Методы и модели теории систем и системного анализа

Проблема принятия решения

На рубеже третьего тысячелетия человеческая цивилизация столкнулась с проблемой опасного предела в использовании природных ресурсов для жизни человека. Эту проблему принято называть проявлением экологического фактора. Между тем, необходимые природные ресурсы являются важным фактором, обеспечивающим нормальное развитие экономики (экономический фактор) и необходимый уровень социальных гарантий (социальный фактор). Сочетание этих факторов или их взаимосвязь являются основой возникновения причинно-следственных связей между различными системами. Несогласованность отношений и нарушение информационных связей между системами разной природы вызывают возникновение проблемных ситуаций, которые принято называть системными. Системные проблемы не могут решаться методами только предметных наук, а требуют всего научного инструментария теории систем и системного анализа на междисциплинарном уровне. Поэтому приобретение системных знаний и главное умение их использовать в профессиональной деятельности становится определяющим образовательным фактором в современном обществе.

Исследование любой сложной и большой системы требует выявления проблемной ситуации, т.е. постановки проблемы.

Проблема – это сложный теоретический или практический вопрос, требующий разрешения, изучения, исследования. Например, проблема возникает тогда, когда состояние системы уже не соответствует реалиям условий существования ее в прежнем виде. Разрешение проблемы может осуществляться в процессе принятия решений по ее изменению на основе выявления причинно-следственных связей между ее прежними параметрами и требованиями к ее изменению в новых условиях.

Выявление проблемных ситуаций – это и есть проблема принятия решений. Процесс принятия решений должен завершаться конкретными результатами. Такими результатами становятся решение конкретных задач. Поэтому проблема принятия решений разбивается на ряд обязательных этапов: определение цели исследования или системы подцелей, определение критериев их достижения, формулировка конкретных задач, выбор способов, приемов, методов и средств при решении поставленных задач. Например, процесс стратегического планирования деятельности предприятия имеет тот же состав элементов, что и процесс рационального решения проблем, рис.14.

 

 

Рис.14. Этапы поиска рационального решения проблем

Российским предприятиям в целях выживания необходимо осваивать и применять на практике «тезаурус» рационального экономического поведения, теорию систем и опыт рыночного предпринимательства, методы учета внешних переменных и управления внутренними переменными. Состав и содержание элементов системы внутрифирменного планирования не является чем-то постоянным, их изменения являются реакцией предприятия на изменения внешней среды. Но в то же время, структура системы планирования подчиняется определенной логике, соответствующей организационно-функциональному потенциалу структуры самого предприятия.

Методологической основой принятия любого решения становится функциональная зависимость, связывающая цель решения со средствами ее достижения. Такая зависимость определяется на основе законов научных знаний. Опираясь на такие законы, можно выявить определенные закономерности, характерные для исследуемого объекта. Выявление закономерностей функционирования системы в определенных условиях позволяет создать концепцию, т.е. высказать основную идею для построения новой теории при решении проблемных ситуаций. Если теории не существует, то выдвигается научная гипотеза, на основе которой разрабатывается концептуально-имитационная модель, с помощь которой могут быть достигнуты, поставленные цели, т.е. решены задачи исследования. Одним из важных критериев достижения цели является эффективность выбора методов решения сформулированных задач.

Формализация

Главный научным средством реализации целей исследования в теории систем для практического решения задач становится метод формализации.

Под методом формализации следует понимать построение теории или какой-либо прикладной области знаний в таком виде, который позволяет использовать количественные (математические) средства исследования.

Формализация – это способ описания систем качественными или количественными характеристиками. К качественным методам описания систем можно отнести такие как: метод описания сценария, метод экспертных оценок, метод дерева целей, методы морфологического моделирования. К количественным методам относятся все существующее многообразие математических методов.

Математические методы исследования требуют описания системы, ее элементов в качестве параметров или параметрических функций. Ценность формализации для научных исследований систем заключается в том, что исследуемая проблема может быть эффективно разрешена на основе четкого формулирования целого ряда задач. Следует отметить, что проблема отличается от задачи тем, что метод ее решения часто не имеет четкого решения. Задача же решается определенными научными методами. Поэтому при решении любой проблемы необходимо сформулировать задачи ее решения и находить методы их решения.

Математика – это наука об абстрактных структурах, законах их поведения и взаимосвязях между ними в качестве функций. Для математики имеет смысл не предметное содержание объекта-системы, а ее параметрическое описание в дискретном виде, функциональная зависимость параметров, свойства объекта. К Боулдинг заметил, что для теории систем: «…математика – язык теории, но она не дает нам содержания». Для того, чтобы к реальному объекту-системе можно было приложить методы математики, нужно выделить его основные, существенные свойства и описать их с помощью абстрактных моделей в виде структуры элементов, связей и отношений (рис.4), определить математические зависимости или отношения. А. Пуанкоре, великий физик, математик и мыслитель, еще сто лет тому назад писал: «математика изучает не предметы, а лишь отношения между ними».

Понятие «отношение», одно из фундаментальных понятий теории систем, но оно имеет существенно другой смысл, чем в математике. Поэтому не все отношения могут быть представлены классической математикой. Например, психологические или экономические отношения между партнерами на экономическом рынке.

Исследования свойств, связей и отношений в социально-экономических системах не могут быть описаны только языком математики. В этом и заключается сложность и неоднозначность исследования сложных и больших систем. Поэтому в таких случаях используют метод моделирования.

 

Моделирование

Метод моделирования разработан с учетом принципа изоморфизма (многообразия) замены одного объекта на адекватную (похожесть) замену ее на модель. Соотношение объекта и модели определяется степенью ее адекватного описания научными или иными средствами (вербально, графически, математически и т.п.).

Моделирование является основополагающим методом исследования больших и сложных систем в теории систем. В теории систем утверждается, что никаких других средств для качественного и эффективного описания больших и сложных систем, кроме моделирования не существует. В современной науке укоренилось представление, что «всякое познание является моделированием» (Н. Амосов).

Каждая теория – это тоже модель понимания содержания предмета исследования. Модели могут создаваться на основе средств познания (формы мышления), т.е. эвристические, гипотетические, концептуальные и на основе рационально-логических средств исследования – эмпирические, теоретические, математические. Разница между разными видами моделирования в том, что не всегда разработанную модель можно адекватно описать математическими средствами для получения количественных и качественных результатов. Например, социально-экономическую модель нельзя адекватно представить в математическом виде. Она слишком сложна. Применение математических средств возможно лишь тогда, когда определены средства оценки, измерения всех существенных параметров системы. Для создания наиболее похожей модели сложной системы необходимы средства содержательного эмпирического представления, которые предшествуют использованию формализованных средств математики.

Любая модель строится на основе некоторых теоретических принципов и реализуется определенными инструментальными средствами прикладных наук. Теоретическими принципами построения моделей больших и сложных динамических систем становятся принципы теории систем, о которых уже говорилось. Основу инструментальных средств построения этих моделей составляют математические методы описания алгоритмических процессов. Такой подход в моделировании обеспечивает определенную строгость и логичность доказательств, которые могут избежать многих противоречий в понятиях на междисциплинарном уровне.

В теории систем широко используются специальные методы моделирования, которые применяются в прикладной информатике. К ним относятся:

- Имитационное динамическое моделирование, использующее методы статистики и специальный язык программирования взаимодействия структурных элементов;

- Ситуативное моделирование, использующее методы теории множеств, теории алгоритмов, математической логики (Булевой алгебры) и специальный язык анализа проблемных ситуаций;

- Информационное моделирование, использующее математические методы теории информационного поля и теории информационных цепей.