close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Diyazitdinova Kordonskaya Obwaya teoriya sistem i sistemnyj analiz uchebnoe posobie

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И
ИНФОРМАТИКИ»
Кафедра «Экономические и информационные системы»
А.Р. ДИЯЗИТДИНОВА
И.Б. КОРДОНСКАЯ
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ
И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
Учебное пособие
Самара,
2017
УДК 004.9
Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ ,
протокол №60 от 18.04.2017
Диязитдинова, А.Р.
Д
Общая теория систем и системный анализ/ А.Р.Диязитдинова,
И.Б.Кордонская – Самара: ПГУТИ, 2017.-125с.
Учебное пособие содержит основные понятия и термины, принципы и определения теории систем и системного анализа, классификацию
систем, базовые модели и методы системного анализа. Приведены основные этапы системной деятельности, методы системного выбора, генерации решений, оценки сложных систем, технологии и методы системного
анализа. Учебное пособие содержит необходимый теоретический материал, поясняющие схемы и рисунки.
Пособие предназначено для студентов дневного, заочного обучения
и второго высшего образования специальностей 38.03.05 «Бизнес- информатика», 09.03.03 «Прикладная информатика» для изучения дисциплины «Общая теория систем» (Теория систем и системный анализ) и соответствует требованиям федерального государственного стандарта образования.
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 5
1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ПРИНЦИПЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ
СИСТЕМ ..................................................................................................................... 7
1.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМЫ .......................................................................... 7
1.2 ПОНЯТИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ............................................................................... 11
1.3 ПОНЯТИЕ ПРОБЛЕМНОЙ СИТУАЦИИ .................................................................. 14
1.4 ПОНЯТИЕ ЦЕЛИ СИСТЕМЫ ................................................................................. 15
1.5 ПОНЯТИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ .......................................................................... 18
1.6 ПОНЯТИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ....................................................................... 19
1.7 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СИСТЕМНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ .............................................. 22
1.8 ПОНЯТИЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ..................................................................... 24
1.9 ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА .................................................................. 25
2 КЛАССИФИКАЦИИ И СВОЙСТВА СИСТЕМ И МОДЕЛЕЙ ................. 28
2.1 СВОЙСТВА СИСТЕМЫ ......................................................................................... 28
2.2 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ................................................................................ 30
2.3 ПОНЯТИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ............................. 39
2.4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ. ПРИНЦИПЫ. ЭТАПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ............. 41
3 МЕТОДЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ........................................................... 43
3.1 МЕТОДЫ СИСТЕМНОГО ВЫБОРА ........................................................................ 43
3.1.1 Методы экспертных оценок ................................................................. 43
3.1.2 Метод Дельфи ........................................................................................ 44
3.1.3 Функционально-стоимостной анализ .................................................. 45
3.1.4 Метод многократного последовательного классифицирования...... 46
3.2 МЕТОДЫ ГЕНЕРАЦИИ РЕШЕНИЙ ......................................................................... 47
3.2.1 Общая характеристика методов генерации решений ...................... 47
3.2.2 Мозговой штурм .................................................................................... 48
3.2.3 Обратная мозговая атака .................................................................... 50
3.2.4 Теневая мозговая атака ........................................................................ 50
3.2.5 Корабельный совет ................................................................................ 51
3.2.6 Метод фокальных объектов ................................................................. 52
3.2.7 Аналогии. Синектика ............................................................................. 54
3.2.8 Конференция идей .................................................................................. 55
3.2.9 Метод гирлянд ассоциаций и метафор ............................................... 56
3.2.10 Метод разработки сценариев ............................................................ 57
3.2.11 Морфологический анализ ..................................................................... 58
3.3 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ ............................................................... 60
3.3.1 Понятие оценки и оценивания .............................................................. 60
3.3.2 Понятие шкалы ...................................................................................... 61
3.3.3 Шкалы номинального типа ................................................................... 62
3
3.3.4 Шкалы порядка....................................................................................... 63
3.3.5 Шкалы интервалов ................................................................................ 64
3.3.6 Шкалы отношений ................................................................................. 66
3.3.7 Шкалы разностей .................................................................................. 66
3.3.8 Абсолютные шкалы ............................................................................... 67
4 СТРУКТУРА И ТЕХНОЛОГИИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА................... 67
4.1 ОБЩИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМ............................................................. 69
4.2 КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА .................... 74
4.3 БАЗОВЫЕ МОДЕЛИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ....................................................... 76
4.3.1 Модель «черного ящика» ....................................................................... 76
4.3.2 Модель состава системы ..................................................................... 79
4.3.3 Модель структуры системы ................................................................ 84
4.4 ПРИКЛАДНЫЕ МОДЕЛИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ................................................ 86
4.4.1 Дерево целей ............................................................................................ 86
4.4.2 Иерархическая содержательная модель ............................................. 90
4.5 ПРИКЛАДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ.............. 92
4.5.1 Методология IDEF0............................................................................... 92
4.5.2 Технология реинжиниринга бизнес-процессов .................................... 97
4.5.3 RAD-технология прототипного создания приложений .................... 99
4.5.4 ARIS ........................................................................................................ 102
5 ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ............................................................................... 104
5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ....................................................................................... 104
5.2. АКСИОМЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ .................................................................... 105
5.3. СОДЕРЖАТЕЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ФУНКЦИЙ УПРАВЛЕНИЯ ................................. 105
5.4 ПОНЯТИЕ ОРГАНИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
................................................................................................................................... 110
5.5. ПРОЦЕСС РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ......................................... 116
5.6 ЭТАПЫ ПРИНЯТИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ ................................................ 118
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ....................................... 125
4
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность дисциплины «Общая теория систем» (Теория систем и системный анализ») для студентов специальности 38.03.05 «Бизнес-информатика»
(09.03.03 «Прикладная информатика») определяется следующими факторами. В
условиях перехода к рыночной экономике и интеграции в мировую систему
возрастают масштабы и сложность экономических и социальных систем, усиливается влияние внешней среды (политической, финансовой, правовой), затрудняется поиск управленческих решений. Резко возрастает объем разнообразной информации, включая Интернет, который для принятия оптимального
решения необходимо анализировать современному специалисту на основе ее
классификации, поиска и отбора. В соответствии с изменяющимися внешними
условиями должны задаваться и требования к структуре и функциям аппарата
управления предприятий и организаций.
Целью изучения данной дисциплины является рассмотрение теоретических основ и закономерностей построения и функционирования систем, в том
числе организационных, методологических принципов их анализа и синтеза,
применение изученных закономерностей для построения оптимальных структур организаций.
