4 Теоретические основы создания и изучения систем

4.1. Кибернетические принципы построения систем

Кибернетика (в переводе с греческого - искусство управления) - наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных организованных системах биологических, технических, экономических, социальных.

Использование кибернетического подхода к построению систем предполагает соблюдение следующих основных принципов.

Принцип оптимальности. Он заключается в выборе наилучшего варианта воздействия на управляемый объект путем сравнения вариантов решения задач управления по показателю качества или критерию оптимальности.

Различают общие критерии оптимальности для всех систем управления и локальные - для ее отдельных подсистем. При этом локальные критерии должны соответствовать общему критерию всей системы, в противном случае функционирование последней столкнется с противоречием в интересах отдельных подсистем.

Выработка оптимального решения осуществляется с помощью экономико-математических методов и вычислительной техники.

Принцип черного ящика. Под "черным ящиком" понимается система, в которой доступны наблюдению лишь входные и выходные величины, а внутренние связи неизвестны. О поведении системы судят по реакции выходных величин на изменение входных. Этот принцип лежит в основе построения упрощенных математических моделей, связывающих входные и выходные величины. Этот принцип особенно важен для изучения сложных экономических систем, внутренние процессы которых формализовать невозможно.

Принцип внешнего дополнения. Данный принцип предполагает рассмотрение любой системы не изолировано, а с учетом взаимосвязей с внешней средой. Например, система управления автотранспортным предприятием (АТП) анализируется с двух сторон: как относительно обособленная (сложная) система и как элемент системы управления отраслью.

Принцип моделирования, т.е. отображения с помощью моделей информационных процессов, протекающих в сложных динамических системах в виде математических моделей, графов, сетевых графиков и т.п. Моделирование реализуется с помощью процедур на ЭВМ.

Принцип обратной связи, т.е. связи между выходом управляющей системы и ее входом, осуществляемой через управляемую систему. Обратная информационная связь является условием устойчивого функционирования системы, ее противодействия внешним возмущениям. Примером обратной связи может служить информация, поступающая на АТП о работе подвижного состава на линии при выполнении перевозок грузов или пассажиров.

Принцип необходимого и достаточного разнообразия системы (принцип Эшби). Согласно этому принципу сложность управляющей системы должна быть не меньше сложности управляемого объекта.

Этот принцип реализуется при построении организационной структуры управления в соответствии с составом и сложностью функций управления.

Кибернетика дала принципиально новые методы научного анализа систем:

системный анализ;

математическое моделирование;

мощное техническое средство ЭВМ.

4.2. Системный анализ и системный подход

Согласно общей теории систем основная задача ее концепции состоит в отыскании совокупности законов, объясняющих поведение, функционирование и динамическое развитие систем разных классов. Инструментарием общей теории систем являются: системные исследования, системный подход и системный анализ.

Системные исследования - это совокупность научно-технических проблем, которые сходны в понимании и рассмотрении исследуемых объектов с точки зрения систем, выступающих как единое целое.

Системный подход - комплексное изучение объекта исследования как единого целого с позиции системного анализа.

Системный анализ - методология исследования любых объектов посредством представления их в качестве систем и анализа этих систем.

Системный анализ является основой исследования динамических систем. Он базируется на комплексном (системном) подходе к решению проблем, что в случае сложных систем большого масштаба является единственной гарантией принятия решения, близкого к оптимальному. Сущность системного подхода состоит в учете взаимосвязей между элементами системы, между системой и внешней средой, в учете развития системы в настоящем и перспектив развития в будущем.

При системном подходе решение частных проблем подчиняется решению проблем, общих для всей системы в целом.

Основными категориями (понятиями) системного анализа являются следующие:

цели функционирования системы;

варианты способов достижения этих целей;

средства, затрачиваемые на реализацию целей;

математические и другие модели, т.е. система связей между целями, вариантами способов, средой и требованиями, предъявляемыми к ресурсам;

критерии выбора вариантов, которым должно быть отдано предпочтение.

Суть системного анализа заключается в методологии, которую можно определить как методологию исследования ситуации, подготавливающую принятие сложного решения и основывающуюся на описании этой ситуации в виде некоторой системы.

Центральным звеном системного анализа является понятие системы и ее структуры, о которых было сказано выше.

К важнейшим принципам системного анализа обычно относят следующие:

1. Тщательное и всестороннее изучение задач (проблем) управления. Этот принцип вытекает из необходимости специализаций функций в системе управления, при которой одна из подсистем (объект управления) должна лишь создать принципиальную возможность решения задач, а другая (аппарат управления) – обеспечить эффективность этого решения.

2. Четкое разграничение постановки задачи (проблемы) от методов ее решения. Задача (проблема) считается сформулированной корректно только тогда, когда изменение способа ее решения не требует пересмотра ее постановки.

3. Все альтернативные решения подвергаются тщательному анализу. Отбраковка (отбрасывание) тех или иных решение задачи (проблемы) возможна только после анализа причин, по которым их не следует рассматривать.

В системном анализе используются различные критерии или, точнее говоря, показатели качества отдельных альтернатив решения проблемы. Однако любой показатель качества не может в полной мере характеризовать все многообразие отношений к рассматриваемой альтернативе. Поэтому возникает необходимость использования векторного критерия качества, содержащего как различные оценки эффективности решения, так и оценки затрат на его достижения. Использование векторных показателей качества повлекло за собой и определенные сдвиги в отношениях к проблеме поиска решения. В отличие от принципа оптимальности, требующего поиска наилучшей альтернативы, часто используется принцип удовлетворения, требующий лишь поиска альтернативы, удовлетворяющей всем ограничениям на различные показатели качества.