В чем заключается системный анализ. «Системный анализ и проектирование. «национальный минерально-сырьевой университет «горный»

Исследование проблемы

Что же такое «проблема» и как необходимо ее решать?

Человек в процессе своей практической деятельности постоянно взаимодействует с внешней средой. Это взаимодействие носит пассивный и активный характер и выражается:

· В познании среды;

· В адаптации к среде;

· В воздействии на среду;

· В управлении средой.

Состояние системы и окружающей ее среды на какой-то момент или отрезок времени называется ситуацией . В качестве модели ситуации можно рассматривать определенное сочетание свойств системы и среды, которые можно охарактеризовать совокупностью контролируемых переменных (показателей).

В том случае, когда значения этих показателей (выраженных в некоторых шкалах, желательно в сильных) находятся в допустимых по какому-то критерию пределах, ситуация оценивается как благоприятная. В противном случае можно говорить о неблагоприятной ситуации. Такая ситуация часто называется проблемной.

Проблемная ситуация – это такое состояние системы и среды, при котором неудовлетворенность существующим положением осознана определенным лицом, но не ясно, что следует предпринять для ее изменения. Такая ситуация порождает проблему.

Неудовлетворенность ситуацией носит двойственный характер. С одной стороны, это отрицательное отношение к тому, что имеет место, и, по мнению конкретного лица(группы лиц или организации), не имеет право на дальнейшее существование. Так возникают проблемы борьбы с загрязнением окружающей среды, эпидемиями или таким негативным социальным явлением как безработица. Проблемы подобного типа иногда называют негативными .

Проблемы другого типа возникают, когда неудовлетворенность ситуацией основывается на стремлении человека получить нечто желаемое, то, что еще не существует, но, по его мнению, должно быть. Эти проблемы можно назвать позитивными . К таким проблемам относятся проблемы экономического и политического развития государства, развития науки и техники, совершенствования системы здравоохранения, изменения социального статуса научного работника и т.п. Эти проблемы возникают, когда стремятся изменить существующую реальность под некоторую прагматическую (нормативную) модель, которая адекватно отражает желаемую ситуацию.

Системный подход к понятию «проблема» отражен в приведенных ниже формулировках, отличающихся различным уровнем формализации и дающих возможность взглянуть на проблему с разных точек зрения.

1. Проблема (гр. Problema – задача) – это сложный теоретический или практический вопрос, требующий изучения и решения.

2. Проблема – это осознание субъектом невозможности разрешить трудности и противоречия, возникающие в данной ситуации, средствами наличного знания и опыта. Проблема осознается как такая противоречивая ситуация, в которой имеют место противоположные позиции при объяснении одних и тех же объектов, явлений и процессов или отношений между ними.

3. Проблема – это неблагополучное положение в какой-либо области человеческой деятельности, т.е. расхождение между требуемым(ожидаемым, желаемым) и фактическим состоянием системы или результатами ее функционирования.

4. Проблема – это осознание одним человеком или группой людей неудовлетворенностей в отношениях к состоянию некоторой системы и окружающей ее среды. Эти неудовлетворенности могут проявляться в трех основных формах:

· Неудовлетворенности от воздействия внешней среды на систему (неудовлетворенности по входу системы);

· Неудовлетворенности от воздействия системы на внешнюю среду (неудовлетворенности по выходу системы);

· Неудовлетворенности внутренним состоянием системы (неудовлетворенности по элементному составу, структуре, функциям, процессам и т.д.).

Этап осознания проблемы как некоторой иерархии неудовлетворенностей должен

заканчиваться формулировкой проблемы, т.е. вербальной моделью проблемы.

При формулировке проблемы полезно предварительно получить ответы на следующие системные вопросы.

1. Кто (конкретное лицо, организация или другой системный объект) неудовлетворен существующей ситуацией?

2. Что именно не удовлетворяет, и каковы иерархическая структура и ранжированная значимость этих неудовлетворенностей?

3. В какой среде осознается эта неудовлетворенность? Что представляет собой эта среда (какой ее состав и структура, какие процессы в ней протекают и какие релевантные факторы определяют ситуационное состояние среды)?

4. Как констатируемые неудовлетворенности соотносятся с общепринятой в данной культурной среде системой ценностей и с системой ценностей лица, формулирующего проблему?

5. Каковы пространственные и временные границы распространения этих неудовлетворенностей?

6. Выявлены ли эти неудовлетворенности в результате системного анализа или являются быстрой реакцией на какую-то ситуацию, т.е. каково соотношение объективного и субъективного при формулировке неудовлетворенностей?

7. Каковы возможные последствия сложившейся ситуации, если не принимать меры по ее нормализации?

На пути построения модели проблемы как объекта системного анализа существует много серьезных сложностей, некоторые из которых будут рассмотрены ниже.

Как уже отмечалось, проблема зарождается в недрах некоторой системы, которую в системном анализе называют проблемосодержащей системой (ПС - системой), в отличие от системы, которая эту проблему будет решать и которую называют проблеморазрешающей системой (ПР - системой).

В соответствии с системной методологией любая проблемосодержащая система является подсистемой системы более высокого иерархического уровня, называемой метасистемой, которая включает множество различных связанных между собой системных объектов.

Естественно, что все эти системы в той или иной мере взаимодействуют с рассматриваемой ПС - системой и число этих взаимодействий велико и разнообразно.

Системный аналитик подходит к исследованию проблемы с несколькими допущениями.

1. Проблемы взаимосвязаны и к их решению следует подходить холистически (гр – холизм. – философия целостности).

2. Проблемы не существуют сами по себе, а являются отражением суждения субъекта анализа о его взаимодействии с окружающей средой. Другими словами, проблемы, по существу, носят субъективный характер, т.к. они зависят от субъективных интерпретаций тех, кто их определяет.

3. Проблемы динамичны, во-первых, потому, что может быть столько формулировок проблем, сколько независимых субъектов занимаются ее анализом, а во-вторых, воздействует фактор времени и изменяется сама среда, в которой проблема зародилась, т.е. изменяется проблемосодержащая система.

Таким образом, основное предположение системного аналитика состоит в том, что проблема концептуально плохо структурирована. И это тем более верно, чем более тщательно и разносторонне изучается проблемная ситуация.

Очень хорошо эту мысль выразил писатель-фантаст П. Андерсон, сказав, что «проблема, сколь бы сложной она ни была, станет еще сложнее, если на нее правильно посмотреть ».

Различают структурную и неструктурную сложности.

Структурная сложность определяется большим числом элементов системы и связей между ними (например, структура такой системы как атомная электростанция, ракетный комплекс, спутниковая навигационная система и т.п.).

Неструктурная сложность определяется качеством отношения между объектом и субъектом исследования (например, оценка состояния экономического и социально-психологического состояния общества, экологическая обстановка в регионе и т.п.).

Основное различие этих сложностей в том, что в первом случае приходится иметь дело хотя и с большим числом свойств и параметров, но которые выражаются в сильных квалиметрических шкалах (их можно измерить количественно), а во втором случае – эти свойства слабоструктурированы и либо вообще пока не измеримы, либо измеримы в слабых шкалах (шкалы наименований или порядка).

Различают также объективную и субъективную сложности системных объектов.

Объективная сложность связана с сущностными свойствами анализируемого системного объекта, а субъективная сложность определяется особенностями субъекта анализа проблемы.

Формулировка проблемы должна в доступной форме попытаться ответить на следующий комплексный вопрос:

Какие факторы, под воздействием каких сил и обстоятельств, управляемые какими людьми или организациям, преследующими какие цели, приводят к ситуации, которую определенные субъекты деятельности воспринимают (классифицируют) как неудовлетворенность определенной степени, т.е. как проблему.

Полученная таким образом новая версия вербальной модели проблемы в обязательном порядке согласовывается с заказчиком или лицом, принимающим решение (ЛПР) по ликвидации или локализации проблемы.

1.1.1 Определение понятия «системный анализ»

Понятие «системный анализ» состоит из двух слов «системный» или

«система» и «анализ» (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Составляющие термина «системный анализ»

Зарубежные и российские учёные, рассматривая систему с различных позиций, выдвигают разнообразные характеристики этого понятия.

Волкова В.Н. и Денисов А.А. выделяют три этапа формирования определения «система».

Первый этап – характеристика системы с точки зрения её состава, структуры (например, определения в БСЭ, Л. Фон Берталанфи, С. Бир, Б.З. Мильнер). Например, С. Бир определял систему как «одно из названий порядка в противоположность хаосу».

На втором этапе развития представления о системе, определение

расширилось и стало включать в себя не только элементы и связи,

но и цель (например, определение системы, предложенное Р.Л. Аконфф,

С.Л. Оптнер, Е.П. Голубковым, В.Н. Спицнадель). Например, Р.Л. Акофф

рассматривал систему как «множество действий (функций), связанных во

времени и пространстве множеством практических задач по принятию

решений и оценке результатов, т.е. задач управления».

На третьем этапе формирования понятие системы стало включать в

себя упоминание о наблюдателе системы (например, описание анализируемого термина У. Эшби, Ю.И. Черняк, В.Н. Поповым, В.Н. Волковой, А.А. Денисовой).