Задачи изучения курса:
 формирование мировоззренческих представлений о системности мира
и человеческой деятельности в нем;
 выявление роли и места теории систем в системе прикладных наук;
 ознакомление с методами изучения и анализа систем;
 изучение последовательности и содержания этапов анализа систем;
 изучение особенностей внедрения результатов системного анализа в
практику.
Окружающие нас производственные, социальные, организационные, технические и природные объекты обладают множеством различных свойств: они
достаточно сложны, распределены в пространстве, динамичны во времени, поведение их описывается как детерминированными, так и стохастическими законами и т.д. По мере усложнения производственных процессов, экономических взаимоотношений между предприятиями возникает проблема разработки
и внедрения в практику методов исследования в сложных системах.
К классу сложных систем относятся крупные технологические, производственные, энергетические, транспортные, телекоммуникационные, банковские
и другие комплексы.
В управлении такими системами задействовано большое количество людей, громадные природные, материальные и энергетические ресурсы. В этой
связи подход к объектам управления как к сложным системам выражает одну
5
из главных особенностей современного этапа развития общества. По мере увеличения сложности систем общесистемные проблемы приобретают главное
значение, при этом отодвигается на второй план физическая сущность процессов, происходящих в сложных системах. Важное значение приобретают закономерности функционирования сложных систем.
Умение распознать систему, декомпозировать ее на элементарные составляющие, определить законы взаимодействия элементов в каждой подсистеме и вновь синтезировать систему требует разработки ряда специальных
формальных моделей, процедур, алгоритмов. Еще философ Древнего Рима
Квинтилиан утверждал, что любую сколь угодно сложную ситуацию можно
полностью структурировать и описать, руководствуясь следующими семью вопросами: что? где? когда? кто? почему? с какой целью? при каких условиях?
Дифференциация наук, наблюдающаяся в последнее время, имеет положительные аспекты. Прежде всего, это возможность глубокого исследования
предмета каждой конкретной науки, абстрагируясь в определенной степени от
других научных направлений. Но она имеет и негативные последствия. Связаны они с возникновением так называемых барьеров специализации, затрудняющих взаимопонимание ученых, обмен данными выполненных исследований.
Как показал опыт научных исследований, наибольших результатов следует ожидать на стыке отдельных наук. Поэтому в настоящее время интенсивно
формируются так называемые гибридные науки – астрофизика, физическая химия, биофизика, термодинамика, социальная политика и др. Но подобный путь
интеграции наук кардинально проблему не решает, дробление все равно остается, только имеет место укрупнение составных частей этого дробления.
Более радикальный способ преодоления барьеров специализации заключается в разработке глобального междисциплинарного комплекса обобщающих
взглядов, понятий и концепций, в основе которых оказывается возможным объединение широкого круга разрозненных областей исследований. Этот подход
получил название «системного подхода». Он оказался весьма конструктивным
при исследовании разнообразных сложных реальных систем, а также при разработке методов и алгоритмов управления этими системами. Практическая эффективность системного подхода объясняется следующим. С одной стороны,
он позволяет достаточно глубоко понять суть исследуемых явлений в концептуальном плане. С другой стороны, абстрактный уровень мышления, который
является атрибутом системного подхода, хорошо согласуется с конструкциями
современной математики. Это обеспечивает возможность формализации и
строгих математических рассуждений.
Предметом изучения системного анализа является система, независимо от
ее природы, организации, способа существования и способа описания.
6
1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ПРИНЦИПЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ
СИСТЕМ
1.1 Основные понятия системы
Общая теория систем как наука опирается на основные понятия, свойства, принципы необходимые для проведения системного анализа. Рассмотрим
эти понятия.
Система. Понятие системы уточняется и совершенствуется вместе с развитием науки. В первых определениях в той или иной форме говорилось о том,
что система – это элементы и связи (отношения) между ними. Например, основоположник теории систем Людвиг фон Берталанфи определял систему как
комплекс взаимодействующих элементов или как совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой. А. Холл определяет систему как множество предметов вместе со связями между предметами и между их признаками. Ведутся дискуссии, какой термин – «отношение»
или «связь» – лучше употреблять.
Позднее в определениях системы появляется понятие цели. Так, в «Философском словаре» система определяется как «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой определенным образом и образующих некоторое целостное единство».
В последнее время в определение понятия системы наряду с элементами,
связями и их свойствами и целями начинают включать наблюдателя, хотя впервые на необходимость учета взаимодействия между исследователем и изучаемой системой указал один из основоположников кибернетики У.Р. Эшби.
М. Масарович и Я. Такахара в книге «Общая теория систем» считают, что
система – это «формальная взаимосвязь между наблюдаемыми признаками и
свойствами».
Таким образом, в зависимости от количества учитываемых факторов и
степени абстрактности определение понятия «система» можно представить в
следующей символьной форме. Каждое определение обозначим буквой D и порядковым номером, совпадающим с количеством учитываемых в определении
факторов.
D1. Система есть нечто целое: S=А(1,0).
Это определение выражает факт существования и целостность. Двоичное
суждение А(1,0) отображает наличие или отсутствие этих качеств.
D2. Система есть организованное множество (Темников Ф.Е.):
S=(орг, М),
где орг - оператор организации; М - множество.
7
DЗ. Система есть множество вещей, свойств и отношений (Уемов А.И.):
S=({т},{n},{r}), где m - вещи, n - свойства, r - отношения.
D4. Система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды:
S=(, SТ, ВЕ, Е),
где  - элементы, SТ - структура, ВЕ - поведение, Е - среда.
D5. Система есть множество входов, множество выходов, множество состояний, характеризуемых оператором переходов и оператором выходов:
S=(Х, Y, Z, H, G),
где Х - входы, Y - выходы, Z - состояния, Н - оператор переходов, G оператор выходов. Это определение учитывает все основные компоненты, рассматриваемые в автоматике.
D6. Это шестичленное определение, как и последующие, трудно сформулировать в словах. Оно соответствует уровню биосистем и учитывает генетическое (родовое) начало GN, условия существования КD, обменные явления МВ,
развитие ЕV, функционирование FС и репродукцию (воспроизведения) RР:
S=(GN, KD, MB, EV, FC, RP).
D7. Это определение оперирует понятиями модели F, связи SС, пересчета
R, самообучения FL, самоорганизации FQ, проводимости связей СО и возбуждения моделей JN:
S=(F, SС, R, FL, FO, СО, JN).
Данное определение удобно при нейрокибернетических исследованиях.
