание системы;

7) оценка путей модернизации;

8) возвращение к анализу замысла создания системы и перспектив его развития в связи с созданием новой системы.

Задачи анализа и синтеза систем управления имеют следующие особенности:

· высокая размерность, определяемая большим количеством и разнообразием показателей;

· наличие множества альтернативных показателей эффективности, по которым осуществляется поиск рационального решения;

· отсутствие приемлемых аналитических зависимостей и процедур для определения искомых показателей;

· высокая неопределенность исходных данных.

Исходя из этого, поставленные задачи не могут быть эффективно решены с помощью известных методов одноуровневой оптимизации, использующих достаточно простые аналитические выражения для целевых функций, и требуют применение иных подходов на основе принципов декомпозиции многоуровневого моделирования, позволяющих снизить размерность решаемых задач, и многошаговых итеративных процедур выработки решений. [16]

2. Системный подход в моделировании

2.1 Общие определения моделирования

системный подход управление моделирование

Возможность исследования проектируемой системы путем экспериментирования с более простой и дешевой системой — моделью — издавна использовалась на практике.

Моделирование это средство изучения системы путём её замены более удобной для исследования системой (моделью), сохраняющей интересующие исследователя свойства.

Иными словами — модель — это объект любой природы, который способен замещать изучаемый объект в интересующих исследователя свойствах, а моделирование — это построение (или выбор) и изучение моделей с целью получения новых знаний об объектах.

Для общей оценки методов моделирования и их практического использования необходимо провести классификацию методов моделирования. В настоящее время не существует единой и общепризнанной классификации методов моделирования. Это объясняется прежде всего многообразием форм моделирования, используемых в общетеоретических, научных, технических и других разработках и исследованиях. Наиболее полной считается классификация, предложенная В. А. Вениковым.

В соответствии с данной классификацией выделяют логические, физические, математические и компьютерные (имитационные) модели.

Одним из исторически первых видов моделирования, который использовался человеком, является логическое моделирование. Логические модели создаются на основе рассуждений. Очевидно, что любой человек, прежде чем совершить какое-либо действие, вначале думает, то есть строит некую логическую модель. Ярким примером подобного рода моделей являются различного рода общественно-политические и иные учения социальной направленности. Отличительная особенность логических моделей — своеобразный способ доказательства подобия, адекватности модели моделируемой системе. Главнейшим судьей верности той или иной логической модели является время. Только по прошествии большего или меньшего временного промежутка можно говорить об адекватности логической модели. И не всегда известные нам модели этого вида получили подтверждение. Важным же достоинством логических моделей является их обязательное присутствие во всех иных видах моделей.

Физические модели. Главное их отличие от других видов моделей является наличие в них именно физического подобия наиболее важных исследуемых свойств. Наиболее яркими примерами физических моделей служат детские игрушки. Иной пример — при проектировании автомобиля дизайнеры строят пластилиновую физическую модель будущего изделия. Достоинство этого вида моделей состоит в высочайшей степени наглядности результатов.

Математическая модель — это строго формализованное на языке математики описание исследуемой системы. Зародившись и развиваясь вместе с математикой, данный вид моделирования в настоящее время является определяющим в системных исследованиях. В качестве примеров приведу известную легенду об Архимеде, погибшем в момент создания математической (геометрической) модели метательной машины, другой математической моделью является уравнение колебания маятника. Можно приводить примеры математических моделей, основанные на дифференциальных уравнениях, аппарате теории вероятностей и других разделах математики. Самое главное преимущество математических моделей перед другими видами моделей состоит в строгой формализованной доказанности и обоснованности получаемых результатов. Но математическое моделирование не обеспечивает решение тех задач системных исследований, которые возникли за последние полвека. Ядерная физика, ракетные технологии, бурное развитие компьютерной техники, развитие высоких технологий, другие современные научные и технические достижения поставили перед исследователями задачи такой сложности, которые нельзя было решить, базируясь только на современных достижениях математики.

Имитационные модели. Иногда используются термины «машинное», «компьютерное» моделирование. Последнее обусловлено использованием вычислительной техники как инструмента, реализующего значительные объемы расчетов. Имитационное моделирование — это численный эксперимент с математическими моделями элементов исследуемой системы, объединенными на информационном уровне.

