Загальні поняття і терміни теорії систем

Лекція 1

Поняття теорії систем

Теорія систем – цей термін був використаний біологом-теоретиком і філософом Людвігом фон Берталанфі в лекціях прочитаних в 1937-1938р. в Чиказькому університеті, а перші публікації на цю тему були зроблені у 1947-1950р.

Кібернетика Норберта Вінера. У 1948р. виходить знаменита книга Н. Вінера «Кібернетика», в якій проголошується єдність принципів управління в біологічних і технічних системах, а пізніше - і в соціальних (в даний час кібернетику частіше кваліфікують як частина теорії систем). Щоб зрозуміти комплексність системних досліджень, звернемося до спогадів Н. Вінера, в яких він вказує, що так чи інакше йому знадобилися роботі математика, математична логіка, статистика, біологія, медицина, фізіологія, нейрофізіологія, психологія, соціологія, теорія зв'язку, теоретична електротехніка і електроніка.

Потреби практики і розвиток ТС привели до виникнення галузі науки, що займається розробкою методів прийняття рішень в задачах організації управління. Ця галузь науки називається дослідження операцій.

Поступово різноманітні види системної теорії інтегруються в системологію, яка включає в себе загальну теорію систем, галузеві і спеціальні теорії систем, системотехніку.

Дослідження операцій – це оптимальний розвиток динамічних процесів, розв’язання задач з оптимізації потоків (переведення маршрутів і т.д.) задачі нелінійного програмування та інші основні методи оптимізації.

Ці системи працюють з матеріалами і працюють з людьми.

1. Загальна теорія систем інтегрує найбільш узагальнене знання про системи. Вона знаходиться під впливом двох наук: філософії, яка дає їй обґрунтування категоріального апарату, методи і прийоми пізнання, якісне бачення систем, і математики, що забезпечує кількісний аналіз систем. Велику роль у розвитку загальної теорії систем відіграють логіка, теорія множин, кібернетика та інші науки.

2. Галузеві теорії систем розкривають специфіку систем різної природи. Йдеться про теорію фізичних, хімічних, біологічних, економічних, соціальних систем, які керуються відповідними галузями наук.

3. Спеціальні теорії систем спрямовані на відображення їх окремих сторін, аспектів, зрізів, етапів. Вони перебувають під впливом відповідних теорій. Наприклад, теорія дисипативних систем, теорія перехідних систем, теорія еволюції систем і т.п.

4. Системотехніка (прикладна інженерна дисципліна) знаходиться під впливом техніки, моделювання, проектування і конструювання, тобто технічної, біологічної, інформаційної та соціальної інженерії.

1980р. сформувалося поняття системного відбору, яке під впливом прикладного розвитку сформувало напрямок системного аналізу.

Сам термін «системний аналіз» вперше з'явився в роботах корпорації RAND в 1948 р. Першою розробкою, яка була представлена як «система», стало проектування бомбардувальника В-58, що почалося в 1952 р.

Системний аналіз – це область діяльності, що направлена на виявлення причин складностей, які виникли перед вирішенням проблеми і на опрацювання варіантів їх усунення. Таким чином, задача системного аналізу полягає не лише в розумінні функціонування систем (власне аналіз), а є задачами більш високого рівня, тобто проектування потрібної системи, її створення та управління нею.

В наш час системний аналіз являє собою слабку сукупність прийомів і методів формального і неформального характеру. Не встигнувши сформуватися в повноцінну наукову дисципліну, системний аналіз змушений існувати і розвиватися в умовах, коли суспільство починає відчувати потреби у застосуванні ще недостатньо розроблених і апробованих методів і результатів і не в змозі відкласти рішення зв’язаних з ними завдань на завтра. У цьому джерело як сили, так і слабкості системного аналізу: сили – тому, що він постійно відчуває вплив потреби практики, змушений безперервно розширювати коло об'єктів дослідження і не має можливості абстрагуватися від реальних потреб суспільства; слабкості – в тому, що нерідко застосування «сирих», недостатньо опрацьованих методів системних досліджень веде до прийняття необдуманих рішень, нехтування реальними труднощами.