D8. Если определение D5 дополнить фактором времени и функциональными связями, то получим определение системы, которым обычно оперируют в
теории автоматического управления: S=(Т, X, Y, Z, ., V, , ),
где Т - время, Х - входы, Y - выходы, Z - состояния, . - класс операторов
на выходе, V - значения операторов на выходе,  - функциональная связь в
уравнении y(t2)= (x(t1),z(t1),t2),  - функциональная связь в уравнении
z(t2)=(x(t1), z(t1), t2).
D9. Для организационных систем удобно в определении системы учитывать следующее: S=(РL, RO, RJ, EX, PR, DT, SV, RD, EF),
где РL - цели и планы, RO - внешние ресурсы, RJ - внутренние ресурсы,
ЕХ - исполнители, PR - процесс, DТ - помехи, SV - контроль, RD - управление,
ЕF - эффект.
Последовательность определений можно продолжить до Dn (n = 9, 10, ...),
в котором учитывалось бы такое количество элементов, связей и действий в реальной системе, которое необходимо для решаемой задачи, для достижения поставленной цели. В качестве «рабочего» определения понятия системы в литературе по общей теории систем часто рассматривается следующее: система
есть конечное множество элементов и отношений между ними, выделяе8
мое из среды в соответствии с определенной целью, в рамках определенного
временного интервала.
Рассмотрим основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем.
Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую
часть исследуемой системы. Ответ на вопрос, что является такой частью, может
быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от
точки зрения на него или от аспекта его изучения. Таким образом, элемент - это
предел деления системы с точек зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в
зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.
Подсистема – часть системы, выделенная по определенному признаку,
обладающая некоторой самостоятельностью и допускающая разложение на
элементы в рамках данного рассмотрения.
Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты
более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в
целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением
совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели
системы. Названием «подсистема» подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы. Этим подсистема отличается от простой группы
элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности. Например, подсистемы АСУ, подсистемы пассажирского
транспорта крупного города. Схематичное соотношение системы, подсистемы
и элемента показано на рис. 1.1
элемент системы
элемент подсистемы
система
подсистема
элемент системы
Рис. 1.1. Понятие системы, подсистемы и элемента относительно друг друга
Структура. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обес9
печивают существование системы и ее основных свойств. Структура – это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и
других языков моделирования структур.
Структуру часто представляют в виде иерархии. Иерархия - это упорядоченность компонентов по степени важности (многоступенчатость, служебная
лестница). Между уровнями иерархической структуры могут существовать
взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего
уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т.е. отношения так называемого древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерева». Они имеют ряд особенностей, делающих их удобным
средством представления систем управления. Однако могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии. Один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня.
Такие структуры называют иерархическими структурами «со слабыми связями». Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более
сложные взаимоотношения, например, типа «страт», «слоев», «эшелонов».
Примеры иерархических структур: энергетические системы, АСУ, государственный аппарат.
Связь. Понятие «связь» входит в любое определение системы наряду с
понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и
целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.
Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом).
По первым двум признакам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру - на связи подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности
процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.
Важную роль в системах играет понятие «обратной связи». Это понятие,
легко иллюстрируемое на примерах технических устройств, не всегда можно
применить в организационных системах. Исследованию этого понятия большое
внимание уделяется в кибернетике, в которой изучается возможность перенесения механизмов обратной связи, характерных для объектов одной физической
природы, на объекты другой природы. Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.
Состояние. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгновенную
фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо
10
через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение - для физических систем; производительность, себестоимость продукции,
прибыль - для экономических систем).
Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы 
(или компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние, учесть,
что «входы» можно разделить на управляющие u и возмущающие х (неконтролируемые) и что «выходы» (выходные результаты, сигналы) зависят от , u и х,
т.е. zt=f(t, ut, xt). Тогда в зависимости от задачи состояние может быть определено как {, u}, {, u, z} или {, х, u, z}.
Таким образом, состояние - это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.
Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в
другое (например, z1z2z3), то говорят, что она обладает поведением. Этим
понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного
состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением
и выясняют его закономерности. С учетом введенных выше обозначений поведение можно представить как функцию zt=f(zt-1, xt, ut).
Модель. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания - детализация
модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.
1.2 Понятие внешней среды
Исходным моментом в определении системы является ее сопоставление
со средой, т.е. среда - это все то, что не входит в систему, а система - это конечное множество объектов, каким-то образом выделенное из среды. Между
средой и системой существует множество взаимных связей, с помощью которых реализуется процесс взаимодействия среды и системы.
Любая подсистема может изучаться более подробно, чем остальные подсистемы, входящие в состав системы. В этом случае она является системой, а
все остальные подсистемы и их взаимосвязи будут средой для данной системы.
Этот факт подчеркивает, что граница системы и среды является условной, подвижной, зависящей от постановки задачи исследований. Выделение системы из
среды и определение границ их взаимодействия является одной из первоочередных задач системного анализа. От правильности определения границ зависят не только выполняемые функции, эффективность и качество системы, но и
нередко сама ее жизнедеятельность.
11
Внешняя среда - это множество существующих вне системы элементов
любой природы, оказывающих влияние на систему и находящихся под ее влиянием.
Простейшая модель взаимодействия между системой и средой выглядит
следующим образом (рис. 1.2).
 
X = xj
Система - S
Z = z k 
Y = y i 
внешняя среда
Рис. 1.2. Модель взаимодействия системы и среды
Элементы внешней среды задают системе множество целей и ограничений – Z = {z k} и поставляют множество ресурсов – X = {xj}.
Выходом из системы является множество конечных продуктов и услуг
(КП) – Y = {yi}, ориентированных на удовлетворение потребностей внешней
среды. При этом множество конечных продуктов и ресурсов можно классифицировать на следующие группы: материальные, информационные, финансовые,
трудовые, энергетические. В ряде случаев в классификаторе выходов системы
помимо полезных конечных продуктов необходимо выделять отходы, т.е. конечные продукты, оказывающие негативное влияние на внешнюю среду.
Из этих рассуждений вытекает, что немыслимо рассматривать систему
без ее внешней среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.
В зависимости от воздействия на окружение и характер взаимодействия с
другими системами функции систем можно расположить по возрастающему
рангу следующим образом:
 пассивное существование;
 материал для других систем;
 обслуживание систем более высокого порядка;
 противостояние другим системам (выживание);
 поглощение других систем (экспансия);
 преобразование других систем и сред (активная роль).
12
При исследовании системы в окружающую среду включаются лишь следующие элементы:
а) элементы, изменение свойств (параметров) которых влияет на систему;
б) элементы, свойства (параметры) которых изменяются вследствие изменения состояния системы.
