Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Ноября 2011 в 00:45, курс лекций
Конспект лекций составлен на основе государственных образовательных стандартов по дисциплинам «Системный анализ» и «Теория систем и системный анализ», а также рабочих программ соответствующих специальностей, утвер-жденных в 2004 г.
ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................5
ГЛАВА 1 ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА.......................................................6
1.1. Основные понятия системного анализа..............................................................6
1.1.1. Задачи системного анализа.............................................................................6
1.1.2. Система.............................................................................................................7
1.1.3 Классификация систем.....................................................................................8
1.1.4. Основные определения системного анализа..............................................13
1.2. Модели сложных систем....................................................................................18
1.2.1. Понятие модели.............................................................................................18
1.2.2. Классификация видов моделирования систем...........................................19
1.2.3. Принципы и подходы к построению математических моделей...............26
1.2.4. Этапы построения математической модели...............................................28
1.3. Принципы и структура системного анализа.....................................................30
1.3.1. Принципы системного анализа....................................................................30
1.3.2. Структура системного анализа.....................................................................32
1.4. Управление...........................................................................................................39
1.4.1. Сущность автоматизации управления в сложных системах.....................39
1.4.2. Структура системы с управлением..............................................................40
1.4.3. Обратная связь...............................................................................................41
1.4.4. Система без обратной связи.........................................................................41
1.4.5. Резюме............................................................................................................42
ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ОЦЕНКИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ...........................................43
2.1. Основные типы шкал измерения.......................................................................43
2.1.1. Понятие шкалы..............................................................................................43
2.1.2. Шкалы номинального типа...........................................................................44
2.1.3. Шкалы порядка..............................................................................................45
2.1.4. Шкалы интервалов........................................................................................46
2.1.5. Шкалы отношений.........................................................................................47
2.1.6. Шкалы разностей...........................................................................................47
2.1.7. Абсолютные шкалы.......................................................................................48
2.2. Обработка характеристик, измеренных в разных шкалах..............................49
2.3 Показатели и критерии оценки систем..............................................................52
2.3.1. Шкала уровней качества систем с управлением........................................53
2.3.2. Показатели и критерии эффективности функционирования систем.......54
2.4. Методы качественного оценивания систем......................................................58
2.4.1. Методы типа «мозговая атака» или «коллективная генерация идей».....59
2.4.2. Методы типа сценариев................................................................................60
2.4.3. Методы экспертных оценок.........................................................................61
2.4.4. Методы типа Дельфи.....................................................................................68
2.4.5. Методы типа дерева целей...........................................................................69
2.4.6. Морфологические методы............................................................................70
ГЛАВА 3. МЕТОД АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ (Т.Саати, К.Кернс)............................71
3.1. Введение...............................................................................................................71
4
3.2. Принцип идентичности и декомпозиции..........................................................71
3.3. Принцип дискриминации и сравнительных суждений...................................73
3.4. Синтез приоритетов............................................................................................80
3.5. Дополнительные приложения МАИ..................................................................87
3.6. Краткое изложение этапов МАИ.......................................................................88
3.7. Иерархии как воспроизведение сложности......................................................90
3.8. Групповые и изменяющиеся суждения.............................................................93
3.9. Измерение качества.............................................................................................94
ГЛАВА 4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ........95
4.1. Наиболее существенные характеристики.........................................................95
4.2. Структуризация экономических задач..............................................................96
4.3. Построение оптимизационных моделей линейного программирования (простейшие экономические модели)......................................................................96
4.3.1. Общая характеристика..................................................................................96
4.3.2. Потенциальные возможности линейного программирования..................97
4.3.3. Некоторые экономические задачи линейного программирования..........98
ГЛАВА 5 МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ........................................................................................99
5.1. Теория многокритериальной оптимизации по Парето....................................99
5.2. Анализ модели после нахождения оптимального решения..........................102
5.3 Упражнения на построение моделей................................................................104
ГЛАВА 6 ПРИНЦИПЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОГО МЕХАНИЗМА.....................................................................106
6.1. Определение и составляющие экономического механизма.........................106
6.2. Классический подход к анализу экономических механизмов......................108
6.2.1. Простая модель............................................................................................108
6.2.2. Условия сохранения единых цен...............................................................111
6.3. Исследования реальных систем стимулирования производства..................113
6.3.1. Анализ стандартной системы производственных единиц......................113
6.3.2. Воздействие хозяйственного механизма на показатели работы предприятия............................................................................................................114
6.4. Системный анализ и машинная имитация экономического механизма......116
ГЛАВА 7 ПОНЯТИЕ ЦЕЛИ. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЦЕЛЕОБР
Закономерность формирования иерархических структур целей. Учитывая, что наиболее распространенным способом представления целей являются древо-видные иерархические структуры («деревья целей»), рассмотрим этот вопрос бо-лее подробно в п.7.4.