Області застосування системного аналізу великі: від техніки до економіки, від математики до соціального планування, від космічних досліджень до процесів.

Для організаційно-технічних систем, до яких, очевидно, відносяться і системи зв’язку, вводять також і особу, що приймає рішення (ОПР). Такі організаційно-технічні системи називають ергатичними, а управління – ситуаційним.

Слід відзначити, що елементами системи можуть бути об’єкти не тільки матеріальні, але й чисто абстрактні. Наприклад, елементами системи можуть виступати відносини або зв’язки між певними об’єктами. Разом з тим, один і той же об’єкт на різних етапах може розглядатися в різних аспектах. Так, в одних випадках він може виступати в ролі системи (наприклад, радіостанція, що складається з елементів: окремих приладів і блоків), в інших – цей же об’єкт може розглядатися як елемент більш загальної системи – метасистеми (наприклад, та ж радіостанція є елементом системи зв’язку). З іншого боку, кожен блок може, в свою чергу, розглядатися як система, що складається з елементів – радіодеталей, які взаємопов’язані між собою.

У ряді випадків виникає необхідність в проведенні системного розгляду і аналізу не від елементів до цілісної системи, а в зворотному напрямку, коли саму систему треба розчленувати на елементи. Такий підхід буває потрібним при вивченні системи, при інтерпретації її структури відповідно до відносин між отриманими в результаті розгляду елементами. Явно виділених елементів у системі може не виявитися, тому для вирішення невизначеності, яка при цьому виникає, від дослідника вимагається певний творчий підхід. Очевидно, і надалі не можна розраховувати на розробку загального алгоритму розчленування системи на елементи. Різні дослідники розглядають одну і ту ж систему не однаково. Так, кінь як цілісна система сприймається біологом, жокеєм, митцем, ветеринаром, кухарем тощо з різних точок зору. Проте як цілісна система вона відповідає уявленням усіх цих людей.

Можна також стверджувати і те, що не тільки штучна, але і складна природна система не вичерпується кінцевим набором уявлень. Таким чином, рівень розгляду системності може бути різноманітним. Про нього необхідно заздалегідь домовитися для того, щоб при аналізі об’єкта або синтезі його моделі взаємодіючі між собою особи (які в свою чергу утворять деяку систему) могли б розуміти один одного. В сучасних телекомунікаційних системах термін «система» є сама система зв’язку відповідної ланки управління (глобальна (WAN), державна, обласна, міська (MAN), районна (кампусна), локальна (LAN)), а всі лінії і засоби зв’язку – її елементи. Це узвичаєний макропідхід до вивчення систем зв’язку. Разом з тим у теорії зв’язку можливий і мікропідхід, при ньому в якості системи розглядається окремий пристрій або вузол, що складається з елементів – радіодеталей, які знаходяться у взаємодії. Часто виділяється і мезопідхід на рівні взаємодіючих засобів і комплексів зв’язку. Таким чином, системний підхід при розгляді структури, процесів і явищ стосовно зв’язку достатньо широко використовується на практиці.

На практиці часто явище, процес чи систему змушені розглядати окремо від оточення. Відособлюючи, виділяючи якусь систему з навколишнього середовища, спрощують ситуацію, бо в світі всі об’єкти, явища або процеси якоюсь мірою взаємопов’язані. Однак саме така абстракція допомагає пізнати світ, бо вивчення цілого за його складовими частинами є одним з основних способів пізнання. Часто при вивченні системи виникає необхідність розгляду її у взаємодії з іншими системами або з навколишнім середовищем.

Очевидно, найбільш загальним аналітичним є визначення системи дане Месаровичем: системою називається відображення на не порожніх (абстрактних) множинах

, (1.1)

 

де – символ прямого (декартового) добутку; – елемент системи з індексом ; – множина індексів.

Для скінченої множини елементів відображення (1.1) можна переписати у вигляді

(1.2)

 

Виходячи з (1.2), стає очевидним визначення системи як множини елементів , що знаходяться у взаємодії один з одним.