Один из вариантов модели взаимодействия предприятия «как системы» с
элементами ее внешней среды представлен на рис. 1.3.
Местные органы
власти и управления
Федеральные органы
власти и управления
Товарный
рынок
Финансовые
структуры
Товарный
рынок
Вышестоящие
организации
Предприятие
как «система»
Население
Рынок
трудовых
ресурсов
Финансовый
рынок
Поставщики
Потребители
Подведомственные
организации
Рис. 1.3. Модель взаимодействия предприятия с элементами внешней среды
В большинстве случаев в качестве элементов внешней среды, активно
воздействующих на систему, рассматриваются:
 внешние ресурсы (финансовые, материальные, трудовые);
 ограничения (законодательные акты, нормативно-правовые документы и т.д.), задаваемые, как правило, в виде некоторых информационных ресурсов;
 потребители конечного продукта.
Иногда, после определения множества необходимых ресурсов, становится очевидной нереальность заданных целевых результатов и требуется корректировка исходных целей либо изменение множества функций по реализации
целей.
13
1.3 Понятие проблемной ситуации
Возникшая либо назревающая степень неудовлетворения элементов
внешней среды конечными продуктами системы, либо низкая эффективность
взаимодействия элементов внешней среды с системой порождают новое понятие системного подхода – «проблемная ситуация».
Проблема – это разница между существующей и желаемой системами.
Если этой разницы нет, то нет и проблемы.
Решить проблему – значит скорректировать старую систему или сконструировать новую, желаемую.
При проведении данного этапа системных исследований рекомендуется,
прежде всего, четко сформулировать сущность проблемы и описать ситуацию,
в которой она имеет место. При этом содержание деятельности включает следующие этапы:
1) установление содержания проблемы, т.е. уяснение, существует ли в
действительности проблема либо является надуманной;
2) определение новизны проблемной ситуации;
3) установление причин возникновения проблемной ситуации;
4) определение степени взаимосвязи проблемных ситуаций;
5) определение полноты и достоверности информации о проблемной ситуации;
6) определение возможности разрешения проблемы.
Определение существования проблемы предполагает проверку истинности или ложности формулировки проблемы и ее принадлежности. Проверка истинности существования проблемы должна определяться, прежде всего, по наличию в системе совокупности экономических и социальных потерь, а ее значимость - по критерию экономического либо социального эффекта, получаемого в системе после ликвидации проблемной ситуации. Оценка же степени проблемности должна производиться путем сопоставления фактических (в данный
момент либо в будущем) значений целей с их плановыми либо нормативными
значениями. Важно научиться разделять проблемы и их симптомы. Симптомы это видимые условия проявления проблемы. Главное отличие симптомов от самих проблем заключается в том, что симптомы не содержат всей информации о
проблеме. Симптомы - это как видимая часть айсберга. Менеджер должен видеть за симптомами истинную глубину и содержание проблемы. Так, снижение
прибыли на фирме обычно следует понимать как симптом. Проблему при этом
представляет нахождение причины такого снижения.
Определение новизны проблемной ситуации необходимо для выявления и
установления возможных прецедентов или аналогий. Наличие прошлого опыта
или нормативных рекомендаций позволяют существенно облегчить работу экспертов по выработке и принятию решений по ликвидации проблемы.
14
Установление причин (как в системе, так и во внешней среде) возникновения проблемы позволяет глубже понять закономерности функционирования
объекта управления, вскрыть наиболее существенные факторы, приведшие к
проблемной ситуации.
При анализе проблемной ситуации необходимо установить возможные
взаимосвязи рассматриваемой проблемы с другими проблемами. При этом необходимо провести классификацию этих проблем на главные и второстепенные, общие и частные, срочные и несрочные. Анализ взаимосвязей проблем
создает возможности четкого и глубокого выявления причинно-следственных
зависимостей и способствует выработке комплексного решения, что, в свою
очередь, позволяет выдавать рекомендации по изменению не только исследуемой системы, но и внешней среды.
Большое значение в анализе имеет определение степени полноты и достоверности информации о проблемной ситуации. В случае полной информации нетрудно сформулировать сущность проблемы и комплекс характеризующих ее условий. Если же имеет место неопределенность информации, то необходимо рассмотреть две альтернативы: провести работу по получению недостающей информации; отказаться от получения дополнительной информации и
принимать решение в условиях имеющейся неопределенности. Выбор той или
иной альтернативы в каждом конкретном случае надо производить исходя из
схемы «затраты – эффект».
Важной составной частью анализа проблемной ситуации является определение степени разрешимости проблемы. В данном случае уже на предварительном этапе необходимо хотя бы приблизительно оценить возможность разрешения проблемы, поскольку не имеет смысла заниматься поиском решений
для неразрешимых в данный момент времени проблем.
1.4 Понятие цели системы
Понятие цели и связанные с ним понятия целенаправленности, целеустремленности, целесообразности трудно сформулировать ввиду их неоднозначного толкования. Так, в БСЭ цель определяется как «заранее мыслимый результат созидательной деятельности человека». Кроме того, в литературе имеется
еще ряд альтернативных вариантов определения термина «цель системы»:
 желаемое состояние выходов системы;
 определенное извне или установленное самой системой состояние ее
выходов;
 идеальный образ того, чего человек либо группа людей хочет достичь;
 предвосхищение в сознании результата, на достижение которого направлены действия;
15
 ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при
функционировании системы за определенный промежуток времени;
 требуемые внешней средой результаты деятельности системы, заданные на множестве выходных конечных продуктов.
Цель может задаваться требованиями к показателям результативности,
ресурсоемкости, оперативности функционирования системы либо к траектории
достижения заданного результата. Как правило, цель для системы определяется
старшей системой, а именно той, в которой рассматриваемая система является
элементом (или подсистемой).
В дальнейшем будем исходить из следующей классификации целей
(рис. 1.4).
Конечные цели характеризуют вполне определенный результат, который
может быть получен в заданном времени и пространстве. В этом случае цель
можно задать в виде желаемых значений (или области желаемых значений) параметров состояния системы. Таким образом, конечная цель может быть представлена как некоторая точка (или область) в пространстве состояний.
Цели
КоКонечные
нечные
Бесконечные
Качественные
Развития
Простые
Личные
Количественные
Функционирования
Сложные
Организации
Рис. 1.4. Классификация целей
Бесконечные цели определяют, как правило, общее направление деятельности. Бесконечная цель может задаваться как вектор в пространстве состояний
системы, например, в виде функций максимизации или минимизации параметров состояния.