Отправной точкой при построении модели исследуемой системы будем считать описание объекта моделирования.

Описание — совокупность сведений об исследуемой системе и условиях, при которых необходимо провести исследование. Описание, представляемое в виде схем, текстов, формул, таблиц экспериментальных данных, характеризующих предполагаемую структуру и функционирование системы, содержит также характеристики внешних воздействий и окружающей систему среды. Таким образом, описание задает предполагаемый алгоритм работы системы и может формально рассматриваться как некоторая функция внешних воздействий.

Модель воспроизводит описание с большими или меньшими упрощениями, зависящими от намерений исследователя и инструментальных средств, имеющихся в его распоряжении. При этом должен остаться разумный компромисс между точностью воспроизведения и сложностью необходимых для этого средств. Другими словами, при моделировании производится аппроксимация функции-описания более простой и удобной для машинного счета функцией — моделью.

Моделирование системы неразрывно связано с её проектированием и разработкой и поэтому является развернутым во времени процессом построения, экспериментального исследования и корректировки.

2.2 Принципы системного подхода в моделировании

При построении моделей объектов используется системный подход, представляющий собой методологию решения сложных задач, в основе которой лежит рассмотрение объекта как системы, функционирующей в некоторой среде. Системный подход предполагает раскрытие целостности объекта, выявление и изучение его внутренней структуры, а также связей с внешней средой. При этом объект представляется как часть реального мира, которая выделяется и исследуется в связи с решаемой задачей построения модели. Кроме этого, системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель проектирования, а объект рассматривается во взаимосвязи с окружающей средой.

Сложный объект может быть разделен на подсистемы, представляющие собой части объекта, удовлетворяющие следующим требованиям:

1) подсистема является функционально независимой частью объекта. Она связана с другими подсистемами, обменивается с ними информацией и энергией;

2) для каждой подсистемы могут быть определены функции или свойства, не совпадающие со свойствами всей системы;

3) каждая из подсистем может быть подвергнута дальнейшему делению до уровня элементов.

В данном случае под элементом понимается подсистема нижнего уровня, дальнейшее деление которой нецелесообразно с позиций решаемой задачи.

Таким образом, систему можно определить как представление объекта в виде набора подсистем, элементов и связей с целью его создания, исследования или усовершенствования. При этом укрупненное представление системы, включающее в себя основные подсистемы и связи между ними, называется макроструктурой, а детальное раскрытие внутреннего строения системы до уровня элементов — микроструктурой.

Наряду с системой обычно существует надсистема — система более высокого уровня, в состав которой входит рассматриваемый объект, причём функция любой системы может быть определена только через надсистему. Следует выделить понятие среды как совокупности объектов внешнего мира, существенно влияющих на эффективность функционирования системы, но не входящих в состав системы и ее надсистемы.

В связи с системным подходом к построению моделей используется понятие инфраструктуры, описывающей взаимосвязи системы с ее окружением (средой).

При этом выделение, описание и исследование свойств объекта, существенных в рамках конкретной задачи называется стратификацией объекта, а всякая модель объекта является его стратифицированным описанием.

Для системного подхода важным является определение структуры системы, т. е. совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Для этого вначале рассмотрим структурный и функциональный подходы к моделированию.

При структурном подходе выявляются состав выделенных элементов системы и связи между ними. Совокупность элементов и связей позволяет судить о структуре системы. Наиболее общим описанием структуры является топологическое описание. Оно позволяет определить составные части системы и их связи с помощью графов.

Менее общим является функциональное описание, когда рассматриваются отдельные функции, т. е. алгоритмы поведения системы. При этом реализуется функциональный подход, определяющий функции, которые выполняет система.

На базе системного подхода может быть предложена последовательность разработки моделей, когда выделяют две основные стадии проектирования: макропроектирование и микропроектирование.

На стадии макропроектирования строится модель внешней среды, выявляются ресурсы и ограничения, выбирается модель системы и критерии для оценки адекватности.

Стадия микропроектирования в значительной степени зависит от конкретного типа выбранной модели. В общем случае предполагает создание информационного, математического, технического и программного обеспечения системы моделирования. На этой стадии устанавливаются основные технические характеристики созданной модели, оцениваются время работы с ней и затраты ресурсов для получения заданного качества модели.