Розрізняють відкриті та замкнуті (автономні системи). Відкритими називають системи, що пов’язані з навколишнім середовищем вхідними і вихідними каналами. Замкнуті таких каналів не мають. Очевидно, системи зв’язку є відкритими системами, бо в них надходить інформація ззовні і з них виводиться інформація до навколишнього середовища. Ці системи можна спостерігати і на них можуть мати впливи (інші системи) з зовнішнього середовища. В відкритих системах може мати місце небажаний витік інформації, а також заважаючі впливи з боку інших радіоелектронних систем, що спричиняє проблему електромагнітної сумісності (ЕМС). Для відкритих систем, що мають входи, через які можуть надходити впливи, і виходи, на яких можуть спостерігатися реакції на ці впливи, можна дати більш конкретне визначення:

(1.3)

 

Таку систему (1.3) називають системою «вхід-вихід» або «чорною шухлядою». Останнє пов’язане з тим, що дослідниками у визначенні (1.3) може не конкретизуватися внутрішня структура системи, а їх цікавить лише реакція на виході такої «чорної шухляди» на вплив, що надходить на його вхід. Така абстракція доречна в загальній теорії систем і при моделюванні цих систем, оскільки тут предметом вивчення є властивості, що спостерігаються, і їх взаємозв’язки, а не те, що вони (ці властивості та явища) насправді являють собою (тобто в даному випадку виконується теза Л. фон Берталанфі).

Такий системний підхід дає змогу застосувати відомі абстрактні методи аналізу і синтезу систем, а при переході до конкретної сутності елементів і їх взаємозв’язків більш повно зрозуміти та пізнати всі особливості системи.

Доцільно більш докладно зупинитися на визначенні елемента системи. Під елементами прийнято розуміти найпростішу неподільну частину системи. Неподільність в даному випадку умовна, оскільки при бажанні це ділення можна необмежено здійснювати аж до мікросвіту. Однак неподільність тут означає, що подальше ділення не доцільне (напр., до кристалічної або атомарної структури), бо руйнує властивості елемента або не дає додаткової інформації при вивченні конкретних властивостей і структури системи, що підлягає розгляду. Елементи можуть бути більш-менш однорідні, як наприклад опорні вузли зв’язку, або неоднорідні, змішані, як, наприклад, це елементи гібридних телекомунікаційних систем, вузли зв’язку різноманітних первинних мереж, мережні елементи.

Елементи системи можуть знаходитися в різній взаємозалежності. Якщо вони один від одного незалежні, то їх спільна (взаємна) невизначеність, що характеризується ентропією, є сумою окремих невизначеностей:

 

(1.4)

де – невизначеність одного елемента системи. Загальна невизначеність системи з незалежних елементів

 

(1.5)

 

Якщо ж елементи і залежні, то

 

(1.6)

 

де – умовна ентропія.

Очевидно, що , тобто взаємна невизначеність залежних елементів є меншою, порівняно з незалежними. Отже, і невизначеність цілісної системи з залежними елементами є меншою, ніж з незалежними. Іншими словами, за наявності взаємозв’язку між елементами система стає більш організованою, з більш упорядкованими відношеннями.

 

Лекція 2

Лекція 3

Обмеження цілепокладання

Вирішення будь-якої задачі стикається з обмеженнями, які можна розділити на дві групи:

- об’єктивні – закони природи і ресурсні обмеження;

- суб’єктивні – обмеження розуміння дії.

Приклад. При постановці та вирішенні задач системного аналізу необхідно враховувати не тільки цілі, на досягнення яких він спрямований, а й можливості, якими володіють сторони для вирішення поставлених завдань і які дозволяють зняти виявлені проблеми. У першу чергу необхідно враховувати ресурси, наявні у сторін. До ресурсів слід віднести:

• грошові ресурси, які замовник згоден виділити системним аналітикам для вирішення поставленого завдання;

• ресурси виконавця: людські ресурси, ресурси обчислювальні (наявність обчислювальної техніки, її кількість і т. д.), матеріальні ресурси, необхідні для вирішення завдань (наприклад, наявність канцелярських товарів, транспорту, ресурсів зв'язку);

• тимчасові ресурси; терміни вирішення задач системного аналізу, як правило, визначаються.