Выбор того или иного класса целей зависит от характера решаемой проблемы. Очевидно, что при определении целей необходимо исходить из общественных интересов системы. При этом формулировка целей может выражаться
как в качественной, так и в количественной форме, должна быть четкой и компактной, носить повелительный характер.
По отношению к состоянию целей система может находиться в двух режимах: функционирования и развития. В первом случае считается, что система
полностью удовлетворяет потребности внешней среды и процесс перехода ее и
ее отдельных элементов из состояния в состояние происходит при постоянстве
заданных целей. Во втором случае считается, что система в некоторый момент
16
времени перестает удовлетворять потребностям внешней среды, и требуется
корректировка прежних целевых установок.
Учитывая, что практически все сложные системы относятся к классу
многопродуктовых (многоцелевых) систем, следует рассматривать простые (частные) цели системы и сложные (комплексные) цели. Так, например, для достижения успеха в бизнесе можно ограничиться заданием целей в основных областях деятельности (производство, финансы, коллектив, экология):
 максимизация объема выпуска продукции;
 минимизация затрат ресурсов;
 максимизация прибыли;
 максимизация эффективности инноваций;
 минимизация финансовых затрат;
 минимизация социальной напряженности;
 минимизация загрязнения окружающей среды.
Современная концепция управления по целям является одним из эффективных средств организации корпоративного управления. Она основана на том,
что каждый член организации представляет себе цели организации и стремится
к их достижению. При этом для такого управления характерны следующие особенности:
1) деятельность сотрудников должна оцениваться по ее результатам (достижениям), а не по количеству отработанного времени;
2) сотрудники должны знать цели организации и стремиться к их достижению;
3) сотрудники должны иметь право и возможность отстаивать свои собственные цели.
Установление личных целей придает человеку осмысленное поведение и
высокую мотивацию. Многочисленные социологические исследования в этом
направлении показывают, что человек всегда стремится достичь разумного
компромисса между личными и профессиональными интересами. Личные интересы, как правило, определяются человеком в виде определенного стандарта
удовлетворения своих потребностей. Одним из возможных вариантов задания
таких стандартов для определения личных целей являются следующие семь направлений целеполагания:
 карьера;
 душевное состояние;
 вера (религия), идеалы;
 финансы;
 физическое состояние;
 друзья;
 семья.
17
Содержательная формулировка целей является необходимым, но не достаточным условием осуществления целеполагания. Для конкретизации целей
необходимо задать критерии достижения целей и ограничения, при которых
осуществляется поиск возможных вариантов решения.
Критерий – мера близости к цели. В этом смысле критерий – это модель
цели. Критерий достижения целей отождествляется с показателем эффективности системы и может выражаться как в качественной, так и в количественной
форме. От критериев требуется как можно большее сходство с целями для того,
чтобы оптимизация решения в системе выбранных критериев соответствовала
максимальному приближению к цели.
Наряду с выбранными критериями большое влияние на выбор того или
иного варианта решения оказывает система выделенных в задаче ограничений.
Ограничения - это условия, отражающие влияние внешних и внутренних факторов, которые нужно учитывать в задаче принятия решений. Требования системности при рассмотрении вопроса требуют учета всех возможных ограничений: организационных, экономических, правовых, технических, психологических и т.д. При этом качественные ограничения формулируются, как правило, в
терминах «не разрешается», «не допускается», а количественные – «не более»,
«не менее», «в интервале от – до». Ограничения, как правило, дополняют (конкретизируют) сформулированные ранее цели и в ряде случаев могут сделать
цели нереализуемыми. В этом случае необходимо через проведение ряда итерационных процедур снять часть ограничений.
1.5 Понятие функции системы
Наличие проблемной ситуации и сформулированной цели системы, как
прообраза ее будущего состояния, требует реализации определенных действий
по достижению заданных целевых результатов.
Функция системы – действие, направленное на достижение целей. На
предприятиях эти функции прописываются в уставах и множествах должностных инструкций.
В действующих системах множество функций задается, как правило, в
уставе организации, множестве должностных инструкций. В этом случае задачей системного анализа является выявление соответствия между целями организации и множеством ее нормативных функций.
Для определения множества функций вновь проектируемых систем либо
определения множества вариантов решения каких-либо проблемных ситуаций
могут быть использованы некоторые формальные приемы системного анализа:
метод декомпозиции; использование стандартных моделей сложных систем;
IDEF0-методология; метод формирования иерархических содержательных моделей и др.
18
Например, при реализации цели «Обеспечение качества подготовки специалистов, соответствующего требованиям конкретного предприятия» можно
сформулировать следующие функции (виды деятельности):
1) заключение договоров по целевой подготовке специалистов;
2) перевод студентов на индивидуальное обучение;
3) подготовка цикла специализированных занятий соответствующих требованиям предприятия;
4) развитие материальной базы учебного процесса и т.д.
В ряде случаев для генерации множества функций рекомендуется привлекать внешних экспертов, специалистов, не обремененных прошлым системы, не знающих ее внутренних ограничений и противоречий.
1.6 Понятие структуры системы
Под структурой понимается совокупность устойчивых связей объекта,
обеспечивающих сохранение его основных свойств при различных внешних и
внутренних изменениях; основная характеристика системы. При этом понятие
«связи» может характеризовать одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.
Отношения между элементами системы могут быть самыми разнообразными. Можно выделить следующие типы отношений:

классификационные («род – вид»);

отношения типа «часть-целое»;

пространственные отношения;

временные отношения;

материальные (вещественные, энергетические, информационные)
связи;

определяющие отношения (определяющие свойства, в том числе
через математические, логические соотношения между свойствами элементов);

эмпирические отношения. К этому типу относятся весьма разнообразные отношения, присутствующие в реальных системах, например, «руководить», «владеть», «нравиться» и т.д.
При проведении анализа используются два определяющих понятия
структуры: материальная структура и формальная структура.
В общем случае под формальной структурой понимается совокупность
функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для
достижения системой поставленных целей. Из определения следует, что формальная структура описывает нечто общее, присущее системам одного типа. В
свою очередь, материальная структура является носителем конкретных типов и параметров элементов системы и их взаимосвязей.
19
Пример. Рассмотрим формальную структуру часов. Вне зависимости от индивидуальных особенностей самых разнообразных часов (электронных, механических,
песочных, солнечных и т.д.) в состав структуры часов входят два основных элемента: датчик времени и индикатор времени. Еще один элемент - эталон времени – может включаться в структуру часов или быть внешним элементом. Основные функциональные элементы структуры:
Датчик времени – процесс, соответствующий ходу времени (электрический
ток, равномерное раскручивание пружины, равномерная струйка песка, вращение
Земли вокруг своей оси и т.д.).