Независимо от типа модели при ее построении необходимо руководствоваться рядом принципов системного подхода:

1) последовательное продвижение по этапам создания модели;

2) согласование информационных, ресурсных, надежностных и других характеристик;

3) правильное соотношение различных уровней построения модели;

4) целостность отдельных стадий проектирования модели

2.3 Средства, объект и цели моделирования систем

Расширение возможностей моделирования различных классов больших систем неразрывно связано с совершенствованием средств вычислительной техники и техники связи. Перспективным направлением является создание для целей моделирования иерархических многомашинных вычислительных систем и сетей.

При создании больших систем их компоненты разрабатываются различными коллективами, которые используют средства моделирования при анализе и синтезе отдельных подсистем. При этом разработчикам необходимы оперативный доступ к программно-техническим средствам моделирования, а также оперативный обмен результатами моделирования отдельных взаимодействующих подсистем. Таким образом, появляется необходимость в создании диалоговых систем моделирования, для которых характерны следующие особенности: возможность одновременной работы многих пользователей, занятых разработкой одной или нескольких систем, доступ пользователей к программно-техническим ресурсам системы моделирования, включая, базы данных и знаний, пакеты прикладных программ моделирования, обеспечение диалогового окна работы с различными вычислительными машинами и устройствами, включая цифровые и аналоговые вычислительные машины, установки натурного и физического моделирования, элементы реальных систем и т. п., диспетчирование работ в системе моделирования и оказание различных услуг пользователям, включая обучение работе с диалоговой системой моделирования при обеспечении дружественного интерфейса.

В зависимости от специфики исследуемых объектов в ряде случаев эффективным оказывается моделирование на аналоговых вычислительных машинах (АВМ). При этом надо иметь в виду, что АВМ значительно уступают ЭВМ по точности и логическим возможностям, но по быстродействию, схемной простоте реализации, сопрягаемости с датчиками внешней информации АВМ превосходят ЭВМ или по крайней мере, не уступают им.

Для сложных динамических объектов перспективным является моделирование на базе гибридных (аналогово-цифровых) вычислительных комплексов. Такие комплексы реализуют преимущества цифрового и аналогового моделирования и позволяют наиболее эффективно использовать ресурсы ЭВМ и АВМ в составе единого комплекса. При использовании гибридных моделирующих компонентов упрощаются вопросы взаимодействия с датчиками, установленными на реальных объектах, что позволяет, в свою очередь, проводить комбинированное моделирование с использованием аналогово-цифровой части модели и натурной части объекта. Такие гибридные моделирующие комплексы могут входить в состав многомашинного вычислительного комплекса, что еще больше расширяет их возможности с точки зрения моделируемых классов больших систем.

Объект моделирования. Специалисты по проектированию и эксплуатации сложных систем имеют дело с системами управления различных уровней, обладающими общим свойством — стремлением достичь некоторой цели. Эту особенность учтем в следующих определениях системы. Система S — целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы. Внешняя среда Е — множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием.

В зависимости от цели исследования могут рассматриваться разные соотношения между самим объектом S и внешней средой Е. Таким образом, в зависимости от уровня, на котором находится наблюдатель, объект исследования может выделяться по-разному и могут иметь место различные взаимодействия этого объекта с внешней средой.

С развитием науки и техники сам объект непрерывно усложняется, и уже сейчас говорят об объекте исследования как о некоторой сложной системе, которая состоит из различных компонент, взаимосвязанных друг с другом. Поэтому, рассматривая системный подход как основу для построения больших систем и как базу создания методики их анализа и синтеза, прежде всего необходимо определить само понятие системного подхода.

Системный подход — это элемент учения об общих законах развития природы и одно из выражений диалектического учения. Можно привести разные определения системного подхода, но наиболее правильно то, которое позволяет оценить познавательную сущность этого подхода при таком методе исследования системы, как моделирование. Поэтому весьма важны выделение самой системы S и внешней среды Е из объективно существующей реальности и описание системы исходя из общесистемных позиций.

При системном подходе к моделированию систем необходимо прежде всего четко определить цель моделирования. Поскольку невозможно полностью смоделировать реально функционирующую систему (систему-оригинал, или первую систему), создается модель (система-модель, или вторая система) под поставленную проблему. Таким образом, применительно к вопросам моделирования цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет подойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в создаваемую модель М. Поэтому необходимо иметь критерий отбора отдельных элементов в создаваемую модель.