При формулюванні завдання системного аналізу необхідно також враховувати інтереси навколишнього середовища.

У практиці системного аналізу зустрічаються випадки, коли накладені обмеження настільки сильні, що роблять нереальним досягнення мети. Тоді ставиться питання про те, чи не можна дані обмеження послабити або зняти зовсім.

Проблематика

Проблематика - це сукупність проблем, що виникають в сусідніх об’єктах при вирішені проблем досліджуваного об’єкту.

Таким чином, дослідження якої проблеми слід починати з розширення її до проблематики. Необхідно визначити та розглянути проблеми, істотно пов'язані з досліджуваною, без урахування яких вона не може бути вирішена.

В англомовній літературі часто використовується поняття stakeholdels, що означає «перелік зацікавлених осіб». В цей перелік на перших етапах рекомендується включати:

1) замовника, який ставить проблему, замовляє і оплачує системний аналіз;
2) осіб, які приймають рішення, від повноважень яких безпосередньо залежить вирішення проблеми;

3) учасників, як активних, тобто тих, чиї дії будуть потрібні при вирішенні проблеми, так і пасивних - тих, на кому позначаться (позитивним чи негативним чином) наслідки рішення проблеми;

4) самого системного аналітика і його співробітників, головним чином, для того щоб передбачити можливість мінімізації його впливу на інших зацікавлених осіб, - своєрідна «міра безпеки».

Для комерційних організацій (в якійсь мірі і для некомерційних) можна розглядати три базових кола проблематики:

• внутрішнє середовище;
• бізнес-оточення;
• зовнішнє середовище.

Для оцінки впливу рішення наших проблем на інші зацікавлені об'єкти можна побудувати матрицю проблематики, що включає перелік зацікавлених об'єктів, вид (вигода або втрата) і ступінь впливу на них наших рішень, їх підтримку або протидію.

 

 

Вимоги до мети

Правильно сформульовані цілі повинні відповідати таким основним вимогам:
Конкретність - при визначенні мети необхідна точність відображення її змісту, обсягу і часу. Задоволення мети може принести тільки конкретний результат, отриманий за допомогою конкретних засобів в конкретних умовах.
Вимірність - мета повинна бути представлена ​​кількісно або яким-небудь іншим способом для оцінки ступеня її досягнення.

Досяжність - цілі повинні бути реальними, не виходити за рамки можливостей виконавців.

Узгодженість – цілі слід розглядати не ізольовано, а взаємозв’язано.

Прийнятність – необхідно враховувати потреби, бажання, традиції, що склалися у суспільстві.

Гнучкість – можливість внесення корективів по мірі змін, що відбуваються в середовищі.

Побудова «дерева мети»

Спочатку формується основна мета (бажання), формулювання якої, як правило, має наступну структуру: дія, пояснення, об'єкт-мета. Побудова «дерева цілей» починається з процедури структуризації, розчленування основної мети на складові елементи, так звані під-цілі, кожна з яких є засобом, напрямком або етапом її досягнення. Потім кожна з під-цілей в свою чергу розглядається як мета і розчленовується на частини. Якщо всі ці елементи уявити графічно, то вийде так зване «дерево цілей», звернене кроною вниз. Розподіл припиняється, коли під-цілі стають неподільними і об'єктивно виміряними.

Побудова «дерева мети» (Рис. 3.1) для деякої складної системи відбувається за таким принципом:

- якщо чергова підмета є засобом для попередньої, то вона опускається на рівень нижче попередньої;

- якщо вона є метою, то вона піднімається на один рівень вище;

- якщо вона не являється метою, ні засобом, то залишається на тому ж рівні ієрархії.

