Системный анализ

                                             Введение

Дисциплина, именуемая «системный анализ», родилась в силу возникшей  необходимости вести исследования междисциплинарного характера. Создание сложных технических систем, проектирование сложных народнохозяйственных комплексов и управление ими, анализ экологических  ситуаций и многие другие направления  инженерной, научной и хозяйственной  деятельности требовали организации  исследований, которые носили бы нетрадиционный характер. Они требовали объединение  усилий специалистов разных научных  профилей, унификации и согласования информации, получаемой в результате исследований конкретного характера. Успешное развитие подобных системных  исследований во многом обязано тем  возможностям обработки информации, использованию математических методов, которые появились вместе с электронной  вычислительной техникой и дали одновременно не только инструмент, но и язык высокой  степени универсальности. Сам термин «системный анализ» подразумевает  совокупность методов, основанных на использовании  СВТ и ориентированных на исследование сложных систем - технических, экономических, экологических и т. д. В результате этих исследований должно возникать  не просто новое знание. Результатом  системных исследований является, как  правило, выбор вполне определенной альтернативы: плана развития региона, параметров конструкции и т. д. Иногда говорят, что системный анализ –  это методика улучшающего вмешательства  в проблемную ситуацию. Таким образом, системный анализ - это дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решений  в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной физической природы. Поэтому  истоки системного анализа, его методических концепций лежат в тех дисциплинах, которые занимаются проблемами принятия решений, теории исследования операций и общей теории управления.

Становление новой дисциплины следует  датировать концом XIX и началом XX века, когда появились первые работы по теории регулирования, когда в экономике начали впервые говорить об оптимальных решениях, то есть когда появились первые представления о функции цели (полезности). Развитие теории определялось, с одной стороны, развитием математического аппарата, появлением приемов формализации, а с другой - новыми задачами, возникавшими в промышленности, военном деле, экономике. Особенно бурное развитие теория системного анализа получила после пятидесятых годов, когда на основе теории эффективности, теории игр, теории массового обслуживания появилась синтетическая дисциплина - «исследование операций». Она затем постепенно переросла в системный анализ, который явился синтезом исследования операций и теории управления.

Современный системный анализ имеет  обширный инструментарий, включающий в себя развитый математический аппарат  и современные вычислительные системы.

В общем виде под системным анализом понимают всестороннее, систематизированное, т.е. построенное на основе определенного  набора правил, исследование сложного объекта в целом, вместе со всей совокупностью  его сложных внешних и внутренних связей, проводимое для выяснения  возможностей повышения эффективности  функционирования этого объекта  путем выбора определенной альтернативы.

На современном уровне развития системный анализ не является научным  методом в строгом смысле, поскольку  для ряда его этапов формальный аппарат  пока не существует и эти этапы  выполняются на содержательном уровне на основе логики, здравого смысла, опыта  и интуиции. Однако научная мысль  интенсивно работает в данном направлении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Системный анализ. Цели. Применение

1. Цели и принципы системного анализа.

Системный анализ — научный  метод познания, представляющий

собой последовательность действий по установлению структурных

связей между переменными  или элементами исследуемых сложных

систем - технических, экономических, экологических и т.д. Опирается

на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных,

статистических, математических методов. Проводится с

использованием современных  средств вычислительной техники.

Результатом системных исследований является, как правило, выбор

вполне определенной альтернативы: плана развития, технической

системы, региона, коммерческой структуры и т.д. Поэтому истоки

системного анализа, его  методические концепции лежат в  тех

дисциплинах, которые занимаются проблемами принятия решений:

теории операций и общей  теории управления и системном подходе.

Целью системного анализа  является упорядочение

последовательности действий при решении крупных проблем,

основываясь на системном  подходе. В системном анализе  решение

проблемы определяется как  деятельность, которая сохраняет  или

улучшает характеристики системы. Приемы и методы системного

анализа направлены на выдвижение альтернативных вариантов

решения проблемы, выявление  масштабов неопределенности по

каждому варианту и сопоставление  вариантов по их эффективности.

Системный анализ базируется на ряде общих принципов, среди

которых:

− принцип дедуктивной  последовательности - последовательного

рассмотрения системы  по этапам: от окружения и связей с

целым до связей частей целого (см. этапы системного анализа

подробнее ниже);

− принцип интегрированного рассмотрения - каждая система

должна быть неразъемна как  целое даже при рассмотрении

лишь отдельных подсистем  системы;

− принцип согласования ресурсов и целей рассмотрения,

актуализации системы;

− принцип бесконфликтности - отсутствия конфликтов между

частями целого, приводящих к конфликту целей целого и части.

2. Применение системного анализа.

Область применения методов  системного анализа весьма широка.

Существует классификация, согласно которой все проблемы данной

области подразделяются на три класса:

− хорошо структурированные (well-structured), или

количественно сформулированные проблемы, в которых

существенные зависимости  выяснены очень хорошо;

− неструктурированные (unstructured), или качественно

выраженные проблемы, содержащие лишь описание

важнейших ресурсов, признаков  и характеристик,

количественные зависимости  между которыми совершенно

неизвестны;

− слабо структурированные (ill-structured), или смешанные

проблемы, которые содержат как качественные элементы, так

и малоизвестные, неопределенные стороны, которые имеют

тенденцию доминировать.

Для решения хорошо структурированных  количественно

выражаемых проблем используется известная методология

исследования операций, которая  состоит в построении адекватной

математической модели (например, задачи линейного, нелинейного,

динамического программирования, задачи теории массового

обслуживания, теории игр  и др.) и применении методов для  отыскания

оптимальной стратегии управления целенаправленными действиями.