Индикатор времени – устройство, преобразующее и отображающее состояние датчика в сигнал времени для пользователя.
Эталон времени служит для синхронизации часов, т.к. с течением времени
показания часов будут отличаться от эталона (например, это сигналы точного времени по радио).
Приведенные рассуждения позволяют сделать два вывода относительно
сущности формальных структур: фиксированной цели соответствует, как правило, одна и только одна формальная структура; одной формальной структуре
может соответствовать множество материальных структур.
При проведении системного анализа на этапе изучения формальных и материальных структур системы аналитики решают обычно следующие задачи:
 определение соответствия существующей структуры новым целям и
функциям системы;
 определение необходимости реорганизации существующей структуры
либо проектирования принципиально новой структуры;
 определение вида распределения (перераспределения) новых и старых
функций системы по элементам структуры.
Рассмотрим типовые структуры, используемые при построении административных, производственно-технологических и вычислительных систем (рис.
1.7).
Линейная структура (рис. 1.5, а) характеризуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними. При выходе из строя хотя бы одного элемента
(связи) структура разрушается.
Кольцевая структура (рис. 1.5, б) отличается замкнутостью, любые два
элемента обладают двумя направлениями связи. Это повышает скорость общения, делает структуру более живучей.
20
а)
Р
б)
Р
в)
Р
и
и
и
с
г)
.
с
д).
с
.е)
Ри
1.
1.
1.
с.
1.
3.
3.
3.
3.
ТТи
Т
Т
ип
и
З)
жи)
ы и)
Ри
Ри
п(в Ри
п
п
с.
с.
ыид с.
1.
ы
ы
1.3
ы) 1.
3.
.
(
(
(
ст 3.
Ти
Ти
вру Ти
пв
в
пы
п
Рис.
структур
ы 1.5. Типы (виды) кт
(ви
и
и
и
ур ы
(в
ды
г)
ид
дж) (в наличием резервных свяд 1.5, в) характеризуется
) д Сотовая структура (рис.
б) ид
зей,
ы) (живучесть) функционирования
структуры, но
стрчто повышает надежность
ы
в) ы)
ы
ы
ст
приводит
к повышению ее стоимости.
укд)
ст
ру
)
) (рис. 1.5, г) имеете)структуру полного графа. Натур
) Многосвязная структура
з) ру
г)
ктмаксимальная, эффективность
дежность
функционирования
функционирования
с
с
ж)
кт и
с
ур
))
высокая
за счет наличия кратчайших
путей, стоимость
б) в)
ур - максимальная. Частг)
т
д)те)
т
ж)
ным
случаем многосвязной структуры
является «колесо»
г)
- (рис. 1.5, д).
з)
б)
ж)
и
р б) наиболее широкое расструктура
р (рис. 1.5, е) получила
р Иерархическая
в)
)жж
д)
в)
пространение при проектировании
систем управления,
у д) чем выше уровень иежж
у
у
е)
рархии,
тем меньшим числом
з) связей обладают еее) элементы. Все элементы,
жж
к з)командными, так и подчик
и обладают как
к
кроме
верхнего и нижнего уровней,
ж
и
))
ненными
функциями
управления.
Каждый
уровень
такой
системы
характеризут
т
т
))
ется уровнем иерархии, который определяется как отношение числа исходящих
у
у
у к числу входящих.
связей
р
р 1.5, ж) имеет центральный
узел, который иср Звездная структура (рис.
г)
г)
г)
полняет
роль центра, все остальные
элементы системы являются подчиненныж)
ж)
ж)
ми.б)
б)
б)
в) 1.5, з) является в)
в) Графовая структура (рис.
инвариантной по отношению к
д)
д)
д)
иерархической
и используется
обычно прие) описании производственное)
е)
з)
з)
з)
технологических
систем.
и
и
))
и
)б)
))
21
Матричная структура (рис. 1.5, и) используется, в частности, для описания матричной схемы управления оргсистемой.
В целом структура является материальным носителем целевой деятельности по ликвидации проблемной ситуации и от ее эффективности во многом зависит конечный результат этой деятельности.
1.7 Основные этапы системной деятельности
Использование приведенных понятий и определений системной деятельности позволяет выявить наличие либо отсутствие проблемной ситуации и основные направления (цели) ее ликвидации, определить, какие функции системы
при этом надо реализовать и какой структурой, выяснить, имеются ли для этой
реализации соответствующие ресурсы, экономические условия и законодательная база. Легко заметить, что цепочка «проблемная ситуация - цели - функция структура - внешние ресурсы» образует логически обоснованную (на содержательном уровне) последовательность системной деятельности (рис. 1.6) и может использоваться как для исследования существующих систем, так и для
проектирования новых.
На первом этапе системной деятельности должен быть получен ответ на
вопросы: зачем нужна исследуемая система, каково ее предназначение в окружающем нас мире и качественно ли выполняет система свою миссию. Исходя
из предположения, что большинство исследуемых систем относится к - классу
сложных систем, можно предположить, что и проблемные ситуации редко
встречаются по отдельности, а представляют собой взаимосвязанное множество. При этом полное множество проблемных ситуаций определяется экспертами на анализе всех взаимосвязей системы и внешней среды.
Второй этап системного анализа ориентирован на анализ существующих
целей системы и их корректировку. Анализ пространства целеполагания проводится по каждой из выявленных проблемных ситуаций либо по группе. Одновременно с формулировкой целей определяются показатели эффективности их
достижения, анализ значений которых не позволяет сделать вывод о соответствии (несоответствии) целей существующим проблемным ситуациям.
На третьем этапе проверяется соответствие реализуемых системой функций сформулированным целевым установкам. В практическом плане это требует построения (определения) полного множества нормативных функций по реализации поставленных целей и сопоставления их с функциями, реализуемыми
системой в данный момент времени, а также одновременной проверки качества
выполняемых функций.
22
Провести анализ
взаимосвязей системы с
внешней средой
Существует
ли проблемная
ситуация?
да
Описать и оценить
проблемную ситуация
Уточнить цели
Ориентированы ли цели
системы на ликвидация
проблемной ситуации?
Корректируются
функции
да
Корректируются
цели
нет
Соответствуют ли
функции системы
поставленным целям?
нет
Уточняется
структура
да
нет
Соответствует ли
структура системы
заданным функциям?
нет
нет
Изменяются
внешние условия
да
Соответствует ли
структура системы
заданным функциям?
