1. Методологические принципы системного анализа
Целью анализа системы управления является:
детальное изучение системы управления для более эффективного использования и принятия решения по ее дальнейшему совершенствованию или замене;
исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы управления с целью выбора наилучшего варианта.6
Опыт исследования объектов различного состава, содержания и области применения (общественных, физических, технических, биологических, мыслительных конструкций и т.д.) позволяет сформулировать три основных принципа системного подхода, которые можно положить в основу исследования сложных систем управления:
принцип физичности;
принцип моделируемости;
принцип целенаправленности.7
В работе (7) выделяют такие принципы системного анализа:
целостность;
иерархичность строения;
структуризация;
множественность.8
принципами системного анализа являются:
1) Принцип единства: совместное рассмотрение системы как единого целого и как совокупности частей (элементов).
2) Принцип связности: рассмотрение любой части системы совместно с её связями с другими частями и с окружающей средой.
3) Принцип развития: учёт изменяемости системы, её способности к развитию, замене частей, накапливанию информации, при этом учитывается и динамика внешней среды, изменение взаимодействия системы с внешней средой.
Следующие принципы системного подхода определяют рациональный, целенаправленный подход к рассмотрению структуры и функционирования системы.
4) Принцип функциональности: совместное рассмотрение структуры системы и функций с приоритетом функций над структурой — изменение функций влечет изменение структуры.
5) Принцип децентрализации: сочетание децентрализации и централизации.
6) Принцип модульного построения: выделение модулей и рассмотрение системы как совокупности модулей.
7) Принцип иерархии. Иерархия свойственна всем сложным системам.
8) Принцип свертки информации: информация свертывается, укрупняется при движении по ступеням иерархии снизу вверх.
9) Принцип неопределенности.
10) Принцип организованности: решения, выводы, действия должны соответствовать степени детализации системы, ее определенности, организованности.9
Указанный список мнений исследователей по поводу принципов системного анализа можно было бы продолжить, поскольку в литературе эти принципы разнятся практически у всех исследователей.
2. Этапы системного анализа
Укрупнено системный анализ состоит из следующих этапов: постановки задачи; структуризации системы и ее проблем; построения и исследования модели с последующей выработкой рекомендаций по совершенствованию системы.
Разные исследователи по-разному подходят к определению основных этапов системного исследования. Выделяют такие процедуры: определение конфигуратора; определение проблемы и проблематики; выявление целей; формирование критериев; генерирование альтернатив; построение и использование моделей; оптимизация; декомпозиция; агрегирование.10
Выделяют такие этапы:
определение объекта анализа;
структурирование системы;
определение функциональных особенностей системы управления;
исследование информационных характеристик системы;
определение количественных и качественных показателей системы управления;
оценивание и оценка эффективности системы управления;
обобщение и оформление результатов анализа.11
Как видно, самые главные этапы у всех исследователей повторяются (постановка задачи – определение проблемы плюс выявление целей; моделирование – построение моделей; структуризация – структурирование системы и т.д.).
1.Постановка задачи. Этот этап работы является наиболее важным, т.к. от него зависит весь ход проведения исследований.12 Как первоначальный этап системного анализа, постановка задачи отличается от постановки задачи в математическом смысле как формального способа записи ее существа. В этом относительно узком смысле постановка задачи рассматривается позднее для конкретных задач, решаемых системой или ее элементами в процессе функционирования. На начальном этапе системного анализа постановку задачи рассматривают в широком смысле.
Применительно к системам управления прежде всего следует выяснить само назначение проводимого исследования, ибо от этого существенно зависит направление и содержание последующих этапов. Важно определить, что послужило причиной, вызвавшей решение о начале данного исследования.
Рис.
Общая схема системы управления
Для системы управления характерно единство субъекта и объекта управления – ее управляющей и управляемой частей, которое обеспечивается наличием между ними прямых и обратных связей, образующих в своей совокупности контур управления
Под
влиянием управляющего воздействия (
),
вырабатываемого субъектом управления,
в объекте управления происходят
изменения, результаты которых отражаются
на численных значениях его измеряемых
параметров. Среди всего множества
параметров, по значениям которых можно
судить о состоянии объекта управления,
выделяют входные (
)
и выходные (
),
управляемые и неуправляемые ("возмущения"
–
).
Управляющее
воздействие
является функцией величины- величиина
рассогласования
,
равной разности между задающим
воздействием (входным сигналом)
и реакцией системы
.
Период
времени
от момента получения новой информации,
имеющей отношение к объекту управления,
до исполнения управленческого решения
называется циклом
операции управления:
,
где
–
время,
уходящее на первичную обработку и
обобщение поступившей информации;
–
длительность
процесса принятия решения;
– время,
уходящее на передачу и исполнение
решения.
Продолжительность цикла операции управления определяет минимально необходимый период упреждения в управлении.
По принципу управления различают системы замкнутые и разомкнутые:
система управления замкнутая – система с отрицательной обратной связью (в системах с отрицательной обратной связью реализуется принцип управления по отклонению – устранение или уменьшение отклонения регулируемой величины от заданного значения путем измерения этого отклонения и использования его для выработки управляющего воздействия, возвращающего систему в первоначальное состояние);
система управления разомкнутая – система без обратной связи (в системах без обратной связи используется принцип управления по возмущению – устранение или уменьшение вызванного возмущением отклонения регулируемой величины от требуемого значения путем измерения этого возмущения, его функционального преобразования и выработки соответствующего управляющего воздействия).
Система управления, состояние которой определяется функциями нескольких переменных, зависящими не только от времени, но и от пространственных координат, называется системой управления с распределенными параметрами.
Системы управления, на каждое внешнее воздействие откликающиеся вполне определенным образом, называются рефлексивными (рефлексными, рефлекторными). Для нерефлексивных систем характерна неоднозначность, многовариантность реакции на одно и то же воздействие.
