Основные понятия системного анализа. Задачи системного анализа

Однако в задачах анализа обычно требуется выяснить, какими внутренними связями обусловливаются интересующие исследователя свойства системы. Поэтому основным содержанием системного анализа является определение структурных, функциональных, каузальных, информационных и пространственно-временных внутренних связей системы.

Структурные связи обычно подразделяют на иерархические, сетевые, древовидные и задают в графовой или матричной форме. Функциональные и пространственно-временные связи задают как функции, функционалы и операторы. Каузальные (причинно-следственные) связи описывают на языке формальной логики. Для описания информационных связей разрабатываются инфологические модели. Выделение связей разных видов наряду с выделением элементов является существенным этапом системного анализа и позволяет судить о сложности рассматриваемой системы. Важным для описания и исследования систем является понятие алгоритм функционирования AS, под которым понимается метод получения выходных характеристик y(t) с учетом входных воздействий x(t), управляющих воздействий u(t) и воздействий внешней среды n(t). Алгоритм функционирования раскрывает механизм проявления внутренних свойств системы, определяющих ее поведение в соответствии с законом функционирования. Один и тот же закон функционирования элемента системы может быть реализован различными способами, т.е. с помощью множества различных алгоритмов функционирования AS. Наличие выбора алгоритмов AS приводит к тому, что системы с одним и тем же законом функционирования обладают разным качеством и эффективностью процесса функционирования.

Качество - совокупность существенных свойств объекта, обусловливающих его пригодность для использования по назначению. Оценка качества может производиться по одному интегральному свойству, выражаемому через обобщенный показатель качества системы.

Процессом называется совокупность состояний системы z(tQ), z(t1), ... , z(tk ), упорядоченных по изменению какого-либо параметра t, определяющего свойства системы. Формально процесс функционирования как последовательная смена состояний интерпретируется как координаты точки в k-мерном фазовом пространстве. Причем каждой реализации процесса будет соответствовать некоторая фазовая траектория. Совокупность всех возможных значений состояний {z} называется пространством состояний системы. В общем случае время в модели системы S может рассматриваться на интервале моделирования (0, Т) как непрерывное, так и дискретное, т.е. квантованное на отрезки длиной t временных единиц каждый, когда Т = m t, где m - число интервалов дискретизации.

Эффективность процесса - степень его приспособленности к достижению цели. Принято различать эффективность процесса, реализуемого системой, и качество системы. Эффективность проявляется только при функционировании и зависит от свойств самой системы, способа ее применения и от воздействий внешней среды.

Критерий эффективности - обобщенный показатель и правило выбора лучшей системы (лучшего решения). Например, Y* = max{Y j}.Если решение выбирается по качественным характеристикам, то критерий называется решающим правилом. Если нас интересует не только закон функционирования, но и алгоритм реализации этого закона, то элемент не может быть представлен в виде «черного ящика» и должен рассматриваться как подсистема (агрегат, домен) - часть системы, выделенная по функциональному или какому-либо другому признаку.

Описание подсистемы в целом совпадает с описанием элемента. Но для ее описания дополнительно вводится понятие множества внутренних (собственных) характеристик подсистемы. Метод получения выходных характеристик кроме входных воздействий x(t), управляющих воздействий u(t) и воздействий внешней среды n(t) должен учитывать и собственные характеристики подсистемы h(t).Описание закона функционирования системы наряду с аналитическим, графическим, табличным и другими способами в ряде случаев может быть получено через состояние системы.

Состояние системы - множество значений характеристик системы в данный момент времени. Формально состояние системы в момент времени t0 < t* ( Т полностью определяется начальным состоянием z(t0), входными воздействиями x(t), управляющими воздействиями u(t), внутренними параметрами h(t) и воздействиями внешней среды n(t), которые имели место за промежуток времени t* -t0, с помощью глобальных уравнений динамической системы (1.1), (1.2), преобразованных к видуz(t) =f(z(t0 ), х((), и((), п((), h((), t), ( ( [t0, t];y(t) = g(z(t), t). Здесь уравнение состояния по начальному состоянию z(t0) и переменным х, и, п, h определяет вектор-функцию z(t), а уравнение наблюдения по полученному значению состояний z(t) определяет переменные на выходе подсистемы y(t).

Таким образом, цепочка уравнений объекта «вход-состояния-выход» позволяет определить характеристики подсистемы и под математической моделью реальной системы можно понимать конечное подмножество переменных {x{t), u(t), n(t), h(t)} вместе с математическими связями между ними и характеристиками y(t).