Попов В.Н. термин «система» определяет как способ решения проблемы, которая «представляет собой выделенную исследователем закономерно обусловленную совокупность функционально взаимодействующих элементов, принципов и отношений».

Расширение, углубление, усложнение рассматриваемого понятия неразрывно связано с объективными закономерностями: с развитием, усложнением, расширением систем, взаимопроникновением различных систем друг в друга.

Обобщая вышесказанное, можно рассуждать о системности как об общей тенденции развития человеческого общества в целом и о системности результатов его воздействия как производных воздействия человечества.

Выделяются следующие признаки системности:

1) структурированность системы (структура), т.е. возможность разложения системы на составляющие;

2) взаимосвязанность её частей означает наличие связей между составными элементами системы;

3) подчинённость деятельности системы определённой цели предполагает создание и развитие системы для достижения определённой цели

(например, целью создания коммерческой организации является получение прибыли, целью создания налоговой системы – пополнение доходной

части бюджетов различных уровней за счёт налогов и сборов, целью создания системы образования – обучение и воспитание подрастающего поколения и т.д.);

4) целостность системы предполагает наличие границ между самой системой и её внешним окружением;

5) саморазвитие системы – адекватная реакция системы на оказываемые воздействия, приспосабливаемость к ним, адаптация.

Антонов А.В. рассматривает всю практическую деятельность человека

с позиции влияния системности : начиная от системности мышления и

заканчивая системным взаимодействием человека со средой (рис. 1.2).

1. Системность человеческого мышления проявляется в способности индивидуума разложить на составляющие общую проблему, выявить

заложенные в ней закономерности и разработать пути её решения. Успех

решения поставленной задачи зависит от того, насколько системны подходы к её решению.

2. Системность человеческого познания заложена в самом механизме сбора и обработки информации. Выделяют синтетический и аналитический образ мышления, которые являются противоположными по цели и назначению. Синтетическое мышление проявляется через систематизацию и обобщение накопленной информации, т.е. формирование сложного за счёт объединения простых компонент. Принцип действия аналитического мышления является противоположным, его применение позволяет перейти от сложных и глобальных вопросов к более частным и мелким их составляющим.

3. Системность результатов познания характеризуется в стремлении структурирования и моделирования полученной информации. В различных направлениях науки и техники широкое распространение получили различные классификации, которые позволяют систематизировать и обобщить накопленную информацию, с целью её упорядоченности и структурированности. Построение адекватных моделей, описывающих динамическое поведение материальных объектов, упрощает процесс систематизации полученной информации.

4. Системность среды , окружающей человека, объясняется стремлением к системности как естественному свойству природы. Формирование и развитие живой и неживой природы осуществляется по своим объективным законам и закономерностям, изучением которых и занимается человечество. Например, закон сохранения энергии, закон притяжения и многие другие.

5. Системность человеческого общества в целом отражается в принципиальных подходах к построению отдельных структур и в принципах их взаимодействия. Причём уровень системности имеет тенденции к увеличению, что является следствием развития человеческого общества.

Если во времена Первобытнообщинного строя люди жили общинами изолированно друг от друга, то в процессе развития человечества количество

контактов с людьми из других общин, деревень, городов, стран, континентов возрастает. Процессы социально-экономического развития оказываются взаимопроникающими, в настоящее время речь идёт о взаимопроникновении национальных культур, религий, финансово-экономических систем, экологических проблем, т.е. о глобализации процессов, в том числе и социально-экономических.

6. Системность взаимодействия человека со средой предполагает

необходимость учитывать последствия и особенности всех возможных

факторов, оказывающих воздействие на внешнюю среду и оценивать её

состояния в последующие периоды времени.

Рассматривая понятия «анализ» и «системный анализ», первоначально формируется впечатление схожести этих понятий. Рассмотрим предлагаемые определения этих понятий более детально. Определения понятия «анализ» представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 - Подходы к определению понятия «анализ»

Обобщая вышеприведённые определения понятия анализа, можно

его охарактеризовать как метод исследования, который состоит в разборе

целого на составные части и более детальном их изучении. Таким образом, термин «анализ» рассматривается как один из методов исследования

объекта, системы.

Понятие «системный анализ» раскрывается более широко. Определения системного анализа с позиций различных научных школ представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 - Подходы к определению понятия «системный анализ»

Изучение различных определений системного анализа позволяет выделить четыре его трактовки.
Первая трактовка рассматривает системный анализ как один из конкретных методов выбора лучшего решения возникшей проблемы,

отождествляя его, например, с анализом по критерию стоимость - эффективность.

Такая трактовка системного анализа характеризует попытки обобщить наиболее разумные приемы любого анализа (например, военного, технического или экономического), определить общие закономерности его проведения.
В первой трактовке системный анализ - это, скорее, «анализ систем», так как акцент делается на объекте изучения (системе), а не на системности рассмотрения (учете всех важнейших факторов и взаимосвязей, влияющих на решение проблемы, использование определенной логики поиска лучшего решения и т.д.).
Согласно второй трактовке системный анализ - это логический прием мышления, противоположный синтезу (таблица 1.3).

Таблица 1.3 – Анализ и синтез как приемы мышления

Третья трактовка рассматривает системный анализ как любой анализ любых систем (иногда добавляется, что анализ на основе системной методологии) без каких-либо дополнительных ограничений на область его применения и используемые методы.
Согласно четвертой трактовке системный анализ - это вполне конкретное теоретико-прикладное направление исследований, основанное на системной методологии и характеризующееся определенными принципами, методами и областью применения. Он включает в свой состав как методы анализа, так и методы синтеза. Однако представляется правильной четвертая трактовка как наиболее адекватно отражающая направленность системного анализа и совокупность используемых им методов.
Следовательно, можно представить следующее определение системного анализа как совокупность процедур, теорий, системных представлений, подходов, методов, приёмов, инструментария, объединённых с целью разработки эффективного качественного управленческого решения. Характерным для системного анализа является то, что поиск лучшего решения проблемы начинается с определения и упорядочения целей деятельности системы, при функционировании которой возникла данная проблема. При этом устанавливается соответствие между этими целями, возможными путями решения возникшей проблемы и потребными для этого ресурсами. Системный анализ характеризуется главным образом упорядоченным, логически обоснованным подходом к исследованию проблем и использованию существующих методов их решения, которые могут быть разработаны в рамках других наук.
Системный анализ, по существу, является средством установления рамок для систематизированного и более эффективного использования знаний, суждений и интуиции специалистов; он обязывает к определенной дисциплине мышления.
Иными словами, системный анализ - это систематизированные методы оказания лицу, принимающему решение, помощи при выборе курса действий путем изучения всей проблемы в целом, определения конечных целей и различных путей их достижения с учетом возможных последствий.

1.1.2 Сущность, структура, принципы системного анализа

Необходимые атрибуты системного анализа как научного знания: наличие предметной сферы - системы и системные процедуры; выявление, систематизация, описание общих свойств и атрибутов систем; выявление и описание закономерностей и инвариантов (неизменений) в этих системах; актуализация закономерностей для изучения систем, их поведения и связей с окружающей средой; накопление, хранение, актуализация знаний о системах (коммуникативная функция). Весь окружающий мир - взаимодействующие объекты - системы. Цель системного анализа - выяснить эти взаимодействия, их потенциал и «направить их на службу человека», при этом необходима полная и всесторонняя проверка различных вариантов действий с точки зрения количественного и качественного сопоставления затраченных ресурсов с получаемым эффектом. Основная задача системного анализа заключается в раскрытии содержания проблем, чтобы стали очевидны все основные последствия решений и их можно было бы учитывать в своих действиях. Системный анализ помогает ответственному за принятие решения лицу более строго подойти к оценке возможных вариантов действий и выбрать наилучший из них с учетом дополнительных, неформализуемых факторов и моментов, которые могут быть неизвестны специалистам, готовящим решение. Чтобы лучше выполнить задачу необходимо руководствоваться основными идеями, применяемыми в системном анализе:Идея 1. При изучении сложного объекта главное внимание уделяется внешним связям объекта с другими системами, а не его детальной внутренней структуре, хотя последнее не исключается, то есть системный анализ – это макроподход.Идея 2. При изучении сложного объекта приоритет отдается его целям и функциям, из которых выводится структура (но не наоборот), то есть системный анализ – это подход функциональный.Идея 3. При решении проблем, связанных с системами, следует сопоставлять необходимое и возможное, желаемое и достижимое, эффект и имеющиеся для этого ресурсы. Иными словами следует всегда учитывать, какую «цену» придется заплатить за получение требуемого результата.Идея 4. При принятии решения в системах следует учитывать последствия решения для всех систем, которые оно затрагивает. Объект системного анализа в теоретическом аспекте - это процесс подготовки и принятия решений; в прикладном аспекте - различные конкретные проблемы, возникающие при создании и функционировании систем.
Следует отметить, что объект системного анализа является в то же время объектом целого ряда других научных дисциплин, как общетеоретических, так и прикладных.
Выделить предмет системного анализа не представляется возможным, поскольку решением различных конкретных проблем занимается целый ряд наук и других научных направлений.
В отличие от многих наук, главной целью которых является открытие и формулирование объективных законов и закономерностей, присущих предмету изучения, системный анализ в основном направлен на выработку конкретных рекомендаций, в том числе и на основе использования достижений теоретических наук в прикладных целях.
Все это дает основание говорить о двойственной природе системного анализа: с одной стороны, это теоретическое и прикладное научное направление, использующее в практических целях достижения многих других наук, как точных (математика), так и гуманитарных (экономика, социология), а с другой стороны - это искусство. В нем сочетаются объективные и субъективные аспекты, причем последние присущи как самому процессу системного анализа, так и процессу принятия решения на основе его данных. В последнем случае индивидуальные особенности лиц, принимающих решения (должностные, профессиональные, возрастные, обусловленные творческими навыками и жизненным опытом и т. д.), оказывают непосредственное влияние на окончательное решение проблемы.
Системный анализ - это научный, всесторонний подход к принятию решений. Вся проблема изучается в целом, определяются цели развития объекта управления и различные пути их реализации в свете возможных последствий. При этом возникает необходимость согласования работы различных частей объекта управления, отдельных исполнителей, с тем чтобы направить их на достижение общей цели. Применение феноменологического подхода (феноменологический подход в науке - это подход, по которому создается теория для наблюдаемых явлений) позволяет рассмотреть системный анализ через его характеристику по следующим критериям: сущности, структуре, классификационным признакам и признакам развития (эволюции) (рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Критерии феноменологического подхода к системному анализу