 

«Дерево мети» для комерційного ВУЗу

 

 

Рис. 3.1

Побудова «дерева проблеми»

Спочатку вибирається і стисло формулюється одна (або декілька) з ключових проблем досягнення цілі. Потім одні за другими формуються інші проблеми, вибудовується «дерево проблем» на наступним принципом:

- якщо чергова проблема являється причиною для попередньої, то вона опускається на рівень нижче першої.

- якщо вона являється наслідком, то піднімається на один рівень вверх.

- якщо вона не являється ні причиною, ні наслідком, то залишається на тому ж рівні ієрархії.

«Дерево проблем» для комерційного ВУЗу

Низький прибуток

Великі затрати

Малі доходи

Мало студентів

Неефективна реклама

Затрати на облік високі

 

 

Рис. 3.2

Альтернативою «дерева проблем» є діаграма Ісікави, яка представляє собою «дерево проблем» повернуте на 90 градусів (Рис. 3.3).

 

Малі доходи

Неефективна реклама

Мало студентів

Висока ціна

Отримати великий прибуток

 

 

Рис. 3.3

Діаграма Ісікави для комерційного ВУЗу

Резюме

1.Будь-які процеси, які спрямовані на розвиток процесу є цілеспрямованими.

2. Джерело мети – потреба. При незадоволенні потреби виникає бажання, відсутність очевидного шляху досягнення якого породжує проблему, і тоді з'являється мета як щось що вирішить проблему.

3. Вибір цілі є суб’єктивним і залежить від того, хто вибирає ціль.

4. Слід розрізняти цілі з позиції суб'єкта та об'єкта. Мета з позиції суб'єкта визначає мету аналізу, опису, проектування (створення або реорганізації) та управління. Мета з позиції об’єкта визначає мету його функціонування (існування), яка може бути закладена при його створенні або формуватися усередині нього.

5. Ціль може бути конкретною або нечіткою. В другому випадку необхідно виводити критерії для оцінки ступеня досягнення мети.

6. Цілепокладання стикається з рядом проблем, пов'язаних з об’ктивними і суб'єктивними обмеженнями, зміною цілей з часом, невизначеністю цілепокладання, небезпеками підміни цілей засобами і змішанням цілей і т.д.

7. Правильно сформульовані цілі повинні бути конкретними, вимірними, досяжними, узгодженими, прийнятними і гнучкими.

8. Суттєву допомогу при цілепокладанні надають "дерево" цілей й проблем. При реорганізації або автоматизації об'єкта можна рекомендувати побудову наступного ланцюжка «дерев»: "дерево" цілей (бажань) об'єкта, «дерево» проблем об'єкта, "дерево" цілей суб'єкта. В останньому «дереві» розглядаються можливі стратегії вирішення проблем.

Розділ 2

Моделі та моделювання

Модель - це спрощена будова об’єкту, яка відтворює його властивості та характеристики, що нас цікавлять у процесі моделювання оригіналу або об’єкта моделювання.

Моделювання – це побудова, вдосконалення, вивчення та застосування моделей реального існуючого або проектованого об’єктів. Таким чином об’єктами можу бути процеси або явища.

Чому ми вдаємося до використання моделей замість спроб «прямої взаємодії з реальним світом»?

Можна назвати три основні причини.

Перша причина - складність реальних об'єктів. Число чинників, які відносяться до розв'язуваної проблеми, виходить за межі людських можливостей. Тому одним із виходів (а часто єдиним) в ситуації, що склалася є спрощення ситуації за допомогою моделей, в результаті чого зменшується різноманітність цих факторів до рівня сприйнятливості фахівця.

Друга причина - необхідність проведення експериментів. На практиці зустрічається багато ситуацій, коли експериментальне дослідження об'єктів обмежена високою вартістю або зовсім неможливо(небезпечно, шкідливо, обмеженість науки і техніки на сучасному етапі).

Третя причина - необхідність прогнозування. Важлива якість моделей полягає в тому, що вони дозволяють «заглянути в майбутнє», дати прогноз розвитку ситуації і визначити можливі наслідки прийнятих рішень.