121
Все рассмотренные закономерности необходимо учитывать при разработке мето-дик структуризации и структур целей.
7.3. Виды и формы представления структур целей
7.3.1. Сетевая структура или сеть
Сетевая структура или сеть (рис.7.2-а) представляет собой декомпозицию системы во времени.
Такие структуры могут отображать порядок действий технической системы, этапы деятельности человека (при производстве продукции – сетевой график, при проектировании – сетевая модель, при планировании – сетевой план и т.д.).
При применении сетевых моделей пользуются определенной терминологией: вершина, ребро, критический путь и т.д. Элементы сети могут быть расположены последовательно и параллельно.
122
Наиболее распространены и удобны для анализа однонаправленные сети. Но могут быть и сети с обратными связями, с циклами.
Для анализа сложных сетей существует математический аппарат теории гра-фов, прикладная теория сетевого планирования и управления, имеющая широкую распространенность при представлении процессов организации производства и управления предприятиями.
7.3.2. Иерархические структуры
Иерархические структуры (рис.7.2-б – 7.2-д) представляют собой декомпо-зицию системы в пространстве. Все компоненты (вершины, узлы) и связи (дуги, ребра) существуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени). Такие структуры могут иметь не два (как для простоты показано на рис.7.2-б и 7.2-в), а большее число уровней декомпозиции (структуризации).
Структуры типа 7.2-б, в которых каждый элемент нижележащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами, структурами типа «дерева», структурами, на которых выполняется отношение древесного порядка, иерархическими структурами с «сильными» связями.
Структуры типа 7.2-в, в которых элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего, называют иерархиче-скими структурами со «слабыми» связями.
Иерархическим структурам, приведенным на рис.7.2-б и 7.2-в, соответствуют матричные структуры рис.7.2-е и 7.2-ж. Отношения, имеющие вид «слабых» свя-зей между двумя уровнями на рис.7.2-в, подобны отношениям в матрице, образо-ванной из составляющих этих двух уровней на рис.7.2-ж.
Наибольшее распространение имеют древовидные иерархические структуры.
В общем случае термин иерархия шире, он означает соподчиненность, поря-док подчинения низших по должности и чину лиц высшим, возник как наимено-вание «служебной лестницы» в религии, широко применяется для характеристики взаимоотношений в аппарате управления государством, армией и т.д. Затем кон-цепция иерархии была распространена на любой согласованный по подчиненно-сти порядок объектов.
Поэтому, в принципе в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненности, а между уровнями и между компонентами в пределах уровня могут быть любые взаимоотношения. В соответствии с этим существуют структуры, использующие иерархический принцип, но имеющие специфические особенности, и их целесообразно выделить особо.
7.3.3. Страты и эшелоны
Особый интерес для отображения целей в условиях многоукладной экономи-ки представляют многоуровневые иерархические структуры типа страт и эшело-нов М.Месаровича.
Страты. При отображении сложных систем основная проблема состоит в том, чтобы найти компромисс между простотой описания, позволяющей соста-
123
вить и сохранять целостное представление об исследуемом или проектируемом объекте, и детализацией описания, позволяющей отразить многочисленные осо-бенности конкретного объекта. Один из путей решения этой проблемы – задание системы семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения существующего уровня абстрагирования. Для каждого уровня суще-ствуют характерные особенности, законы и принципы, с помощью которых опи-сывается поведение системы на этом уровне. Такое представление названо стра-тифицированным, а уровни абстрагирования – стратами.
Страты могут выделяться по разным принципам. Например, при представле-нии системы управления предприятием страты могут соответствовать сложив-шимся уровням управления: управление технологическими процессами (собст-венно производственным процессом) и организационное управление предприяти-ем. Если предприятие входит в объединение, то к этим двум стратам может быть добавлен уровень управления объединением.
Эшелоны. Понятие многоэшелонной иерархической структуры вводится сле-дующим образом: система представляется в виде относительно независимых, взаимодействующих между собой подсистем: при этом некоторые (или все) под-системы имеют права принятия решений, а иерархическое расположение подсис-тем (многоэшелонная структура) определяется тем, что некоторые из них нахо-дятся под влиянием или управляются вышестоящими. Структурные представле-ния такого типа условно иллюстрируются рис.7.2-д. Уровень такой иерархии на-зывают эшелоном.