Дадим характеристику этим критериям.

1. Сущность системного анализа рассмотрена выше. Она базируется на позитивной роли системного анализа в процессе принятия управленческого решения. Именно системный анализ позволяет принять более грамотное и взвешенное решение, которое базируется на многоаспектном рассмотрении возникшей проблемы и проведении расчётов по оптимально-подходящей методике. Смысл системного анализа базируется на возможности оперирования комплексом методов исследования систем, методик выработки и принятия решений при изучении поведения сложных систем и при управлении им.

2. Структура системного анализа . Она основывается на следующих

составляющих: методологии, теории, методах системного анализа (рис. 1.4).

Методология системного анализа базируется на философских концепциях, системном подходе, экономических концепциях, математическом аппарате.

Системный анализ в области теории использует понятийный аппарат,

теорию систем, теорию системного анализа, теорию принятия решений,

теорию менеджмента.

Наиболее обширной и разработанной областью системного анализа

является комплекс применяемых методов, которые укрупнённо можно

подразделить на методы:

Измерения;

Исследования;

Принятия решения.

Рис. 1.4. Структура системного анализа

3. Классификационные признаки . Классификация – это система законов, отображающая присущие в ней области действительности.

Область изучения системного анализа включает различные классификации, в основе которых лежат различные классификационные признаки. Например:

1) классификация признаков системности;

2) классификации систем. Понятие система включает свыше 20 классификационных признаков, например, по виду отображаемого объекта, по взаимодействию системы с внешней средой, по размерам системы, по

уровню сложности и прочие;

3) классификации методов моделирования систем (все методы описания систем условно подразделяются на вербальное описание проблемной ситуации и построение формальных моделей);

4) классификация методов, применяемых в процессе анализа поведения систем (классификационные признаки представлены на рис. 1.4);

5) классификация измерительных шкал (например, номинальные шкалы, порядковые шкалы, интервальные шкалы, шкалы отношений, шкалы разностей, абсолютные шкалы);

6) классификация моделей систем (статические модели и динамические модели) и прочие классификации.

4. Эволюция системного анализа . Системному анализу, как и любому

результату человеческого познания, присущи признаки системности, в

состав которых входит саморазвитие системы, т.е. её эволюция. Эволюционные процессы нашли своё отражение в формировании терминологического аппарата данной дисциплины, например, понятия «система» и «системный анализ». Этот вывод подтверждают исследования, проведённые в этой научной области В.Н. Волковой и В.Н. Козловым .

Основываясь на вышесказанном, можно выделить следующие направления эволюции системного анализа:

1. Расширение, укрупнение содержательной части понятийного аппарата. Разработка и введение новых понятий и терминов.

2. Расширение методологического базиса, что предполагает использование моделей, описывающих процессы в естественных науках применительно к экономическим и техническим системам. Например, модели, разработанные в рамках теории катастроф.

3. Переход от изучения частных случаев поведения систем к более общим.

4. Развитие и расширение применяемых методов системного анализа.

Системный анализ используется в тех случаях, когда стремятся исследовать объект с разных сторон, ком­плексно.

Принцип - это обобщенные опытные данные, это за­кон явлений, найденный из наблюдений.

Системный анализ базируется на ряде общих принципов.

1) единства – совместное рассмотрение системы как единого целого и как совокупности частей;

2) развития – учет изменяемости системы, ее спо­собности к развитию, накапливанию информации с уче­том динамики окружающей среды;

3) глобальной цели – ответственность за выбор гло­бальной цели. Оптимум подсистем не является оптиму­мом всей системы;

4) функциональности – совместное рассмотрение структуры системы и функций с приоритетом функций над структурой;

5) децентрализации – сочетание децентрализации и централизации;

6) иерархии – учет соподчинения и ранжирования частей;

7) неопределенности – учет вероятностного наступле­ния события;

8) организованности – степень выполнения решений и выводов;

9) оптимальности - выбор наиболее подходящего варианта развития;

10) интеграции - интегративные свойства объекта появляются в результате совмещения элементов до це­лого, а также в ходе совмещения функций во времени и в пространстве;

11) формализации (формальный - относящийся к форме, в противоположность сущности, т.е. несуществен­ный) - нацелен на получение количественных и комплекс­ных характеристик.

Необходимо отметить, что эти классические принципы системного анализа, но­сят, прежде всего, философский характер, постоянно развиваются, причем в разных направлениях.

Таким образом, согласно принципам системного анализа возникающая перед обществом та или иная сложная проблема должна быть рассмотрена в целостном контексте - как система во взаимодействии всех ее компонентов, чаще всего как организация компонентов, имеющая общую цель.

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

« СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА И УПРАВЛЕНИЯ »

Направление подготовки: 220100 «СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И УПРАВЛЕНИЕ»

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Формы обучения: очная

Составитель: проф. В. Н. Романов

Санкт-Петербург

Рабочая программа составлена с учетом требований ФГОС ВПО к содержанию и уровню подготовки выпускника по направлению подготовки 220100 № 000 от 01.01.2001 г. и в соответствии с рабочими учебными планами направления подготовки, утвержденными ректором Университета.

Составитель и научный редактор: профессор В. Н. Романов

1 Цели и задачи дисциплины.. 3

2 Место дисциплины в структуре ООП: 4

3 Требования к результатам освоения дисциплины: 5

4 Объем дисциплины и виды учебной работы.. 7

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами. 9

5.3 Разделы дисциплин и виды занятий. 11

6 Лабораторный практикум.. 11

7 Практические занятия (семинары) 12

Сборники задач. 14

б) Дополнительная литература. 14

в) Программное обеспечение. 15

г) Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы.. 15

10 Материально-техническое обеспечение дисциплины.. 16

1. Цели и задачи дисциплины:

Целью изучения дисциплины ознакомление магистрантов с современными проблемами системного анализа и управления и подготовка их к самостоятельной исследовательской работе по специальности.

Задачи курса – приобретение и развитие компетентности, умения свободно ориентироваться в проблемах системного анализа и управления, способности к самостоятельному мышлению, возможности самостоятельного изучения современной научной литературы по избранной специальности.

2. Место дисциплины в учебном процессе:

Дисциплина «Современные проблемы системного анализа и управления» является одной из основных дисциплин фундаментального цикла в структуре ООП магистра, обеспечивает профессиональную эрудицию и формирует навыки самостоятельного научного исследования, является базой при изучении последующих дисциплин, связанных с анализом и моделированием систем.

Дисциплина изучается магистрантами в течение первого и второго семестров. Она создает основу для знакомства с современными научными проблемами в области системного анализа и управления и методами их решения.

Для изучения дисциплины необходимы знания из курсов высшей математики, физики, информатики (математический анализ, функциональный анализ, теория матриц, статистика, логика, системный анализ и принятие решений, знание основных физических законов, статистической физики, квантовой механики, специальной и общей теории относительности, общей картины мира, знание современных компьютерных технологий). Входные знания магистрантов должны соответствовать общекультурной компетентности в объеме ОК-1, 2, 3, 4, 5 и профессиональной компетентности в объеме ПК-1, 2, 3, 4 .

Знание современных проблем системного анализа и управления составляет фундамент избранной специальности, без которого невозможна успешная деятельность выпускника вуза в специальных областях технических наук, организации и управления большими системами.

3.Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на приобретение и развитие компетентности в общекультурной и профессиональной сфере. В частности, в сфере общей культуры – в объеме ОК-1, ОК-2, ОК-3, ОК-4 , ОК-6, ОК-7, ОК-8 . В профессиональной сфере – в объеме ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4, ПК-5, ПК-6, ПК-7, ПК-8, ПК-10, ПК-11, ПК-12, ПК-13.