нет
да
Система соответствует
своему назначению
Рис. 1.6 Модель основных этапов системной деятельности
При анализе структуры системы эксперт-аналитик должен получить ответы на следующие вопросы: все ли выявленные функции закреплены за элемен23
тами структуры системы; все ли связи между элементами существуют; эффективно ли функционирует существующая структура; какие принципиальные изменения по составу и взаимосвязям между элементами требуется внести. Анализ внешних условий должен проводиться в следующих направлениях:
 достаточно ли у системы финансовых, материальных и трудовых ресурсов для достижения поставленных целей;
 существует ли правовое поле по реализации основных функций системы (наличие соответствующей нормативно-правовой базы);
 соответствуют ли существующие экономические механизмы эффективной реализации основных функций системы.
Если внешних условий «достаточно» и они определены, считается что
анализ (синтез), системы закончен, в противном случае экспертам рекомендуется пересмотреть (скорректировать) цели системы.
1.8 Понятие системного анализа
Теория систем лежит в основе любой системной деятельности.
Термин «системный анализ» используется в публикациях неоднозначно.
В одних работах системный анализ определяется как «приложение системных
концепций к функциям управления, связанным с планированием». В других термин «системный анализ» употребляется как синоним термина «анализ систем».
Системный анализ непосредственно опирается на сочетание формальных
(математических) и неформальных методов исследования, на использование
целевой концепции, на развитие теории выбора и принятия решений.
Системный анализ – это одно из основных направлений реализации системного подхода, в рамках которого рассматриваются исследовательские и
управленческие проблемы, связанные с обоснованием и принятием решений в
области экономики, политики, техники и т.д.
Теория систем и системный анализ как отрасль науки может быть разделена на две, достаточно условные части:

теоретическую: использующую такие области как теория вероятностей, теория информации, теория игр, теория графов, теория расписаний,
теория решений, топология, факторный анализ и др.;

прикладную, основанную на прикладной математической статистике, методах исследования операций, имитационном моделировании, системотехнике и т. п.
Таким образом, теория систем и системный анализ широко использует
достижения многих отраслей науки. Вместе с тем, в теории систем имеется свое
«ядро», свой особый метод – системный подход к возникающим задачам. Сущность этого метода достаточно проста: все элементы системы и все операции в
24
ней должны рассматриваться только как одно целое, только в совокупности,
только во взаимосвязи друг с другом.
Системный анализ применяется для разрешения трудноформализуемых и
слабоструктурированных проблем, как средство сведения сложной проблемы к
взаимосвязанной иерархии более простых задач, доступных для решения формальными методами. Примерами таких сложных проблем являются:
 проектирование
и
модернизация
крупных
организационнотехнологических объектов (предприятий, компаний, промышленных
объединений),
 создание и внедрение программно-технических комплексов,
 разработка программ социально-экономического развития, программ
энергосбережения и т.д.
Можно сказать, что системный анализ включает методы исследования,
проектирования и развития сложных систем различной природы – технических,
технологических, экономических, социальных, а также смешанных.
Методы и модели системного анализа в первую очередь используются на
ранних этапах проектирования или развития сложных систем. К ранним этапам
относятся этапы концептуализации, которые называют также «анализ проблем», «предпроектное обследование», «эскизное проектирование», «этап научно-исследовательских работ» и т.д. К числу таких работ относятся:
 выявление проблем (узких мест) в существующих системах,
 выявление целей, направлений проектирования,
 определение перспективных вариантов структуры системы,
 формирование задач управления и т.д.
Эти работы являются слабоформализуемыми, «творческими» и одновременно очень важными, поскольку они формируют основу, «каркас» проектируемого объекта, основные направления проектирования системы, которые в
дальнейшем прорабатываются, уточняются, детализируются. Решения, принимаемые на ранних этапах, в первую очередь определяют качество конечного результата. Применяя модели и методы системного анализа, можно повысить качество этих работ, избежать грубых ошибок при их проведении, а также сократить трудоемкость и сроки проведения работ.
1.9 Принципы системного анализа
Универсальной методики - инструкции по проведению системного анализа - не существует. Такая методика разрабатывается и применяется в тех случаях, когда у исследователя нет достаточных сведений о системе, которые позволили бы формализовать процесс ее исследования, включающий постановку и
решение возникшей проблемы.
25
За основу при разработке методики системного анализа можно взять этапы проведения любого научного исследования. Однако специфической особенностью любой методики системного анализа является то, что она должна опираться на понятие системы и использовать закономерности построения, функционирования и развития систем. Здесь нужно подчеркнуть, что при практическом применении методик системного анализа рассматривается следующее:
часто после выполнения того или иного этапа возникает необходимость возвратиться к предыдущему или еще более раннему этапу, а иногда и повторить
процедуру системного анализа полностью.
Общим для всех методик системного анализа является определение закона функционирования системы, формирование вариантов структуры системы
(нескольких альтернативных алгоритмов, реализующих заданный закон функционирования) и выбор наилучшего варианта, осуществляемого путем решения
задач декомпозиции, анализа исследуемой системы и синтеза системы и снимающего проблему практики. Основой построения методики анализа и синтеза
систем в конкретных условиях является соблюдение принципов системного
анализа.
Принципы системного подхода – это положения общего характера, являющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами. Их
часто считают ядром методологии. Известно около двух десятков таких принципов, ряд из которых целесообразно рассмотреть.
Наиболее часто к системным причисляют следующие принципы: принцип конечной цели, принцип измерения, принцип эквифинальности, принцип
единства, принцип связности, принцип модульного построения, принцип иерархии, принцип функциональности, принцип развития (историчности, открытости), принцип децентрализации, принцип неопределенности.
Принцип конечной цели. Это абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели. Принцип имеет несколько правил:
–
для проведения системного анализа необходимо в первую очередь
сформулировать цель исследования. Расплывчатые, не полностью определенные цели влекут за собой неверные выводы;
–
анализ следует вести на базе первоочередного уяснения основной
цели (функции, основного назначения) исследуемой Системы, что позволит определить ее основные существенные свойства, показатели качества и критерии
оценки;
–
при синтезе систем любая попытка изменения или совершенствования должна оцениваться относительно того, помогает или мешает
она достижению конечной цели;
–
цель функционирования искусственной системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система является составной частью.
26
Принцип измерения. Для определения эффективности функционирования
системы надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних свойств исследуемой системы относительно целей и задач суперсистемы,
Принцип эквифинальности. Система может достигнуть требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно
собственными характеристиками системы при различных начальных условиях
и различными путями. Это форма устойчивости по отношению к начальным и
граничным условиям.
Принцип единства. Это совместное рассмотрение системы как целого и
как совокупности частей (элементов).