Структура - совокупность образующих систему элементов и связей между ними. В структуре системы существенную роль играют связи. Так, изменяя связи при сохранении элементов, можно получить другую систему, обладающую новыми свойствами или реализующую другой закон функционирования. Например, в качестве системы рассмотрим соединение трех проводников, обладающих разными сопротивлениями. В системе А соединим их параллельно, а в системе В – последовательно. При одинаковом входе выходы систем будут разными. Необходимость одновременного и взаимоувязанного рассмотрения состояний системы и среды требует определения понятий «ситуация» и «проблема». Ситуация - совокупность состояний системы и среды в один и тот же момент времени. Проблема - несоответствие между существующим и требуемым (целевым) состоянием системы при данном состоянии среды в рассматриваемый момент времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ЗАДАЧИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА 

 

Общая теория систем – научная дисциплина, разрабатывающая методологические принципы исследования систем. Главная особенность общей теории систем в подходе к объектам исследования как к системам.

Системный анализ – это методология общей теории систем, заключающаяся в исследовании любых объектов посредством представления их в качестве систем, проведения их структуризации и последующего анализа.

Основными задачами системного анализа являются:

· задача декомпозиции означает представление системы в виде подсистем, состоящих из более мелких элементов;

· задача анализа состоит в нахождении различного рода свойств системы, ее элементов и окружающей среды с целью определения закономерностей поведения системы;

· задача синтеза состоит в том, чтобы на основе знаний о системе, полученных при решении первых двух задач, создать модель системы, определить ее структуру, параметры, обеспечивающие эффективное функционирование системы, решение задач и достижение поставленных целей.

Основные функции системного анализа в рамках описанных трех основных задач представлены в таблице:

Основные задачи и функции системного анализа

Структура системного анализа
Декомпозиция	Анализ	Синтез
Определение и декомпозиция общей цели, основной функции	Функционально-структурный анализ	Разработка модели системы
Выделение системы из среды	Морфологический анализ (анализ взаимосвязи компонентов)	Структурный синтез
Описание воздействующих факторов	Генетический анализ (анализ предыстории, тенденций, прогнозирование)	Параметрический синтез
Описание тенденций развития, неопределенностей	Анализ аналогов	Оценивание системы
Описание как «черного ящика»	Анализ эффективности
Функциональная, компонентная и структурная декомпозиция	Формирование требований к создаваемой системе

 

 

Системный анализ основывается на множестве принципов, т.е. положениях общего характера, обобщающих опыт работы человека со сложными системами. Одним из основных принципов системного анализа является принцип конечной цели, который заключается в абсолютном приоритете глобальной цели и имеет следующие правила:

1) для проведения системного  анализа необходимо в первую  очередь сформулировать основную цель исследования;

2) анализ следует вести на  базе уяснения основной цели  исследуемой системы, что позволит определить ее основные свойства, показатели качества и критерии оценки;

3) при синтезе систем любую  попытку изменения или совершенствования  существующей системы надо оценивать  относительно того, помогает или  мешает она достижению конечной цели;

4) цель функционирования искусственной  системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система  является составной частью.

Применение системного анализа в логистике позволяет:

· определить и упорядочить элементы, цели, параметры, задачи и ресурсы ЛС, определить структуру ЛС;

· выявить внутренние свойства ЛС, определяющие ее поведение;

· выделить и классифицировать связи между элементами ЛС;

· выявить нерешенные проблемы, узкие места, факторы неопределенности, влияющие на функционирование, возможные логистические мероприятия;

· формализовать слабоструктурированные проблемы, раскрыть их содержание и возможные последствия перед предпринимателями;

· выделить перечень и указать целесообразную последовательность выполнения задач функционирования ЛС и отдельных ее элементов;

· разработать модели, характеризующие решаемую проблему со всех основных сторон и позволяющие «проигрывать» возможные варианты действий и т.п.

Этапы (процедуры) 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. К примеру, Мыльник В.В., Волочиенко В.А., Титаренко Б.П выделяют такие процедуры: определение конфигуратора; определение проблемы и проблематики; выявление целей; формирование критериев; генерирование альтернатив; построение и использование моделей; оптимизация; декомпозиция; агрегирование.  
В.И. Мухин выделяет 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.

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.  
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. 
Вызвано ли это решение недовольством, неудовлетворенностью деятельностью существующей системы или ее подсистем, чем вызвана эта неудовлетворенность, кто ее выражает и как она сформулирована? 
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.