В результате изучения дисциплины магистрант должен:

Иметь представление:

О взаимосвязи современных проблем системного анализа и управления с проблемами других научных областей.

Знать :

Методы анализа связности систем;

Методы анализа устойчивости и адаптивности систем;

Методы анализа сложности систем,

Методы принятия решений в системах в условиях неопределенности.

Методы решения многокритериальных задач оптимального управления.

Уметь:

Применять методы анализа и принятия решений в реальных ситуациях;

Решать прикладные задачи многокритериальной оптимизации и управления в конкретных условиях;

Формулировать системные задачи и находить методы их решения

Владеть:

Навыками системного мышления при решении научно-исследовательских и практических задач.

4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет __5__ зачетных единиц.

4.2. Содержание дисциплины

4.3. Содержание разделов дисциплины

4.4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

5.3.1. Разделы дисциплины и виды занятий

6.1. Лабораторный практикум в компьютерном классе

7.1. Практические занятия (семинары)

8. Курсовая работа не предусмотрена учебным планом

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а). Основная литература

1. Н. Техника анализа сложных систем: Учебное пособие. СПб.: Изд-во СЗТУ, 2011.

2. Н. Основы системного анализа: Учебно-методический комплекс. СПб.: Изд-во СЗТУ, 2008.

3. Н. Нечеткие системы. СПб.: Издательство «ЛЕМА», 2009.

4. Элементарная теория устойчивости и бифуркаций / М.: Мир, 1983.

5. Касти Дж. Большие системы. М.: Мир, 1982.

7. Макаров И. М. Теория выбора и принятия решений / И. М. Макаров, Т. М. Виноградская, А. А. Рубчинский. М.: Наука, 1983.

б). Дополнительная литература

8. Айзерман М. А. Выбор вариантов. Основы теории / М. А. Айзерман, Ф. Т. Алескеров. М.: Наука, 1990.

9. Беллман Р. Принятие решений в расплывчатых условиях / Р. Беллман, Л. Заде // Вопросы анализа и процедуры принятия решений: Сб. переводов. Под ред. И. Ф. Шахнова. М.: Мир., 1976.

10. Борисов A. M. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений / A. M. Борисов, А. Б. Алексеев, Г. В. Меркурьева. М.: Радио и связь, 1989.

11. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. М.: Наука, 1989.

12. Волкова В. Н. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи / В. Н. Волкова, В. А. Воронков, А. А. Денисов. М.: Радио и связь, 1983.

13. Гиг Дж., ван. Прикладная общая теория систем: В 2-х книгах. М.: Мир, 1981.

14. Глушков В. М. Моделирование развивающихся систем / В. М. Глушков, В. В. Иванов, В. М. Яненко. М.: Наука, 1983.

15. А. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем / Ю. А. Дубов, С. И. Травкин, В. Н. Якимец. М.: Наука, 1986.

16. Дюбуа Д . Теория возможностей / Д. Дюбуа, Д. М. Прад. Радио и связь, 1990.

17. Г. Сложные технические системы. М.: Высшая школа, 1984.

18. Калман Р. Очерки по математической теории систем / Р. Калман, П. Фалб, М. Арбиб. М.: Мир, 1971.

19. Квейд Э. Анализ сложных систем. М.: Сов. Радио, 1969.

20. Л. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения / Р. Л. Кини, X. Райфа. М.: Радио и связь, 1981.

21. Системный анализ и целевое управление / Д. Клиланд, В. Кинг. М.: Сов. Радио, 1974.

22. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990.

23. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982.

24. И. Объективные модели и субъективные решения. М.: Наука, 1987.

25. Лорьер Ж.-Л. Системы искусственного интеллекта. М.: Мир, 1991.

26. Мелентьев Л. А. Системные исследования в энергетике. М.: Наука, 1987.

27. Месарович М. Теория иерархических многоуровневых систем / М. Месарович, Д. Мако, И. Такахара. М.: Мир, 1973.

28. Месарович М. Общая теория систем: Математические основы / М. Месарович, И. Такахара. М.: Мир, 1976.

29. Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.

30. Методы принятия технических решений / Э. Мушик, П. Мюллер. М.: Мир, 1990.

31. Науман Э. Принять решение − но как? М.: Мир, 1987.

32. Негойце К. Применение теории систем к проблемам управления. М.: Мир, 1981.

33. Нечеткие множества и теория возможностей. Сб. переводов. Под ред. Р. Ягера. М.: Радио и связь, 1986.

34. Нечипоренко В. И. Структурный анализ систем. М.: Сов. Радио, 1977.

35. Оптнер С. Системный анализ для решения деловых и промыш­ленных проблем. М.: Сов. радио, 1969.

36. Орловский С. А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981.

37. Пантл А. Методы системного анализа окружающей среды. М.: Мир, 1979.

38. Перегудов Ф. И. Введение в системный анализ / Ф. И. Перегудов, Ф. П. Тарасенко. М.: Высшая школа, 1989.

39. Подиновский В. В. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач / В. В. Подиновский, В. Д. Ногин. М.: Наука, 1982.

40. Прикладные нечеткие системы. Сб. переводов. Под ред. Т. Терано. М.: Мир, 1993.

41. Н. Основы системного анализа: Учебное пособие. СПб.: СЗПИ, 1996.

42. Н. Системный анализ. СПб.: СЗТУ, 2005.

43. Н. Системный анализ для инженеров. СПб.: СПб. государственный университет, 1998.

44. Романов В. Н. Интеллектуальные средства измерений / В. Н. Романов, B. C. Соболев, Э. И. Цветков. М.: РИЦ "Татьянин день", 1994.

45. Росс Введение в кибернетику. М.: ИЛ, 1959.

46. Саати Т. Аналитическое планирование. Организация систем / Т. Сааати, К. Кернс. М.: Радио и связь, 1991.

47. Н. Основания общей теории систем. М.: Наука, 1974.

48. Саркисян С. А. Анализ и прогноз развития больших технических систем / С. А. Саркисян, В. М. Ахундов, Э. С. Минаев. М.: Наука, 1983.

49. Современные методы идентификации систем. Под ред. Эйкхоффа. − М.: Мир. − 1983.

50. Н. Транспортно-производственные системы. Киев: Наукова думка, 1986.

51. Ю. Анализ данных методами многомерного шкалиро­вания. М.: Наука, 1986.

52. Теория полезности для принятия решений. М.: Наука, 1978.

53. С. Элементы теории потенциальной эффективности сложных систем. М.: Сов. Радио, 1971.

54. Форрестер Дж. Мировая динамика. М.: Мир, 1978.

55. Форрестер Дж. Основы кибернетики предприятия. М.: Прогресс, 1971.

56. Теория гомологий / П. Хилтон, С. Уайли. М.: Мир, 1966.

57. А. Методы синтеза систем в целевых программах . М.: Наука, 1987.

58. Многокритериальная оптимизация. М.: Радио и связь, 1992.

59. Экспертные системы. Сб. переводов. Под ред. Р. Форсайта. М.: Мир, 1966.

в). Программное обеспечение

операционные системы Microsoft Windows; стандартные офисные программы Microsoft Office и OpenOffice; Math Soft Apps; MatLab 6.5; пакет обучающих программ к виртуальным лабораторным работам LabWorks Supervisor Workplace 1.2; портал «Гуманитарное образование» http://www. humanities. edu. ru/; федеральный портал «Российское образование» http://www. edu. ru/; федеральное хранилище «Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов» http://school-collection. edu. ru/; портал Росаккредагенства http:// www. fepo. ru/ . Интернет-тестирование базовых знаний. специализированные программы по принятию решений и системному анализу на сайте автора http://www. vadim-romanov. ucoz. ru

г). Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

электронная база данных учебно-методической литературы кафедры общей и технической физики (ОТФ) СПГГУ;

· электронные версии учебников, пособий, методических разработок, указаний и рекомендаций по всем видам учебной работы, предусмотренных вузовской рабочей программой, находящиеся в свободном доступе для студентов, обучающихся в вузе, на внутрисетевом сервере http://www. spmi. ru/;

научная Электронная Библиотека http://www. e-library. ru;. информационная система «Единое окно доступа к образовательным ресурсам» (http://window. edu. ru/); рекомендуемые поисковые системы http://www. yandex. ru/, http://www. google. ru/, http://www. google. сom/ и др. личный сайт автора http://www. vadim-romanov. ucoz. ru

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

1. Аудитории, оснащенные компьютером и мультимедийным оборудованием для проведения лекционных и практических занятий.

2. Для проведения лабораторных занятий необходима специализированная лаборатория, оснащенная специализированными программами по системному анализу с возможностью: проводить виртуальные компьютерные исследования, работать с электронными изданиями вуза и доступа в Интернет, оборудованная необходимым количеством рабочих мест и доступностью сетей Internet не менее 12 час/нед.

3. Необходимое современное оборудование и измерительные приборы для оснащения лаборатории в соответствии с рекомендациями УМО вузов, контролирующего данное направление.

4. Электронные и технические средства Lab Works Supervisor Workplace 1.2 для выполнения работ и компьютеризации лабораторного практикума.