В теории игр под рефлексивным управлением понимается процесс передачи оснований для принятия решений одной из сторон другой. При этом происходит отражение игроками в их мышлении рассуждений друг друга. Из-за возможности применения противной стороной различных уловок (распространение дезинформации, блеф и т.д.) любые оптимальные, но слишком жесткие программы действий оказываются, как правило, не такими выигрышными, как программы, основанные на методах не оптимальных, но более гибких. Наиболее характерно рефлексивное управление для социальных систем.
Система управления, закон изменения состояния которой описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений:
-
,
. . . . . . . . . . . . . .
,
(в
векторном виде
),
называется
динамической
системой
13.
Предполагаются ли радикальные решения, связанные с коренной реконструкцией, принципиальным видоизменением действующей системы, или хотелось бы улучшить ее работу на базе существующих возможностей?
Почему изменения представляются необходимыми?
Что хотелось бы получить в результате этих изменений?
Что мешает изменить систему в нужном направлении без проведения специальных исследований?
Как оценить эффективность изменений, если они будут сделаны? Ответы на подобные вопросы легко могут быть получены у специалистов рассматриваемой и вышестоящей систем. Их многолетний опыт, детальное знание той системы, в которой они работают, позволяют считать, что никто лучше их не знает, какие они испытывают трудности, какие ограничения им мешают, чего они хотят добиться.
Однако почти всегда оказывается, что задачи формулируются этими специалистами либо в весьма общих, трудно поддающихся конкретизации выражениях, либо, наоборот, ставятся узкие конкретные задачи, не охватывающие проблему в целом. Это объясняется не тем, что они недостаточно глубоко знают свою систему или у них отсутствуют специальные знания и навыки в области системного анализа. Психологически человек всегда убежден в правильности своих решений, даже когда другим очевидна их ошибочность, - иначе он бы такое решение просто не принимал. Ему кажется, что он учел все влияющие на решение факторы, предусмотрел последствия, взвесил все обстоятельства.
Принимаемые в сложных ситуациях решения, как правило, весьма далеки от оптимальных. Именно поэтому формулировки задач специалистами, работающими в исследуемой системе, в большинстве случаев односторонни, выхватывают какой-либо один аспект деятельности системы, не учитывая многообразия и взаимосвязи различных факторов в системе и ее внешней среде. Именно поэтому иногда бывает, что сформулированные этими специалистами задачи в результате уже первого этапа системного анализа меняются коренным образом.
Первый этап - этап постановки задачи - весьма важен для последующей работы, от него существенно зависит, какие будут получены результаты. В то же время этот этап практически не поддается формализации. Успех определяется искусством и опытом специалиста по системному анализу, глубиной понимания им исследуемой системы, умением установить тесный контакт со специалистами, работающими в исследуемой системе, проведением всех исследований совместно. Наибольший эффект дает создание единой группы, в которую входят эти специалисты.
2. Структуризация - второй этап системного анализа. Прежде всего надо локализовать границы проблемы и системы и определить их внешнюю среду, для чего необходимо определить набор всех элементов, в той или иной степени связанных с поставленной на предыдущем этапе задачей, и разделить их на два класса - 1) исследуемую систему и 2) ее внешнюю среду. Такое деление существенно зависит от поставленной задачи -при ее изменении меняются границы проблемы и системы, внешняя среда, а иногда первоначальный набор элементов.
Критерием разделения различных проблем на классы, как правило, является степень возможной глубины их познания. Исходя из этого в наиболее общем виде все проблемы подразделяются на три класса: «хорошо структурированные» (well-structured), «неструктурированные» (unstructured) и «слабоструктурированные» (ill-structured):
к «хорошо структурированным» относятся такие проблемы, в которых существенные зависимости ясно выражены и могут быть представлены в числах или символах. Этот класс проблем называют также «количественно выраженными», и для решения проблем этого класса широко используется методология «исследований операций»;
«неструктурированными» являются проблемы, которые выражены главным образом в качественных признаках и характеристиках и не поддаются количественному описанию и числовым оценкам. Исследование этих «качественно выраженных» проблем поддается только эвристическим методам анализа. Здесь отсутствует возможность применения логически упорядоченных процедур отыскания решений; > к классу «слабоструктурированных» относятся проблемы, которые содержат, как качественные, так и количественные элементы. Причем неопределенные, не поддающиеся количественному анализу зависимости, признаки и характеристики имеют тенденцию доминировать в этих «смешанных» проблемах. К этому классу проблем относится большинство наиболее сложных задач экономического, технического, политического, военно-стратегического характера. Решение проблем, имеющих «слабоструктурированный характер», и является основной задачей системного анализа.
Для существующих систем обычно определены их границы, и задача структуризации сводится к исследованию соответствия принятых границ поставленной задаче. Дальнейшая структуризация проводится раздельно для внешней среды и самой системы.
Во внешней среде локализуют в виде подсистем элементы, образующие вертикаль исследуемой системы: вышестоящие, подчиненные ей подсистемы, а также те подсистемы одного с ней уровня, которые подчиняются той же подсистеме (n + 1)-го уровня, что и рассматриваемая. Оставшуюся часть внешней среды рассматривают либо в совокупности, либо проводят дальнейшую структуризацию в зависимости от характера поставленной задачи. В первом случае выделяют во внешней среде ряд систем по принципу тесноты и независимости связей с исследуемой.
Структуризация самой системы заключается в разбиении ее на подсистемы в соответствии с поставленной целью исследования. Завершается этап структуризации определением всех существенных связей между ней и системами, выделенными во внешней среде. Тем самым для каждой из выделенных в процессе структуризации систем определяют ее входы и выходы.