Серед інших причин можна назвати наступні:

• досліджуваний об'єкт або дуже великий (модель Сонячної системи), або дуже малий (модель атома);

• процес протікає дуже швидко (модель двигуна внутрішнього згоряння) або дуже повільно (геологічні моделі);

• дослідження об'єкта може привести до його руйнування (модель літака, автомобіля).

Мета моделювання

Роль моделей у повсякденній діяльності надзвичайно важлива. Більше того, практично всі основні дії людей виконуються з використанням моделей. Так, життєвий досвід є не чим іншим, як набором моделей поведінки. Будь-який план є моделлю дій. Особливу роль відіграють моделі у соціальній, науковій, економічній справах, бо кваліфіковано сплановані та скориговані дії або операції керування особою, яка приймає рішення, багато в чому визначають успіх у досягненні мети.

Людина у своїй діяльності зазвичай змушена вирішувати два завдання: експертну та конструктивну.

В експертному завданні на підставі наявної інформації описується минуле, сьогодення і майбутнє. Суть конструктивного завдання полягає в тому, щоб створити щось із заданими властивостями.

Для рішення експертних завдань застосовують так звані описові моделі, а для вирішення конструктивних - нормативні.

Описова модель

Описова модель призначення для описання властивостей або поведінки реальних (існуючих) об’єктів. Вони являються формою представлення знань про дійсність (план міста, звіт про діяльність компанії).

Мета описової моделі:

- дослідження об’єкту, це найбільш повне і точне відображення властивостей об’єкту;

- управління – найбільш точно відображає властивості об’єкту в робочому діапазоні зміни його параметрів;

- прогнозування – побудова модулі, що здатна найбільш точно прогнозувати поведінку об’єкта і мету;

- навчання – відображає в моделі властивості об’єкту.

Побудова описової моделі виконується за наступною схемою: спостереження, кодування, фіксація.

 

Рис. 3.5

Модель об’єкту можна побудувати лише спостерігаючи за ним. Те що ми спостерігаємо необхідно закодувати або з допомогою слів, або символів, або у вигляді фізичних предметів, процесів або явищ. Тоді закодований результат спостереження потрібно зафіксувати у вигляді моделі.

Відображення властивостей об’єкту в моделі не являється повним через такі причини: особливості сприйняття, наявність і точність вимірювальних приборів, потреби і нарешті психічний стан суб’єкта. Якщо визначити повну інформацію про об’єкт через , а інформацію яка приймається через , то математичне відображення можна сформувати наступним чином:

=F()

 

Нормативне моделювання

Моделювати можна не тільки те, що існує, а й те, чого ще немає.

Нормативне моделювання(прагматичне) – призначене для визначення цілей діяльності і певного порядку (алгоритму) дій їх досягнення.

Ціль - це образ бажаного майбутнього,тобто модель станів на реалізацію яких направлена дійсність.

Алгоритм – це образ (модель) бажаного майбутнього, тобто модель станів на реалізацію яких направлена діяльність.

Алгоритм нормативної моделі – це образ або модель майбутньої діяльності.

Описові моделі відображають існуюче, їх розвиток направлено на приближення моделі до реальності.

Нормативні моделі показують не існуюче, але бажане.

Класифікація моделей

Теорія моделей є досить високим рівнем абстрактної математики. Великий вклад в її розвиток внесли Шенфілд та В.А.Єршов.

Вище було розглянута класифікація моделей за цільовим призначенням. Крім того, пізнавальні та прагматичні моделі можна класифікувати за характером виконуючих функцій, формою та залежністю об'єкта моделювання від часу. Ми запозичимо лише головне для телекомунікаційних систем, це те, що будь-яку систему можна розглядати з двох сторін: структурної і функціональної.

Структурною характеристикою систем є умовне відображення множини її елементів та взаємозв’язків між цими елементами. Структурною характеристикою обмежується та чи інша система, тобто можна вважати що ця характеристика є системоутворюючою. Адекватною математичною моделлю структури є математичні графи, матриці інціденції, складності, сумісності. Крім того, є досить перспективна математика: теорія симплексів та симпліціальних комплексів, тензорні методи і інш. Хоча ця математика ще не адаптована до практичного вжитку, не достатньо розроблена, деякі її основи ми приводимо нижче.