Последовательность изложения вопросов и их глубина может быть различной в зависимости от состава аудитории и уровня подготовки студентов. Кроме того, преподаватель имеет право выбора способа изложения того или иного вопроса наиболее адекватного составу слушателей. Лекционный курс рекомендуется излагать с использованием мультимедийных средств.

Основные приемы изучения дисциплины и используемый соответствующий методический материал рассмотрены в учебниках и учебных пособиях (приведены в списках основной и дополнительной литературы):

1 Образовательные технологии: программно – целевой метод обучения (последовательное и ясное изложение материала, разумное сочетание абстрактного и конкретного, обучение по примерам; на практических занятиях для развития самостоятельного мышления и умения рассуждать рекомендуется применение исследовательского и эвристического методов); самостоятельное чтение студентами учебной, учебно-методической и справочной литературы и последующее обсуждение в виде выступлений по освоенному ими материалу на семинарских занятиях ; использование иллюстративных анимационных и видеоматериалов (видеофильмы, фотографии, аудиозаписи, компьютерные презентации), демонстрируемых на современном оборудовании.

2 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации: конкретные формы и процедуры текущего, промежуточного и итогового контроля знаний доводятся до сведения обучающихся в течение первого месяца обучения. Для организации изучения дисциплины рекомендуются разработанные автором и утверждённые вузом фонды оценочных средств , включающие домашние задания, контрольные работы , курсовой проект, тесты и методы контроля (защита, коллоквиум, зачёт, и др.), позволяющие оценить знания, умения и уровень компетентности студентов.

Контроль приобретенных навыков практической работы в лабораториях кафедры осуществляется в два этапа: при выполнении лабораторных работ и при защите теоретической части работы, результатов моделирования и оценки их достоверности.

Ежемесячно проводится оценка текущей успеваемости в форме аттестации студента и сведения передаются в деканат.

3 Итоговый контроль осуществляется защитой контрольной работы, приемом зачета и экзамена в виде тестирования. Экзаменационные тесты, разработанные автором и утверждённые вузом, должны строго соответствовать содержанию курса читаемых разделов дисциплины в данном семестре. Студенты допускаются к сдаче экзамена при наличии положительных результатов по: контрольным работам; выполненным и защищенным заданиям на семинарских занятиях, домашних заданий и зачетов.

В семестре во время изучения дисциплины студент очной формы обучения должен выполнить 14 практических работ в соответствии с методическими указаниями к каждой работе, согласно календарному учебному плану и индивидуальному графику. Индивидуальный график работ является общим для всех студентов СПГГУ, в нем темы работ очередного занятия распределены на каждого студента согласно его порядковому номеру в журнале группы (журнал находится у старосты группы).

По выполненным работам студент составляет отчеты. Отчёт оформляется в печатном виде на листах формата А4 в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой. Обязательная защита отчетов происходит публично на аудиторном занятии преподавателю, ведущему занятия, либо комиссии.

В соответствии с рабочей программой необходимо выполнить две контрольные работы в семестре, одна из которых домашняя, вторая – аудиторная. Контрольные работы выполняются по заданиям, аналогичным тем, что приведены в указанных выше методических пособиях, разработанных на кафедре СПГГУ и других вузов. В контрольных работах даются задачи, аналогичные типовым задачам, разобранным в учебных пособиях, приведенных в основной и дополнительной литературе.

Вся информация по организации учебного процесса продублирована на кафедральных информационных стендах.

Разработчик:

Выше уже отмечалось, что методологической основой системного анализа является системный подход, сущность которого достаточно проста: все элементы исследуемой системы и все процессы, происходящие в ней, должны рассматриваться только как одно целое, только в совокупности, только во взаимосвязи друг с другом. Локальные решения, включение в рассмотрение неполного числа факторов, локальная оптимизация на уровне отдельных элементов почти всегда приводят к неэффективному в целом, а иногда и опасному по последствиям результату. Такое видение мира обусловливает ряд принципиальных положений, которые неукоснительно должны соблюдаться в системном анализе.

Первый принцип: явление или процесс могут быть изучены только тогда, когда они рассматриваются в виде некоторой системы или ее части. Этот принцип означает необходимость рассмотрения изучаемого явления в терминах элементов системы и среды. Стратегическая задача должна заключаться в том, чтобы определить, какие элементы обеспечивают функционирование изучаемого явления, какие связи они образуют между собой, в каких условиях функционирует и развивается явление. Отдельно взятый факт не доступен для полноценного исследования.

Второй принцип - это требование рассматривать структуру любой системы в виде целостной совокупности ее элементов, нацеленность на поиск конкретных механизмов целостности, выявление достаточно полной типологии связей. В более жесткой интерпретации этот принцип понимается как запрет на рассмотрение системы как простого объединения элементов и заключается в признании того, что свойства системы не просто сумма свойств ее элементов, а нечто большее, проявляющееся в феномене целостности, интегративности. Тем самым постулируется возможность того, что система обладает особыми свойствами, которых может и не быть у составляющих ее элементов. Этот принцип основывается на том положении, что никаких свойств целостности, не являющихся свойствами образующих ее элементов или их функций, не существует, хотя целое не есть простая сумма всех элементов.

Этот принцип утверждает возможность вывода всех свойств системы из свойств ее элементов и их взаимодействий. Иначе он может быть назван принципом относительного редукционизма. Он отражает диалектику общего, особенного и единичного в каждом элементе системы. Полный набор единичных свойств, качеств, признаков и взаимосвязей делает каждый элемент системы неповторимым. Наличие особенного позволяет типологизировать совокупность элементов, т. е. объединять их в соответствующие группы, внутри которых это особенное относительно сходно, а от группы к группе - образует континуум. Познание общего выводит на закономерности функционирования и развития системы.

Весьма важным атрибутом системы является ее эффективность. Теоретически доказано, что у любой системы всегда существует функция ее ценности в виде зависимости ее эффективности (в экономических системах это стоимостные показатели в денежном или натуральном выражении) от условий и форм ее реализации и функционирования. Кроме того, эта функция ограничена, а значит, можно и нужно искать ее максимум. В необходимости определения максимума эффективности системы заключается третий принцип системного анализа.

Смысл четвертого принципа состоит в обязательном требовании рассматривать любую систему не как самодостаточную, автономную, обособленную и т. д., а в тесном взаимодействии с окружающей ее средой. Это означает обязательность рассмотрения любой системы как открытой для восприятия внешних связей или, в более общем виде, требование рассматривать анализируемую систему как часть (подсистему) некоторой более общей системы.

Перечисленные принципы предопределяют содержание пятого принципа системного анализа - возможности (а иногда и необходимости) деления данной системы на части - подсистемы. Если последние оказываются недостаточно просты для анализа, с ними поступают точно так же. Но в процессе такого деления нельзя нарушать предыдущие принципы: пока они соблюдены, деление оправдано, разрешено в том смысле, что гарантирует применимость практических методов, приемов, алгоритмов решения задач системного анализа.

Шестой принцип : система является относительно устойчивой, гомеостатической тогда, когда она функционирует на основе обмена (информационного, энергетического, ресурсного и т. д.) между управляющей и управляемой подсистемами. Наличие обратной связи - обязательное условие гомеостатического функционирования.

Седьмой принцип: управление (познание) сложной системой не будет эффективным, если управляющая (познающая) система имеет недостаточную собственную сложность. Это частный вывод из закона необходимого разнообразия.

Все изложенное позволяет уточнить понятие «система». Его можно сформулировать следующим образом: система - это целостная структура, состоящая из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, объединяемых в подсистемы нескольких уровней на основе достижения единой, общей для всех подсистем цели (целей) функционирования (целевой функции).

• 1. Динамическое взаимодействие (эквифинальные системы). Это условие предопределяет принцип соответствия, из которого следует, что взаимодействие подсистем в системе по отношению к системе в целом происходит на амбивалентной основе: функционирование подсистем осуществляется в соответствии с требованиями системы, а функционирование системы происходит на основе учета специфики и возможностей подсистем. Это означает, что хотя общесистемные требования для подсистем являются приоритетными, они не должны противоречить требованиям целостности каждой подсистемы в отдельности.
• 2. Наличие гибких перекрестных обратных связей. Это условие является следствием принципа опережающего информационного реагирования и сопровождения действий и принимаемых решений. Для динамических систем (а именно к такому классу относятся социально-экономические и социально-политические системы) это означает необходимость упреждающей коррекции принимаемых решений на основе прогнозных оценок динамики характеристик объекта управления. Смысл этого принципа заключается в том, что прямые управленческие действия необходимо предварять вспомогательными, содержательная направленность которых должна содействовать развитию процессов, способствующих достижению поставленных целей, и демпфировать те процессы, которые этому препятствуют. В общем случае коррекции должны подвергаться определенные характеристики как объекта, так и субъекта управления. Применительно к социальной практике это означает, что любые принимаемые решения при выполнении первого принципа должны иметь упреждающее информационное сопровождение, готовящее общественное сознание к позитивному восприятию этих решений. В основе этого принципа - отличительный признак жизни, открытый П.К. Анохиным и Н.А. Бернштейном, заключающийся в ее способности к опережающему реагированию на возмущающие воздействия. При этом характер реакции организма адекватен не самому воздействию или сигналу, а событию, признаком которого они являются.
• 3. Тенденция в развитии системы к трансформации в гомеостат У. Эшби , при котором она достигает устойчивости путем проб и ошибок. На практике это означает создание механизмов минимизации отклонений от значений целевых ориентиров развития.