Цели моделирования систем. Одним из наиболее важных аспектов построения систем моделирования является проблема цели. Любую модель строят в зависимости от цели, которую ставит перед ней исследователь, поэтому одна из основных проблем при моделировании — это проблема целевого назначения. Подобие процесса, протекающего в модели М, реальному процессу является не целью, а условием правильного функционирования модели, и поэтому в качестве цели должна быть поставлена задача изучения какой-либо стороны функционирования объекта.

Для упрощения модели М цели делят на подцели и создают более эффективные виды моделей в зависимости от полученных подцелей моделирования. Можно указать целый ряд примеров целей моделирования в области сложных систем. Например, для АСУ предприятием весьма существенно изучение процессов оперативного управления производством, оперативно-календарного планирования, перспективного планирования и здесь также могут быть успешно использованы методы моделирования.

Если цель моделирования ясна, то возникает следующая проблема, а именно проблема построения модели М. Построение модели оказывается возможным, если имеется информация или выдвинуты гипотезы относительно структуры, алгоритмов и параметров исследуемого объекта. На основании их изучения осуществляется идентификация объекта. В настоящее время широко применяют различные способы оценки параметров: по методу наименьших квадратов, по методу максимального правдоподобия, байесовские, Марковские оценки.

Если модель М построена, то следующей проблемой можно считать проблему работы с ней, т. е. реализацию модели, основные задачи которой — минимизация времени получения конечных результатов и обеспечение их достоверности.

Для правильно построенной модели М характерным является то, что она выявляет лишь закономерности, которые нужны исследователю, и не рассматривает свойства системы S, не существенные для данного исследования. Следует отметить, что оригинал и модель должны быть одновременно сходны по одним признакам и различны по другим, что позволяет выделить наиболее важные изучаемые свойства. В этом смысле модель выступает как некоторый «заместитель» оригинала, обеспечивающий фиксацию и изучению лишь некоторых свойств реального объекта. В зависимости от объекта моделирования и вида используемой модели результаты исследования могут иметь разную значимость.

В одних случаях наиболее сложной оказывается идентификация, в других — проблема построения формальной структуры объекта. Возможны трудности и при реализации модели, особенно в случае имитационного моделирования больших систем. При этом следует подчеркнуть роль исследователя в процессе моделирования. Постановка задачи, построение содержательной модели реального объекта во многом представляют собой творческий процесс и базируются на эвристике. И в этом смысле нет формальных путей выбора оптимального вида модели. Часто отсутствуют формальные методы, позволяющие достаточно точно описать реальный процесс. Поэтому выбор той или иной аналогии, выбор того или иного может привести к ошибочным результатам моделирования.

Средства вычислительной техники, которые в настоящее время широко используются либо для вычислений при аналитическом моделировании, либо для реализации имитационной модели системы, могут лишь помочь с точки зрения эффективности реализации сложной модели, но не позволяют подтвердить правильность той или иной модели. Только на основе обработанных данных, опыта исследователя можно с достоверностью оценить адекватность модели по отношению к реальному процессу.

Если в ходе моделирования существенное место занимает реальный физический эксперимент, то здесь весьма важна и надежность используемых инструментальных средств, поскольку сбои и отказы программно-технических средств могут приводить к искаженным значениям выходных данных, отображающих протекание процесса. И в этом смысле при проведении физических экспериментов необходимы специальная аппаратура, специально разработанное математическое и информационное обеспечение, которые позволяют реализовать диагностику средств моделирования, чтобы отсеять те ошибки в выходной информации, которые вызваны неисправностями функционирующей аппаратуры. В ходе машинного эксперимента могут иметь место и ошибочные действия человека-оператора. В этих условиях серьезные задачи стоят в области эргономического обеспечения процесса моделирования.

Таким образом, характеризуя проблему моделирования в целом, необходимо учитывать, что от постановки задачи моделирования до интерпретации полученных результатов существует большая группа сложных научно-технических проблем, к основным из которых можно отнести следующие: идентификацию реальных объектов, выбор вида моделей, построение моделей и их машинную реализацию, взаимодействие исследователя с моделью в ходе машинного эксперимента, проверку правильности полученных в ходе моделирования результатов, выявление основных закономерностей, исследованных в процессе моделирования. В зависимости от объекта моделирования и вида используемой модели эти проблемы могут иметь разную значимость.

