Принципы системного подхода при анализе систем

 

Системный подход — это методология научного познания и практической деятельности, а также объяснительный принцип, в основе которых лежит рассмотрение объекта как системы. Системный подход ориентирует исследователей на выявление целостности объекта, многообразия связей и сведение их в единую теоретическую картину.

Системный подход основан на отказе от односторонне аналитических, линейно-причинных методов исследования. В его основе лежит учет целостных свойств объекта, выявлении его связей и структуры, особенностей функционирования и развития. Системный подход – это не одноразовая процедура с последовательностью определенных действий, дающую заданный результат. Системный подход – это обычно многоцикловый процесс познания, исследования, поиска причин и следствий для достижения определенной цели, создаваемой для этого нами некоторой искусственной системы.

После первого цикла мы убеждаемся, что создаваемая система функционирует недостаточно эффективно. Что-то мешает. Что-то не так. В поисках этого «чего-то» мы выходим на новый цикл спирального витка поиска, вновь анализируем прототипы (аналоги), рассматриваем входные и выходные переменные, проверяем функционирование каждого элемента (подсистемы), действенность связей, правомочность ограничений и т.д. Т.е. пытаемся устранить это «что-то» за счет рычагов внутри системы.

Если не удается достигнуть желаемого эффекта, то часто целесообразно вернуться к первоначальному определению системы. Возможно, надо ее расширить, ввести в нее другие элементы, предусмотреть новые связи и т.д. В новой системе увеличивается возможность получения желаемого результата.

Первоначально системный анализ основывался главным образом на применении сложных математических приемов. По мере его развития и практического применения ученые пришли к выводу, что математика (аналитический подход) неэффективна при анализе широких проблем с множеством неопределенностей, которые характерны для исследования и разработки технических, технологических, экономических, социологических и биологических систем как единого целого. Поэтому стала вырабатываться концепция такого системного анализа, в котором делается упор на разработку новых принципов логического анализа сложных объектов с учетом их взаимосвязей и противоречивых тенденций.

Наиболее часто к системным причисляют следующие принципы системного подхода: конечной цели; измерения; эквифинальности; единства; связности; модульного остроения; иерархии; функциональности; развития (историчности, открытости); децентрализации; неопределенности.

Принцип конечной цели

Это абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели:

- для проведения системного анализа необходимо с начала сформулировать цели исследования;

- анализ следует вести после уяснения основной цели (функции основного назначения) системы, что позволит определить ее основные существенные свойства, показатели качества и критерии оценки;

- любая попытка изменения системы должна оцениваться относительно достижения цели;

- цель искусственной системы задается, как правило, вышестоящей по иерархии системой.

Принцип измерения

О качестве функционирования какой-либо системы можно судить только по качеству функционирования вышестоящей системы относительно ее целей и задач. Оценку качества (измерение) функционирования подсистемы следует осуществлять по качеству функциони- рования системы в целом.

Принцип эквифинальности

Система может достигнуть цели независимо от времени и определяемой исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Этот принцип характеризует устойчивость системы по отношению к начальным и граничным условиям.

Принцип единства

Это совместное рассмотрение системы как целого и как совокупность ее элементов. Принцип ориентирован на расчленение системы с сохранением целостных представлений о системе.

Принцип связности

В соответствии с этим принципом систему, в первую очередь, следует рассматривать как элемент или подсистему другой системы, называемой надсистемой. Рассмотрение любой части совместно с ее окружением подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами системы и внешней средой.

Принцип модульного построения

Это выделение модулей в системе и рассмотрение ее как их совокупности. Принцип указывает на возможность абстрагироваться от излишней детализации.

Принцип иерархии

Введение иерархии подсистем и модулей и их ранжирование упрощает порядок описания и разработку системы.

Принцип функциональности

Принцип утверждает, что любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей с приоритетом функций над структурой. При придании системе новых функций необходимо пересматривать ее структуру, а не применять старую структуру для выполнения новых функций. Процессы есть результат выполнения функций, поэтому целесообразно рассматривать отдельно: процессы, функции, структуры. В свою очередь, процессы сводятся к анализу потоков различных видов: материальных, энергетических и информационных (энтропия, негэнтропия), а также сменц их состояний. С этой точки зрения структура есть множество ограничений на потоки в пространстве и во времени.

Принцип развития

Это учет изменяемости системы, ее способности к развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации.

Принцип децентрализации

Это сочетание в сложных системах централизованного и децентрализованного управления.

Принцип неопределенности- это учет неопределенностей и случайностей в системе.

Каждый из принципов при своем практическом осуществлении может дать определенный эффект. Но эффект возрастает, если они применяются в комплексе. Тогда эти принципы превращаются в определенную систему принятия решений и управления, позволяющую более эффективно руководить сложными производственными системами.

Системный подход не является чем-то принципиально новым в исследовании окружающего мира и его проблем — он базируется на естественнонаучном подходе, корни которого уходят в прошлые века. Центральное место в исследовании занимают два противоположных подхода: анализ и синтез.

Анализ - это процесс разделения целого на части. Он используется том случае, если требуется выяснить, из каких частей (элементов, подсистем) состоит система. Посредством анализа приобретаются знания. Однако при этом остаются не раскрытыми свойства системы в целом.

С интез — построение целого из частей. Посредством синтеза достигается понимание функционирования системы в целом..

В исследовании любой системы можно указать несколько главных этапов:

1) постановка цели исследования;

2) выделение системы: выделить главное, существенное, отбросив малозначимое, несущественное;

3) описание: выразить на едином языке (уровне формализации) разнородные по своей природе явления и факторы;

4) установление критериев: определить, что значит «хорошо» и «плохо» для оценивания полученной информации и сравнения альтернатив;

5) идеализация (концептуальное моделирование): ввести рациональную идеализацию проблемы, упростить ее до допустимого предела;

6) декомпозиция (анализ): разделить целое на части, не теряя свойств целого;

7) композиция (синтез): объединить части в целое, не теряя свойств частей;

8) найти решение проблемы.