Функционирование систем при таком сложном субстрате неизбежно приводит к возникновению различных проблем. Проиллюстрировать характер, существо и объективную основу проблем функционирования социальных систем можно с помощью примера, ставшего классическим.

Допустим, некоторая фирма производит определенные виды продукции и в полном соответствии с «рыночными» законами стремится получить максимальную прибыль от их продажи. Пусть решается простой вопрос: «Сколько готовой продукции необходимо хранить на складе предприятия и сколько разновидностей ее должно производиться?» Рассмотрим «частные» интересы различных отделов этой фирмы. Сразу обнаружится, что уже на внутрифирменном уровне возникают противоречия.

Теоретически каждый из отделов заинтересован в достижении общей для всех структур фирмы цели - максимуме прибыли (если это не так, то по определению данная фирма не может рассматриваться как система). Однако в реальности все обстоит несколько сложнее.

Производственный отдел будет заинтересован в длительном и непрерывном производстве одного и того же вида продукции. Только в этом случае будут наименьшими расходы на наладку оборудования.

Отдел сбыта, наоборот, будет отстаивать идею расширения номенклатуры производимой продукции и больших запасов ее на складах.

Финансовый отдел, конечно же, будет настаивать на минимуме складских запасов: то, что лежит на складе, не может приносить прибыли и, более того, сам процесс хранения требует довольно существенных непроизводительных затрат!

Даже отдел кадров будет иметь свою локальную целевую функцию - производить продукцию всегда (даже в периоды делового спада) и в одном и том же ассортименте, так как в этом случае не будет проблем текучести кадров.

Вот такие разновекторные процессы возникают в сравнительно небольшой организации, которые управленцу требуется объединить в единый, целостный механизм, функционирование которого подчиняется одной цели - достижению максимума прибыли.

Очевидно, что придется ставить и решать задачи согласования целей отдельных подсистем и хорошо еще, если показатели эффективности подсистем имеют ту же размерность, что и показатель (критерий) эффективности системы в целом. Ведь вполне может оказаться, что эффективность работы некоторых подсистем придется измерять не в денежном выражении, а с помощью других, нечисловых, показателей.

При организации полноценного функционирования социальных систем возникают и другие проблемы. Речь, в частности, идет об оценке связей между образующими систему подсистемами, а также между последними и средой.

Выше уже было отмечено, что существенным элементом любой системы являются характеристики взаимосвязей между отдельными элементами подсистем, подсистемами разных уровней и их связей с внешней средой. В силу существенного различия субстратов и функций подсистем во всякой сложной системе возникает проблема согласования, как правило, совершенно несопоставимых по размерностям показателей, приведения их к «общему знаменателю». Ведь без такого согласования невозможно устанавливать единый показатель эффективности системы в целом.

Кроме того, существует проблема определения динамических характеристик связей и взаимодействий как между подсистемами, так и их связей и взаимодействий с внешней средой. Вопрос заключается в том, как эти характеристики будут изменяться в перспективе, как эти изменения повлияют на конечный результат.

Существует давняя традиция рассматривать динамику изменения названных характеристик как случайные процессы. Соблазн такого подхода состоит в том, что для исследования случайных процессов разработан весьма разнообразный формально-аналитический аппарат. Однако социальный мир существенно детерминирован, и навязывать ему стохастическую природу только из-за того, что это открывает возможность использования огромного арсенала методов вероятностной статистики для его формализованного анализа, совершенно некорректно. Об этом необходимо помнить при возникновении проблемы анализа эмпирической информации о состоянии социально-экономических и социально-политических процессов. Позитивным выходом из данной ситуации является то, что имеется ряд сфер, в которых при определенных допущениях происходящие в них процессы можно трактовать как случайные. Это относится, главным образом, к процессам экономическим, где большинство параметров имеют массовую природу и вполне исчерпывающим образом могут отображаться количественными показателями. Предположение об их случайном происхождении хотя и искажает определенным образом их смысл, позволяет на уровне тенденций оценивать направленность и интенсивность наблюдаемых переменных. Характеристики остальных сфер социума в подавляющем большинстве имеют качественную природу. Сами эти сферы (социальная, политическая, культурная и т. п.) существенно дифференцированы, что не позволяет рассматривать их как массовые случайные процессы. Поэтому область даже не очень корректного использования методов вероятностной статистики здесь радикально сужается.

Если теперь вспомнить основное назначение системного анализа - обеспечивать лиц, принимающих решения, рекомендациями по вопросам управления системой или, по крайней мере, по совершенствованию этого управления, - то мы оказываемся перед необходимостью смягчить жесткость высказанной позиции. Придется признать, что даже самое точное следование рекомендациям науки не дает гарантии достигнуть именно того результата, который был задуман, спроектирован, запланирован. Наиболее убедительным аргументом представляется такой: все-таки лучше принимать решение (может быть, даже рискованное) при наличии хотя бы оценочной (неточной, приближенной) информации о его последствиях, чем рисковать «втемную», вообще без всяких попыток просчитать его результаты.

• Эшби У. Введение в кибернетику. М., 1956.

Лекция 1: Системный анализ как методология решения проблем

Необходимо уметь мыслить абстрактно, чтобы по-новому воспринимать окружающий нас мир.

Р.Фейнман

Одним из направлений перестройки в высшем образовании является преодоление недостатков узкой специализации, усиление междисциплинарных связей, развитие диалектического видения мира, системного мышления. В учебный план уже многих вузов введены общие и специальные курсы, реализующие эту тенденцию: для инженерных специальностей — «методы проектирования», «системотехника»; для военных и экономических специальностей — «иcследование операций»; в административном и политическом управлении — «политология», «футурология»; в прикладных научных исследованиях — «имитационное моделирование», «методология эксперимента» и т.д. К числу таких дисциплин принадлежит и курс системного анализа — типично меж- и наддисциплинарный курс, обобщающий методологию исследования сложных технических, природных и социальных систем.

1.1 Системный анализ в структуре современных системных исследований

В настоящее время в развитии наук наблюдаются 2 противоположные тенденции:

1. Дифференциации, когда при увеличении знаний и появлении новых проблем из более общих наук выделяются частные науки.
2. 2. Интеграция, когда более общие науки возникают в результате обобщения и развития тех или иных разделов смежных наук и их методов.

В основе процессов дифференциации и интеграции лежат 2 фундаментальных принципа материалистической диалектики:

1. принцип качественного своеобразия различных форм движения материи, опр. необходимость изучать отдельные аспекты материального мира;
2. принцип материального единства мира, опр. необходимость получать целостное представление о каких-либо объектах материального мира.

В результате проявления интегративной тенденции появилась новая область научной деятельности: системные исследования, которые направлены на решение комплексных крупномасштабных проблем большой сложности.

В рамках системных исследований развиваются такие интеграционные науки, как: кибернетика, исследование операций, системотехника, системный анализ, искуственный интеллект и другие. Т.е. речь идет о создании ЭВМ 5 поколения (чтобы убрать всех посредников между ЭВМ и машиной. Пользователь неквалифицированный.), используется интеллектуальный интерфейс.

Системный анализ разрабатывает системную методологию решения сложных прикладных проблем, опираясь на принципы системного подхода и общей теории систем, развития и методологически обобщая концептуальный (идейный) и математический аппарат кибернетики, исследования операций и системотехники.

Системный анализ представляет собой новое научное направление интеграционного типа, которое разрабатывает системную методологию принятия решений и занимает определенное место в структуре современных системных исследований.

Рис.1.1 — Системный анализ

1. системные исследования
2. системный подход
3. конкретные системные концепции
4. общая теория систем (метатеория по отношению к конкретным системам)
5. диалектический материализм (философские проблемы системных исследований)
6. научные системные теории и модели (учение о биосфере земли; теория вероятностей; кибернетика и др.)
7. технические системные теории и разработки — исследование операций; системотехника, системный анализ и др.
8. частные теории системы.

1.2 Классификация проблем по степени их структуризации

Согласно классификации, предложенной Саймоном и Ньюэллом, все множество проблем в зависимости от глубины их познания подразделяется на 3 класса:

1. хорошо структурированные или количественно выраженные проблемы, которые поддаются математической формализации и решаются с использованием формальных методов;
2. неструктуризованные или качественно выраженные проблемы, которые описываются лишь на содержательном уровне и решаются с использованием неформальных процедур;
3. слабоструктуризованные (смешанные проблемы), которые содержат количественные и качественные проблемы, причем качественные, малоизвестные и неопределенные стороны проблем имеют тенденцию доменирования.

Эти проблемы решаются на основе комплексного использования формальных методов и неформальных процедур. За основу классификации взята степень структуризации проблем, причем структура всей проблемы определяется 5-ю логическими элементами:

1. цель или ряд целей;
2. альтернативы достижения целей;
3. ресурсы, расходуемые на реализацию альтернатив;
4. модель или ряд моделей;
5. 5.критерий выбора предпочтительной альтернативы.