Функціональною характеристикою систем (характеристикою її поведінки, біхейворальністю) є математичний опис її поведінки в часі, реакція цієї системи на ті чи інші впливи.

Функціональне призначення моделей
Можна виділити наступні функції, що їх виконують моделі:
• дослідницька - застосовується в науковому пізнанні;
• практична - застосовується в практичній діяльна (проектуванні, управлінні і т. п.);
• тренінгова - використовується для тренування практичних навичок фахівців в різних областях;
• навчальна - для формування в учнів знань, умінь, навичок.

 

 

Форми представлення моделей

Моделі по формі бувають:

- фізичні – матеріальні об’єкти, які мають подібність з оригіналом;

- словесні – словесні описи чого-небудь;

- графічні – описання у вигляді графічного зображення;

- знакові – описання у вигляді символів і знаків.

Математична модель (математичний опис)- це система математичного співвідношення, що вивчає математичний об’єкт або явище.

 

Види моделювання

Розрізняти такі види моделювання:

• концептуальне моделювання, при якому за допомогою деяких спеціальних знаків, символів, операцій над ними і за допомогою природних або штучних мов тлумачиться основна думка (концепція) щодо досліджуваного об'єкта;

• інтуїтивне моделювання, яке зводиться до експерименту на основі практичного досвіду

працівників (широко застосовується в економіці);

• фізичне моделювання, при якому модель і моделюючий об'єкт є реальні об'єкти або процеси єдиної або різної фізичної природи, причому між процесами в об'єкті-оригіналі і в моделі виконуються деякі співвідношення подоби, що випливають з схожості фізичних явищ;

• структурно-функціональне моделювання, при якому моделями є схеми (блок-схеми), графіки, креслення, діаграми, таблиці, малюнки, доповнені спеціальними правилами їх об'єднання і перетворення;

• математичне (логіко-математичне) моделювання, при якому моделювання, включаючи побудову моделі, виконується засобами математики і логіки;

• імітаційне (програмне) моделювання, при якому логіко-математична модель досліджуваного об'єкта представляє собою алгоритм функціонування об'єкта.

Перераховані вище види моделювання не є взаємовиключними і можуть застосовуватися при дослідженні складних об'єктів або одночасно, або в деякій комбінації. Комп'ютерне моделювання є розвитком імітаційного моделювання.

Комп’ютерне моделювання – це метод вирішення задачі аналізу або синтезу об’єкта на основі використання його комп’ютерної моделі.

Суть комп'ютерного моделювання заключається в одержанні кількісних і якісних результатів за наявною моделлю. Якісні висновки, одержувані за результатами аналізу, дозволяють виявити невідомі раніше властивості об'єкта. Кількісні висновки в основному носять характер прогнозу деяких майбутніх пояснень минулих значень змінних, що характеризують систему.

Предметом комп'ютерного моделювання можуть бути: економічна діяльність фірми або банку, промислове підприємство, інформаційно-обчислювальна мережа, технологічний процес, будь-який реальний об'єкт або процес, наприклад процес інфляції. Цілі комп'ютерного моделювання можуть бути різними, однак найбільш часто моделювання є, як уже зазначалося раніше центральною процедурою системного аналізу.

Резюме
1. Необхідність фіксації інформації про об'єкт дослідження або проектування для зберігання і передачі в просторів або часі призводить до задачі моделювання.
2. Моделювання направлено на побудову, вдосконалення, вивчення і застосування моделей реально існуючих або проектуючих об'єктів.
3. Модель являє собою спрощену подобу об'єкта, яка відтворює тільки властивості, які нас цікавлять.

4. Необхідність моделювання пов'язана з багатьма причинами, основні з яких: складність досліджуваних об'єктів, необхідність експериментувати і прогнозувати, невідповідність в просторовому і часовому масштабів об'єкта і наших можливостей.

5. У практичній діяльності застосовуються два основних види моделей: описові - для опису властивостей реально існуючих об'єктів і нормативні - в задачах проектування нових об'єктів.