Основной отличительной особенностью многоэшелонной структуры являет-ся предоставление подсистемам всех уровней определенной свободы в выборе их собственных решений. Причем эти решения могут быть (но не обязательно) не теми решениями, которые бы выбрал вышестоящий уровень. Предоставление свободы действий в принятии решений компонентам всех эшелонов иерархиче-ской структуры повышает эффективность ее функционирования.
Подсистемам предоставляется определенная свобода и в выборе целей. По-этому многоэшелонные структуры называются также многоцелевыми.
В таких системах могут быть использованы разные способы принятия реше-ний. Естественно, что в такой системе подсистемы могут формировать противо-речащие друг другу («конфликтные») цели и решения. Это затрудняет управле-ние, но является в то же время одним из условий повышения эффективности функционирования системы. Разрешение конфликтов достигается путем вмеша-тельства вышестоящего эшелона. Управляющие воздействия для разрешения этих противоречий со стороны вышестоящих уровней иерархии могут быть разной си-лы.
Эшелонированные структуры лежат в основе представления структур целей в холдингах.
124
7.4. Разработка методик структуризации целей
На рис.7.3 приведены признаки структуризации, рекомендуемые для разных уровней системы управления в различных работах по системному анализу, и ука-заны источники информации, которые могут использоваться при формировании разных уровней «дерева целей».
Уровни «дере-ва» ЦФ
Признаки структуризации
Источники научно-технической информации
Верхние уровни (политика)
Концепция системы:
- концепция Ю.И.Черняка;
- концепция А.И.Уемова;
- концепция, учитывающая взаимодей-ствие системы со средой В.Н.Сагатовского и др.
Сферы деятельности.
Структура деятельности.
Уровни иерархии существующей сис-темы управления.
Законы и законодательные акты.
Материалы центральных и отрас-левых органов управлений.
Документы вышестоящих органи-заций.
Информационные материалы по обмену опытом.
Материалы социологических оп-росов. (И т.д.)
Средние уровни (наука)
Виды конечного продукта.
Предметы деятельности.
Виды деятельности.
«Жизненный цикл».
Цикл управления.
(И т.д.)
Научно-технические отчеты.
Материалы конференций, совеща-ний и т.п.
Монографии, статьи и т.п.
Нижние уровни (техника и тех-нологии)
Конструкция. Технология.
Основные элементы системы.
«Часть – целое», «вид – род», «причи-на – следствие».
Структура предложения естественного языка: кто, что, где, с помощью чего, когда и т.д.
Статьи и др. публикации.
Патенты и авторские свидетельст-ва.
Отчеты об экспериментах.
Растры. Кадастры.
Классификаторы.
Фактографические информацион-ные сообщения о новой технике и технологии.
Рис.7.3. Признаки структуризации, рекомендуемые для разных уровней системы управления.
7.4.1. Обобщенная методика анализа целей и функций систем управления
В рассматриваемой обобщенной методике предусматривается возможность использования различных методик структуризации при формировании первона-чального варианта структуры целей (основных направлений деятельности, разви-тия) системы, несколько способов оценки вариантов будущих структур и выбор в конкретных условиях методики структуризации и методов оценки с учетом осо-бенностей предприятий или организаций, периода их развития.
Кратко охарактеризуем этапы.
Этап 1. Формирование первоначального варианта (вариантов) структуры целей (основных направлений развития) и функций системы управления предприятием (объединением, организацией).
125
1.1.Определение принципов и выбор подхода к формированию структуры целей и функций (ЦФ) системы управления.
1.2.Применение методики, базирующейся на двойственном определении системы. Формируется матрица «цикл управления – объект управления».
1.3.Применение методики, базирующейся на концепции системы, учитывающей среду и целеполагание.
1.4.Применение методики, базирующейся на концепции деятельности.
1.5.Формирование структуры ЦФ на основе представлений ЛПР и обследования существующей системы управления.
1.6.Обобщение результатов выполнения подэтапов 1.2-1.5 и принятие решения о дальнейшем ходе работ.
Этап 2. Оценка первоначального варианта (вариантов) и его корректировка (или выбор наилучшего).
2.1. Оценка структуры целей и функций для выявления наиболее значимых со-ставляющих.
2.2. Оценка структуры (вариантов структуры) с точки зрения ее формы и удоб-ства для дальнейшего использования.
Наиболее целесообразно на основе обобщенной методики разработать мето-дику для конкретного предприятия. Использование методик структуризации, ба-зирующихся на различных концепциях, позволяет обеспечить полноту анализа целей и функций системы управления предприятием (организацией) с точностью до принятой концепции.
Однако применение методик на практике сдерживается тем, что для полной последовательной реализации методики необходимы довольно большие затраты времени и труда.