Степень структуризации проблемы определяется тем, на сколько хорошо выделены и осознаны указанные элементы проблем.

Характерно, что одна и та же проблема может занимать различное место в таблице классификации. В процессе все более глубокого изучения, осмысления и анализа проблема может превратиться из неструктуризованной в слабоструктуризованную, а затем из слабоструктуризованной в структуризованную. При этом выбор метода решения проблемы определяется ее местом в таблице классификаций.

Рис.1.2 — Таблица классификаций

1. выявление проблемы;
2. постановка проблемы;
3. решение проблемы;
4. неструктуризованная проблема (может решаться с помощью эвристических методов);
5. методы экспертных оценок;
6. слабо структуризованная проблема;
7. методы системного анализа;
8. хорошо структуризованная проблема;
9. методы исследования операций;
10. принятие решения;
11. реализация решения;
12. оценка решения.

1.3 Принципы решения хорошо структуризованных проблем

Для решения проблем этого класса широко используются математические методы И.О. В операционном исследовании можно выделить основные этапы:

1. Определение конкурирующих стратегий достижения цели.
2. Построение математической модели операции.
3. Оценка эффективностей конкурирующих стратегий.
4. Выбор оптимальной стратегии достижения целей.

Математическая модель операции представляет собой функционал:

E = f(x∈x → , {α}, {β}) ⇒ extz

• Е — критерий эффективности операций;
• x — стратегия оперирующей стороны;
• α — множество условий проведения операций;
• β — множество условий внешней среды.

Модель позволяет оценить эффективность конкурирующих стратегий и выбрать из их числа оптимальную стратегию.

1. постоянство проблемы
2. ограничения
3. критерий эффективности операций
4. математическая модель операции
5. параметры модели, но часть параметров, как правило, не известна, поэтому (6)
6. прогнозирование информации (т.е. нужно предугадать ряд параметров)
7. конкурирующие стратегии
8. анализ и стратегии
9. оптимальная стратегия
10. утвержденная стратегия (более простая, но которая удовлетворяет еще ряду критериев)
11. реализация решения
12. корректировка модели

Критерий эффективности операции должен удовлетворять ряду требований:

1. Представительность, т.е. критерий должен отражать основную, а не второстепенную цель операции.
2. Критичность — т.е. критерий должен изменяться при изменении параметров операций.
3. Единственность, так как только в этом случае возможно найти строгое математическое решение задачи оптимизации.
4. Учет стохастичности, которая связана обычно со случайным характером некоторых параметров операций.
5. Учет неопределенностей, которая связана с отсутствием какой-либо информации о некоторых параметров операций.
6. Учет противодействия, которое вызывает часто сознательный противник, управляющий полными параметрами операций.
7. Простая, т.к. простой критерий позволяет упростить математические выкладки при поиске opt. решения.

Приведем схему, которая иллюстрирует основные требования к критерию эффективности исследования операций.

Рис. 1.4 — Схема, которая иллюстрирует требования к критерию эффективности исследования операций

1. постановка проблемы (вытекают 2 и 4 (ограничения));
2. критерий эффективности;
3. задачи верхнего уровня
4. ограничения (мы организуем вложенность моделей);
5. связь с моделями верхнего уровня;
6. представительность;
7. критичность;
8. единственность;
9. учет стохастичности;
10. учет неопределенности;
11. учет противодействия (теория игр);
12. простота;
13. обязательные ограничения;
14. дополнительные ограничения;
15. искусственные ограничения;
16. выбор главного критерия;
17. перевод ограничений;
18. построение обобщенного критерия;
19. оценка математического отид-я;
20. построение доверительных интервалов:
21. анализ возможных вариантов (есть система; мы точно не знаем, какова интенсивность вх. потока; мы можем только с определенной вероятностью предположить ту или иную интенсивность; затем взвешиваем выходящие варианты).

Единственность — чтобы можно было решить задачу строго математическими методами.

Пункты 16, 17 и 18 — это способы, которые позволяют избавиться от многокритериальности.

Учет стохастичности — большая часть параметров имеет стохастическое значение. В ряде случаев стох. мы задаем в виде ф-и распределения, следовательно, сам критерий необходимо усреднить, т.е. применять математические ожидания, следовательно, п.19, 20, 21.

1.4 Принципы решения неструктуризованных проблем

Для решения проблем этого класса целесообразно использовать методы экспертных оценок.

Методы экспертных оценок применяются в тех случаях, когда математическая формализация проблем либо невозможна в силу их новизны и сложности, либо требует больших затрат времени и средств. Общим для всех методов экспертных оценок является обращение к опыту, указанию и интуиции специалистов, выполняющих функции экспертов. Давая ответы на поставленный вопрос, эксперты являются как бы датчиками информации, которая анализируется и обобщается. Можно утверждать, следовательно: если в диапазоне ответов имеется истинный ответ, то совокупность разразненных мнений может быть эффективно синтезирована в некоторое обобщенное мнение, близкое к реальности. Любой метод экспертных оценок представляет собой совокупность процедур, направленных на получение информации эвристического происхождения и обработку этой информации с помощью математико-статистических методов.

Процесс подготовки и проведения экспертизы включает следующие этапы:

1. определение цепей экспертизы;
2. формирование группы специалистов-аналитиков;
3. формирование группы экспертов;
4. разработка сценария и процедур экспертизы;
5. сбор и анализ экспертной информации;
6. обработка экспертной информации;
7. анализ результатов экспертизы и принятия решений.

При формировании группы экспертов необходимо учитывать их индивидуальные х-ки, которые влияют на результаты экспертизы:

• компетентность (уровень профессиональной подготовки)
• креативность (творческие способности человека)
• конструктивность мышления (не «летать» в облаках)
• конформизм (подверженность влиянию авторитета)
• отношение к экспертизе
• коллективизм и самокритичность

Методы экспертных оценок применяются достаточно успешно в следующих ситуациях:

• выбор целей и тематики научных исследований
• выбор вариантов сложных технических и социально-экономических проектов и программ
• построение и анализ моделей сложных объектов
• построение критериев в задачах векторной оптимизации
• классификация однородных объектов по степени выраженности какого-либо свойства
• оценка качества продукции и новой техники
• принятие решений в задачах управления производством
• перспективное и текущее планирование производства, НИР и ОКР
• научно-техническое и экономическое прогнозирование и т.д. и т.п.

1.5 Принципы решения слабоструктуризованных проблем

Для решения проблем этого класса целесообразно использовать методы системного анализа. Проблемы, решаемые с помощью системного анализа, имеют ряд характерных особенностей:

1. принимаемое решение относится к будущему (завод, которого пока нет)
2. имеется широкий диапазон альтернатив
3. решения зависят от текущей неполноты технологических достижений
4. принимаемые решения требуют больших вложений ресурсов и содержат элементы риска
5. не полностью определены требования, относящиеся к стоимости и времени решения проблемы
6. проблема внутренняя сложна в следствие того, что для ее решения необходимо комбинирование различных ресурсов.

Основные концепции системного анализа состоят в следующем:

• процесс решения проблемы должен начинаться с выявления и обоснования конечной цели, которой хотят достичь в той или иной области и уже на этом основании определяются промежуточные цели и задачи
• к любой проблеме необходимо подходить, как к сложной системе, выявляя при этом все возможные подроблемы и взаимосвязи, а также последствия тех или иных решений
• в процессе решения проблемы осуществляется формирование множества альтернатив достижения цели; оценка этих альтернатив с помощью соответствующих критериев и выбор предпочтительной альтернативы
• организационная структура механизма решения проблемы должна подчиняться цели или ряду целей, а не наоборот.

Системный анализ представляет собой многошаговый итеративный процесс, причем исходным моментов этого процесса является формулировка проблемы в некоторой первоначальной форме. При формулировке проблемы необходимо учитывать 2 противоречивых требования:

1. проблема должна формулироваться достаточно широко, чтобы ничего существенного не упустить;
2. проблема должна формироваться т.о., чтобы она была обозримой и могла быть структуризована. В ходе системного анализа степень структуризации проблемы повышается, т.е. проблема формулируется все более четко и исчерпывающе.

Рис. 1.5 — Один шаг системного анализа

1. постановка проблемы
2. обоснование цели
3. формирование альтернатив
4. исследование ресурса
5. построение модели
6. оценка альтернатив
7. принятие решения (выбор одного решения)
8. анализ чувствительности
9. проверка исходных данных
10. уточнение конечной цели
11. поиск новых альтернатив
12. анализ ресурсов и критериев

1.6 Основные этапы и методы СА

СА предусматривает: разработку системного метода решения проблемы, т.е. логически и процедурно организованную последовательность операций, направленных на выбор предпочтительной альтернативы решения. СА реализуется практически в несколько этапов, однако в отношении их числа и содержании пока еще нет единства, т.к. Э большое разнообразие прикладных проблем.

Приведем таблицу, которая иллюстрирует основные закономерности СА з-х различных научных школ.