6. Описові моделі застосовуються для наукових досліджень, управління, прогнозування та навчання.

7. При описовому моделюванні, в силу об'єктивних і суб'єктивних обмежень, відбувається лише частина відображення інформації про об'єкт в моделі. Виходячи з цього модель завжди простіше оригіналу і є небезпека, що в моделі не відображені важливі для цільового завдання властивості.

8. Психологічна вибірковість пов'язана з такими факторами, як вибірковість, конструювання, спотворення і узагальнення.

9. Основні функції моделей: дослідницька, практична, тренінгова та навчальна.
10. За формою моделі бувають: фізичні, вербальні, графічні і знакові. При цьому математичні моделі є різновидом знакових.
11. З основних видів моделювання, що застосовуються в природно-технічних, соціально-економічних та інших науках, розрізняються: концептуальне, інтуїтивне, фізичне, структурно-функціональне, логіко-математичне та імітаційне. Особливе місце сьогодні займає комп’ютерне моделювання.

Контрольні запитання та завдання

1. Що таке «stakeholdels» та що воно означає?

2. Перелічити основні вимоги мети.

3. Основні вимого до побудови «дерева мети».

4. Побудувати «дерево проблем».

5. Пояснити «дерево цілей».

6. Функціональне призначення моделей.

Лекція 4

Поняття системи

Теорія систем є розділом науки, що вивчає різні явища матеріального світу, абстрагуючись від їх конкретної природи. Вона ґрунтується на розгляді лише формальних взаємозв’язків між різноманітними складовими чинниками цих явищ і характері їх модифікацій внаслідок зовнішніх впливів. При описі систем можна виходити з двох основних припущень:

поведінка системи, що вивчається, цілеспрямована, її функція підпорядкована певним формалізованим правилам прийняття рішень і управління (цілеспрямовані, управляючі або керовані системи);

у системі існують причинно-наслідкові зв’язки, які характеризуються залежністю її реакцій на відповідних виходах від впливів на входах (системи типу вхід-вихід або “чорна шухляда”).

Важко переоцінити, яку роль відіграє теорія систем в телекомунікаціях. Саме визначення системи як «сукупності взаємопов’язаних елементів» може бути придатне і для телекомунікацій, де мережні елементи, вузли є взаємопов’язані. Мабуть не має ні одного розділу теорії систем, який би не відображався в телекомунікаціях. В тім нашою метою є не переповісти весь зміст розділів теорії систем, а вибрати ті із них, які можуть бути використані для моделювання елементів, фрагментів, чи всієї системи телекомунікації. Крім того, для даного підручника важливою є мета, яка зформульована ще Людвігом фон Берталанфі (1957) в тезі, згідно з якою для системи, що складається з елементів, можуть бути вказані певні загальні принципи, незалежно від того, яка фізична сутність цих елементів.

Система – це впорядковане представлення про об’єкт дослідження з точки зору поставленої мети.

Приклади:

1. Підприємство є об’єктом дослідження, а предметом дослідження можуть бути: фінансова система, система охорони праці, протипожежна система, технологічна система і т.д.

2. Об’єкт дослідження – автомобіль, але виділяються: система електроживлення, гальмівна система, система подачі палива і т.д.

3. При дослідженні людини розглядаються системи: м'язова, зорова, кровотворна, серцево-судинна і т.д.

Відзначимо перша властивість систематизації, системного представлення про досліджуваний об’єкт – наявність цілі. Ціль визначає, окреслює в об’єкті систему - в неї входить з об’єкту тільки те, що визначає властивості, необхідні для досягнення мети. Якщо один і той же самий об’єкт може реалізувати декілька цілей, то відносно кожної він виступить як самостійна система.

Система, являючись відображенням об’єкта, включена в навколишнє середовище, і одна з перших задач системного аналізу – виділення системи з навколишнього середовища.

Для виділення системи необхідні:

1. Об’єкт дослідження.

2. Ціль, для реалізації якої формується система.

3. Суб’єкт спостереження,який формує систему.