В отличие от традиционного подхода, при котором проблема решается в строгой последовательности вышеприведенных этапов (или в другом порядке), системный подход состоит в многосвязности процесса решения: этапы рассматриваются совместно, во взаимосвязи и диалектическом единстве. При этом возможен переход к любому этапу, в том числе и возврат к постановке цели исследования.

Главным признаком системного подхода является наличие доминирующей роли сложного, а не простого, целого, а не составляющих элементов. Если при традиционном подходе к исследованию мысль движется от простого к сложному, от частей — к целому, от элементов — к системе, то в системном подходе, наоборот, мысль движется от сложного системного подхода тем выше, чем к более сложной системе он применяется. к простому, от целого к составным частям, от системы к элементам.

Системный подход представляется достаточно универсальным подходом при анализе, исследовании, проектировании и управлении любых сложных технических, экономических, социальных, экологических, политических, биологических и других систем.

Любая система определяется внутренним состоянием, внутренним механизмом преобразования входных сигналов в выходные и внешние проявления. Внутреннее состояние даёт информацию о поведении системы, о соответствии внутренней структуры системы целям, подсистемам (элементам) и ресурсам в ней, внешнее описание - о взаимоотношениях с другими системами, с целями и ресурсами других систем. Внутреннее состояние системы определяет ее внешние проявления.

Пример. Электротехническая система “Трехфазный электродвигатель” состоит из подсистем “ Электроснабжение”, “Преобразование электрической энергии в механическую “, “Передача механической энергии рабочей машине “. Функциональная система “ Электроснабжение“ состоит из подсистем “ Источник трехфазного напряжения”, “Электрическая сеть”, “Защита от неноминальных режимов работы”. Функциональная система “Преобразование электрической энергии в механическую “ состоит из электромеханических подсистем “Статор”, “Ротор”, “Корпус”, “Клемная коробка” и др. Подсистема “Статор” состоит из электромагнитной подсистемы, которая в свою очередь состоит из магнитной и электрической подсистем и т.д. вовлекая в описание иерархически связанные все более низшие уровни.

Морфологическое описание системы - описание строения или структуры системы в привычных для человека терминах какого-либо языка: описание совокупности А элементов этой системы и необходимого для достижения цели набора отношений R между ними. Морфологическое описание задается кортежом:

,

где А - множество элементов и их свойств, В - множество отношений с окружающей средой, R - множество связей в А, V - структура системы, тип этой структуры, Q - описание, представление системы на каком-либо языке.

Морфологическое описания системы является основой для функционального описания системы (т.е. описание законов функционирования, динамики системы), а из него следует информационное описание системы (описание информационных связей как системы с окружающей средой, так и подсистем системы).

Морфологическое описание производственной системы может включать, в частности, структуру имеющихся в ней персонала (человека), технических средств и необходимые для них энергетических ресурсы, их свойства, связи и отношения.

Структура потребления энергии рассматриваемой ниже системы по производству продуктов- одноуровневая, т.е. потребители и источники энергии образуют две непересекающиеся совокупности X и Y со свойствами S(X) и S(Y). Возьмем в качестве языка Q морфологического описания русский язык с элементами алгебры. Тогда можно предложить следующее упрощённое модельное морфологическое описание этой системы:

A={оператор, трактор К-744, трактор Дт-75, автомобиль Газ 32, зерносушилка VESTA, баран, свинья, пшеница, дизельное топливо, бензин, картофель, электрическая энергия, газ};

X={ оператор, трактор К-744, трактор Дт-75, автомобиль Газ 32, зерносушилка VESTA};

Y={ баран, свинья, пшеница, дизельное топливо, бензин, картофель, электрическая энергия, газ};

S(X)={человек, источник механической энергии, оборудование};

S(Y)={живое существо, техническое средство, трава, жидкость};

B={управление средой, обработка почвы, транспортировка, сушка};

R={потребитель энергии, источник энергии}.

Морфологическое описание системы зависит от учитываемых связей, их глубины (связи между главными подсистемами, между второстепенными подсистемами, между элементами), структуры (линейная, иерархическая, сетевая, матричная, смешанная), типа (прямая связь, обратная связь), характера (позитивная, негативная). Пример описания этой структуры приведен в таблице 1.1.

Информационное описание позволяет получать дополнительную информацию о системе, решать информационно-логические задачи. Например, в таблице 1.2 приведен некоторый набор техники, имеющийся на предприятии. Необходимо составить информационно логическую таблицу взаимосвязи отдельных видов техники друг с другом в процессе уборки урожая. Из этой таблицы видно, что трактор колесный K744 по количеству операций наиболее востребован в технологическом процессе уборки, а наименее востребованный - зерновой комбайн ДЖОН ДИР 9660. Далее можно составить часовую загрузку каждого вида техники и сроки проведения работ. Сравнить на совмещенном графике их время работы и сделать выводы о возможностях имеющихся технических средств на предстоящий уборочный период.

Постановка и решение информационно-логических задач - мощное средство выяснения информационных связей в системе, причинно - следственных связей, проведения аналогий, развития алгоритмического мышления, внимания и т.д.

 

Таблица 1.1- Морфологическое описании структуры потребления энергии производственной системы

Y \ X	Оператор	Трактор К-744	Трактор Дт-75	Автомобиль Газ 32	Зерносушилка VESTA
Баран
Свинья
Пшеница
Дизельное топливо
Бензин
Картофель
Электрическая энергия
Газ