Привлечение методов системного анализа для решения указанных

проблем необходимо прежде всего потому, что в процессе принятия

решений приходится осуществлять выбор в условиях

неопределённости, которая  обусловлена наличием факторов, не

поддающихся строгой количественной оценке. В этом случае все

процедуры и методы направлены именно на выдвижение

альтернативных вариантов  решения проблемы, выявление масштабов

неопределённости по каждому  из вариантов и сопоставление  вариантов

по тем или иным критериям  эффективности. Специалисты только

готовят или рекомендуют  варианты решения, принятие же решения

остаётся в компетенции  соответствующего должностного лица (или

органа).

Для решения слабо структурированных  и неструктурированных

проблем используется методология  системного анализа, системы

поддержки принятия решений (СППР). 6

Технология решения таких  сложных задач может быть описана

следующей процедурой:

1. формулировка проблемной  ситуации;

2. определение целей; 

3. определение критериев  достижения целей; 

4. построение моделей  для обоснования решений; 

5. поиск оптимального (допустимого)  варианта решения; 

6. согласование решения; 

7. подготовка решения  к реализации;

8. утверждение решения; 

9. управление ходом реализации  решения; 

10. проверка эффективности  решения. 

Центральной процедурой в  системном анализе является

построение обобщённой модели (или моделей), отображающей все

факторы и взаимосвязи  реальной ситуации, которые могут  проявиться

в процессе осуществления  решения. Полученная модель исследуется  с

целью выяснения близости результата применения того или иного  из

альтернативных вариантов  действий к желаемому, сравнительных

затрат ресурсов по каждому  из вариантов, степени чувствительности

модели к различным  внешним воздействиям. Исследования опираются

на ряд прикладных математических дисциплин и методов, широко

используемых в современной  технической и экономической

деятельностью, связанной  с управлением. К ним относятся  методы

анализа и синтеза систем теории управления, метод экспертных

оценок, метод критического пути, теория очередей и т. п. Техническая

основа системного анализа  — современные вычислительные машины и

информационные системы.

Методологические средства, применяемые при решении проблем  с

помощью системного анализа, определяются в зависимости от того,

преследуется ли единственная цель или некоторая совокупность целей,

принимает ли решение одно лицо или несколько и т. д. Когда  имеется

одна достаточно четко  выраженная цель, степень достижения которой

можно оценить на основе одного критерия, используются методы

математического программирования. Если степень достижения цели

должна оцениваться на основе нескольких критериев, применяют

аппарат теории полезности, с помощью которого проводится

упорядочение критериев  и определение важности каждого  из них. 7

Когда развитие событий определяется взаимодействием нескольких

лиц или систем, из которых  каждая преследует свои цели и принимает

свои решения, используются методы теории игр теории.

Несмотря на то, что диапазон применяемых в системном анализе

методов моделирования и  решения проблем непрерывно расширяется,

он по своему характеру  не тождествен научному исследованию: он не

связан с задачами получения  научного знания в собственном смысле,

но представляет собой  лишь применение методов науки к  решению

практических проблем  управления и преследует цель рационализации

процесса принятия решений, не исключая из этого процесса

неизбежных в нём субъективных моментов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Процедуры  системного анализа.

2.1. Декомпозиция.

Декомпозиция. Это разбиение целого на части с целью его детального изучения. Она является одной из основных процедур системного анализа. Задача разбивается на подзадачи, система – на подсистемы, цели – на подцели и т. д. При необходимости этот процесс повторяется, что приводит к иерархическим древовидным структурам. Обычно объект анализа сложен, слабо структурирован, плохо формализован, поэтому операцию декомпозиции выполняет эксперт. Если поручить анализ одного и того же объекта разным экспертам, то полученные древовидные списки будут различаться. Качество построенных экспертами деревьев зависит как от их компетентности в данной области знаний, так и от применяемой методики декомпозиции. 
 
Обычно эксперт легко разделяет целое на части, но испытывает затруднения, если требуется доказательство полноты и безызбыточности предлагаемого набора частей. Стремясь перейти от чисто эвристического, интуитивного подхода к более осознанному, алгоритмическому выполнению декомпозиции, мы должны объяснить, почему эксперт разделяет целое именно так, а не иначе. Именно на данное, а не на большее или меньшее число частей. Объяснение состоит в том, что основанием всякой декомпозиции является модель рассматриваемой системы. Операция декомпозиции представляется теперь как сопоставление объекта анализа с некоторой моделью, как выделение в нем того, что соответствует элементам взятой модели. Поэтому на вопрос, сколько частей должно получиться в результате декомпозиции, можно дать следующий ответ: столько, сколько элементов содержит модель, взятая в качестве основания. Вопрос о полноте декомпозиции – это вопрос завершенности модели. 
 
Объект декомпозиции должен сопоставляться с каждым элементом модели-основания. Однако и сама модель-основание может с разной степенью детализации отображать исследуемый объект. Например, в системном анализе часто приходится использовать модель типа «жизненный цикл», позволяющая декомпозировать анализируемый период времени на последовательные этапы от его возникновения до окончания. С помощью такой декомпозиции шахматную партию можно разбить на дебют, миттельшпиль и эндшпиль. В жизни человека принято различать молодость, зрелость и старость, но можно выделять и более мелкие этапы, например, детство, отрочество и юность. Такое же разнообразие может иметь место и при декомпозиции жизненного цикла любой проблемы. Разбиение на этапы дает представление о последовательности действий, начиная с обнаружения проблемы и кончая ее ликвидацией. 
 
Декомпозиция осуществляется с помощью некоторой модели, сквозь которую мы как бы рассматриваем расчленяемое целое. Далее следует ответить на естественно возникающие вопросы: 
 
• модели какой системы следует брать в качестве оснований декомпозиции ? 
 
•какие именно модели надо брать?