В научный инструментарий СА входят следующие методы:

• метод сценариев (пытаются дать описание системы)
• метод дерева целей (есть конечная цель, она разбивается на подцели, подцели на проблемы и т.д., т.е. декомпозиция до задач, которые мы можем решить)
• метод морфологического анализа (для изобретений)
• методы экспертных оценок
• вероятностно-статистические методы (теория МО, игр и т.д.)
• кибернетические методы (объект в виде черного ящика)
• методы ИО (скалярная opt)
• методы векторной оптимизации
• методы имитационного моделирования (например, GPSS)
• сетевые методы
• матричные методы
• методы экономического анализа и др.

В процессе СА на разных его уровнях применяются различные методы, в которых эвристика сочетается с формализмом. СА выполняет роль методологического каркаса, объединяющего все необходимые методы, исследовательские приемы, мероприятия и ресурсы для решения проблем.

1.7 Система предпочтений ЛПР и системный подход к процессу принятия решений.

Процесс принятия решения состоит в выборе рационального решения из некоторого множества альтернативных решений с учетом системы предпочтений ЛПР. Как и всякий процесс, в котором участвует человек, имеет 2 стороны: объективную и субъективную.

Объективная сторона — это то, что реально вне сознания человека, а субъективная — это то, что находит отражение в сознании человека, т.е. объективное в сознании человека. Объективное отражается в сознании человека не всегда достаточно адекватно, однако от сюда не следует, что не может быть правильных решений. Практически верным считается такое решение, которое в главных чертах правильно отражает обстановку и соответствует поставленной задаче.

Система предпочтений ЛПР определяется многими факторами:

• понимание проблемы и перспектив развития;
• текущая информация о состоянии некоторой операции и внешние условия ее протекания;
• директивы от вышестоящих инстанций и различного рода ограничений;
• юридические, экономические, социальные, психологические факторы, традиции и др.

Рис. 1.6 — Система предпочтений ЛПР

1. директивы от вышестоящих инстанций о целях и задачах операций (тех. процессы, прогнозирование)
2. ограничения по ресурсам, степени самостоятельности и др.
3. переработка информации
4. операция
5. внешние условия (внешняя среда), а) детерминирование; б) стохастические (ЭВМ отказывает через случайный интервал t); в) организованное противодействие
6. информация о внешних условиях
7. рациональное решение
8. синтез управления (зависит от системы)

Находясь в этих тисках, ЛПР должен нормировать множество потенциально возможных решений из них. Из них отобрать 4-5 лучших и из них — 1 решение.

Системный подход к процессу принятия решений состоит в реализации 3-х взаимосвязанных процедур:

1. Выделяется множество потенциально возможных решений.
2. Из их числа отбирается множество конкурирующих решений.
3. Выбирается рациональное решение с учетом системы предпочтений ЛПР.

Рис. 1.7 — Системный подход к процессу принятия решений

1. возможные решения
2. конкурирующие решения
3. рациональное решение
4. цель и задачи операции
5. информация о состоянии операции
6. информация о внешних условиях
   1. стохастические
   2. организованное противодействие
7. ограничение по ресурсам
8. ограничение по степени самостоятельности
9. дополнительные ограничения и условия
   1. юридические факторы
   2. экономические факторы
   3. социологические факторы
   4. психологические факторы
   5. традиции и другое
10. критерий эффективности

Современный системный анализ является прикладной наукой, нацеленной на выяснение причин реальных сложностей, возникших перед «обладателем проблемы» и на выработку вариантов их устранения. В наиболее развитой форме системный анализ включает и непосредственное, практическое улучшающее вмешательство в проблемную ситуацию.

Системность не должна казаться неким нововведением, последним достижением науки. Системность есть всеобщее свойство материи, форма ее существования, а значит, и неотъемлемое свойство человеческой практики, включая мышление. Всякая деятельность может быть менее или более системной. Появление проблемы — признак недостаточной системности; решение проблемы — результат повышения системности. Теоретическая мысль на разных уровнях абстракции отражала системность мира вообще и системность человеческого познания и практики. На философском уровне — это диалектический материализм, на общенаучном — системология и общая теория систем, теория организации; на естественно-научном — кибернетика. С развитием вычислительной техники возникли информатика и искусственный интеллект.

В начале 80-х годов стало очевидным, что все эти теоретические и прикладные дисциплины образуют как бы единый поток, «системное движение». Системность становится не только теоретической категорией, но и осознанным аспектом практической деятельности. Поскольку большие и сложные системы по необходимости стали предметом изучения, управления и проектирования, потребовалось обобщение методов исследования систем и методов воздействия на них. Должна была возникнуть некая прикладная наука, являющаяся «мостом» между абстрактными теориями системности и живой системной практикой. Она и возникла — сначала, как мы отмечали, в различных областях и под разными названиями, а в последние годы сформировалась в науку, которая получила название «системный анализ».

Особенности современного системного анализа вытекают из самой природы сложных систем. Имея в качестве цели ликвидацию проблемы или, как минимум, выяснение ее причин, системный анализ привлекает для этого широкий спектр средств, использует возможности различных наук и практических сфер деятельности. Являясь по существу прикладной диалектикой, системный анализ придает большое значение методологическим аспектам любого системного исследования. С другой стороны, прикладная направленность системного анализа приводит к использованию всех современных средств научных исследований — математики, вычислительной техники, моделирования, натурных наблюдений и экспериментов.

В ходе исследования реальной системы обычно приходится сталкиваться с самыми разнообразными проблемами; быть профессионалом в каждой из них невозможно одному человеку. Выход видится в том, чтобы тот, кто берется осуществлять системный анализ, имел образование и опыт, необходимые для опознания и классификации конкретных проблем, для определения того, к каким специалистам следует обратиться для продолжения анализа. Это предъявляет особые требования к специалистам-системщикам: они должны обладать широкой эрудицией, раскованностью мышления, умением привлекать людей к работе, организовывать коллективную деятельность.

Прослушав настоящий курс лекций, или прочитав несколько книг по данной теме нельзя стать специалистом по системному анализу. Как выразился У.Шекспир: «Если бы делать было бы столь легко, как знать, что надо делать — часовни были бы соборами, хижины — дворцами». Профессионализм приобретается в практике.

Рассмотрим любопытный прогноз наиболее быстро расширяющихся сфер занятости в США: Динамика в % 1990-2000гг.

• средний медицинский персонал — 70%
• специалисты по радиационным технологиям — 66%
• агенты бюро путешествий — 54%
• аналитики компьютерных систем — 53%
• программисты — 48%
• инженеры-электронщики — 40%

Развитие системных представлений

Что означает само слово «система» или «большая система», что означает «действовать системно»? Ответы на эти вопросы мы будем получать постепенно, повышая уровень системности наших знаний, в чем и состоит цель данного курса лекций. Пока же нам достаточно тех ассоциаций, которые возникают при употреблении в обычной речи слова «система» в сочетании со словами «общественно-политическая», «Солнечная», «нервная», «отопительная» или «уравнений», «показателей», «взглядов и убеждений». Впоследствии мы будем подробно и всесторонне рассматривать признаки системности, а сейчас отметим только самые очевидные и обязательные из них:

• структурированность системы;
• взаимосвязанность составляющих ее частей;
• подчиненность организации всей системы определенной цели.

Системность практической деятельности

По отношению, например, к человеческой деятельности указанные признаки очевидны, поскольку каждый из нас легко обнаружит их в своей собственной практической деятельности. Всякое наше осознанное действие преследует вполне определенную цель; во всяком действии легко увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом составные части выполняются не в произвольном порядке, а в определенной их последовательности. Это и есть определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности.

Системность и алгоритмичность

Другое название для такого построения деятельности — алгоритмичность. Понятие алгоритма возникло вначале в математике и означало задание точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или другими математическими объектами. В последние годы начинает осознаваться алгоритмичность любой деятельности. Уже говорят не только об алгоритмах принятия управленческих решений, об алгоритмах обучения, алгоритмах игры в шахматы, но и об алгоритмах изобретательства, алгоритмах композиции музыки. Подчеркнем, что при этом делается отход от математического понимания алгоритма: сохраняя логическую последовательность действий, допускается, что в алгоритме могут присутствовать неформализованные действия. Таким образом, явная алгоритмизация любой практической деятельности является важным свойством ее развития.

Системность познавательной деятельности

Одна из особенностей познания — наличие аналитического и синтетического образов мышления. Суть анализа состоит 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 не только к индивидуальному мышлению, но и к общечеловеческому знанию. Скажем так, расчлененность мышления на анализ и синтез и взаимосвязанность этих частей являются важнейшим признаком системности познания.

Системность как всеобщее свойство материи

Здесь нам важно выделить ту мысль, что системность — это не только свойство человеческой практики, включающей и внешнюю активную деятельность, и мышление, но свойство всей материи. Системность нашего мышления вытекает из системности мира. Современные научные данные и современные системные представления позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем, находящихся в развитии и на разных стадиях развития, на разных уровнях системной иерархии.

Подведем итог

В заключении, в качестве информации к размышлению, приведем схему изображающую связь вопросов, рассмотренных выше.

Рис 1.8 — Связь вопросов рассмотренных выше