Заключение

В заключении данной курсовой сделаем несколько выводов:

· применение системного подхода позволяет наилучшим образом организовать процесс принятия решений на всех уровнях в системе управления. Назначение системного подхода заключается в том, что он направляет человека на системное видение действительности. Он заставляет рассматривать мир с системных позиций, точнее — с позиций его системного устройства. Таким образом, системный подход, будучи принципом познания, выполняет ориентационную и мировоззренческую функции, обеспечивая не только видение мира, но и ориентацию в нем.

· элементы, составляющие основу теории систем, не создаются с помощью гипотез, а обнаруживаются экспериментальным путем. Для того чтобы начать построение системы, необходимо иметь общие характеристики технологических процессов.

· Обобщенно моделирование можно определить как метод опосредованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, причем модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса. Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинал могут быть различными:

1) моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются образы, соответствующие объектам;

2) моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (второй системы), связанной определенными соотношениями подобия с системой-оригиналом (первой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую является средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.

· надо иметь в виду, что любой эксперимент может иметь существенное значение в конкретной области науки только при специальной его обработки и обобщении. Единичный эксперимент никогда не может быть решающим для подтверждения гипотезы, проверки теории. Поэтому исследователи должны быть знакомы с элементами современной методологии теории познания и, в частности, не должны забывать основного положения материалистической философии, что именно экспериментальное исследование, опыт, практика являются критерием истины.

Список источников

1. Алгазина Ю. Г. Конспект лекций по дисциплине «Исследование систем управления». — Барнауле, 2007 — 23 с.

2. Алексеева М. Б., Балан С. Н. Основы теории систем и системного анализа: Учебное пособие. — СПб., 2002. — 55 с.

3. Бердоносов В. Д. Теория систем и системный анализ: Учебное пособие. — Комсомольск — на — Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2003. — 132 с.

4. Бушуев А. Б. Исследование систем управления: Учебное пособие. — Санкт-Петербург, 2002 — 65 с.

5. Глущенко В. В., Глущенко И. И. Исследование систем управления: социологические, экономические, прогнозные, плановые, экспериментальные исследования: Учеб. Пособие для вузов. — г. Железнодорожный, Моск. обл.: ООО НПЦ «Крылья», 2004. — 416 с

6. Гришанов Г. М., Павлов О. В. Исследование систем управления: Учебное пособие. — Самара, 2005 — 128 с.

7. Дронова Л. А., Тумилевич Е. Н. Исследование систем управления: учебное пособие. — Хабаровск: ХГАЭП, 2005. — 132 с.

8. Игнатьева А. В., Максимцов М. М. Исследование систем управления: Учеб. пособие для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. — 157 с.

9. Коротков Э. М. Исследование систем управления: Учебное пособие. — М.: Издательско-консалтинговая компания «ДеКА», 2000 — 183 с.

10. Курс лекций. По дисциплине «Исследование систем управления». Сыктывкар, 2003 — 57 с.

11. Лихолетов В. В. Системный анализ и проектирование систем управления: Учебное пособие. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. — 160 с.

12. Малин А. С., Мухин В. И. Исследование систем управления: Учебник для вузов. — М.: ГУ 2002.-400 с.

13. Мильнер Б. З. Теория организации: Учебное пособие. — М.: ИНФРА — М, 2002. — 480 с.

14. Мыльник В. В., Титаренко Б. П., Волочиенко В. А. Исследование систем управления: Учебное пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Академический Проект; Екатеринбург: Деловая книга, 2003. — 352 с.

15. Петров А. В. Моделирование систем. Учебное пособие. — Иркутск: Изд-во Иркутского госуд. Техн. Ун-та, 2000. — 268 с.

16. Чудновская С. Н., Горохов А. А. Исследование систем управления. Учебно-методический комплекс. Тюмень, 2003 — 101 с.

17. Юрченко А. В. Исследование систем управления: Учебно-методическое пособие. — Ярославль: Типография ООО «С — Принт 72», 2008. — 104 с.

18. Математическое моделирование систем связи: учебное пособие / К. К. Васильев, М. Н. Служивый. — Ульяновск: УлГТУ, 2008. — 170 с.