Принцип связности. Рассмотрение любой части совместно с ее окружением подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами
системы и выявление связей с внешней средой (учет внешней среды). В соответствии с этим принципом систему в первую очередь следует рассматривать
как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой суперсистемой
или старшей системой.
Принцип модульного построения. Полезно выделение модулей в системе
и рассмотрение ее как совокупности модулей. Принцип указывает на возможность вместо части системы исследовать совокупность ее входных и выходных
воздействий (абстрагирование от излишней детализации).
Принцип иерархии. Полезно введение иерархии частей и их ранжирование, что упрощает разработку системы и устанавливает порядок рассмотрения
частей.
Принцип функциональности. Это совместное рассмотрение структуры и
функции с приоритетом функции над структурой. Принцип утверждает, что
любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей. В случае придания системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему.
Принцип развития. Это учет изменяемости системы, ее способности к
развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации.
В основу синтезируемой системы требуется закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования. Обычно расширение функций предусматривается за счет обеспечения возможности включения новых модулей, совместимых с уже имеющимися. Отдельные авторы этот принцип называют
принципом изменения (историчности) или открытости. Для того чтобы система
функционировала, она должна изменяться, взаимодействовать со средой.
Принцип децентрализации. Это сочетание в сложных системах централизованного и децентрализованного управления, которое, как правило, заключается в том, что степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставленной цели. Как правило, в сложной системе
обычно присутствуют два уровня управления. В медленно меняющейся обста27
новке децентрализованная часть системы успешно справляется с адаптацией
поведения системы к среде и с достижением глобальной цели системы за счет
оперативного управления, а при резких изменениях среды осуществляется централизованное управление по переводу системы в новое состояние.
Принцип неопределенности. Это учет неопределенностей и случайностей
в системе. Принцип утверждает, что можно иметь дело с системой, в которой
структура, функционирование или внешние воздействия не полностью определены.
Перечисленные принципы обладают очень высокой степенью общности.
Для непосредственного применения исследователь должен наполнить их конкретным содержанием применительно к предмету исследования
2 КЛАССИФИКАЦИИ И СВОЙСТВА СИСТЕМ И МОДЕЛЕЙ
2.1 Свойства системы
Выделяют три группы свойств систем:
1) статические свойства системы – система в любой, но фиксированный
момент времени;
2) динамические свойства системы – особенности изменений со временем
внутри системы и вне ее;
3) синтетические свойства системы – обобщающие, собирательные, интегральные свойства.
Статические свойства:
 Целостность – всякая система выступает как нечто единое, целое,
обособленное, отличающееся от всего остального.
 Открытость – взаимодействие системы со средой.
 Внутренняя неоднородность систем характеризуется различимостью
частей.
 Структурированность – связь между собой частей, взаимодействующих между собой.
Динамические свойства.
 Функциональность. Процессы Y(t), происходящие на выходах системы ( Y (t )  y1 (t ), y2 (t ),...,yn (t )), рассматриваются как ее функции (рис. 2.1).
система
y1 (t )
y2 (t )
…
yn (t )
Рис. 2.1
28
Y (t )
 Стимулируемость – подверженность любой системы воздействиям
извне и изменениям ее поведения под этими воздействиями (рис. 2.2).
X (t )
x1 (t )
x2 (t ) …
xn (t )
система
Y (t )
Рис. 2.2
 Изменчивость системы со временем. Изменениям подвержены внутренние переменные (параметры), структура системы, состав, любые их комбинации.
Можно привести следующую классификацию изменений:
1) по скорости (быстрые и медленные);
2) по сложности (простые, сложные, очень сложные);
3) по тенденции перемен в системе (монотонные изменения);
4) по предсказуемости (детерминированные, случайные, нечеткие);
5) по типу зависимости от времени (процессы монотонные, периодические, гармонические, импульсные);
6) по взаимодействию с внешней средой (активные и пассивные).
 Существование в изменяющейся среде. Данный аспект можно рассматривать с двух сторон:
1) соотношение скорости изменений внутри системы со скоростью
изменений в окружающей среде;
2) ускорение перемен в среде.
Синтетические свойства:
 Эмерджентность (от англ. «возникать»). Источником и носителем
эмерджентных свойств выступает структура системы. У системы есть эмерджентные свойства, которые не могут быть объяснены, выражены через свойства
отдельно взятых ее частей. У системы есть и не эмерджентные свойства, одинаковые со свойствами ее частей. Динамический аспект эмерджетности обозначен
отдельным термином – синергетичность.
 Неразделимость на части. При изъятии из системы некоторой части
происходит изменение структуры системы, следовательно, появляется другая
система с иными свойствами.
 Ингерентность – согласованность, приспособленность к окружающей
среде, совместимость с нею. Ингерентность не является абсолютным свойством
системы, а привязано к некоторой функции.
 Целесообразность – подчиненность всех составляющих системы поставленной цели.
29
2.2 Классификация систем
Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности. Признак (или совокупность признаков)
является основанием (критерием) классификации.
Система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками и соответственно ей может быть найдено место в различных классификациях, каждая из которых может быть полезной при выборе методологии исследования. Обычно цель классификации – ограничить выбор подходов к отображению систем, выработать язык описания, подходящий для соответствующего
класса.
По содержанию системы различают реальные (материальные), объективно существующие, и абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся
продуктом мышления (рис. 2.3).
Системы
генерализующие
языки
логикоэвристические
модели
непосредственного
отображения
математические
модели
организационнотехнические
социальные
искусственные
технические
биологические
физические
естественные
абстрактные
концептуальные
модели
реальные
Рис. 2.3. Классификация систем
Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и искусственные (антропогенные).
Естественные системы – системы неживой (физические, химические) и
живой (биологические) природы.
Искусственные системы создаются человечеством для своих нужд или
образуются в результате целенаправленных усилий.
Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и социальные (общественные).
Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в определённых целях.
30
К социальным системам относятся различные системы человеческого
общества.
Выделение систем, состоящих из одних только технических устройств,
почти всегда условно, поскольку они не способны вырабатывать своё состояние. Эти системы выступают как части более крупных, включающие людей –
организационно-технических систем.
Организационная система, для эффективного функционирование которой
существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с
технической подсистемой, называется человеко-машинной системой.
Примеры человеко-машинных систем: автомобиль – водитель; самолёт –
лётчик; ЭВМ – пользователь и т.д.
Таким образом, под техническими системами понимают единую конструктивную совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов,
предназначенная для целенаправленных действий с задачей достижения в процессе функционирования заданного результата.
Отличительными признаками технических систем по сравнению с произвольной совокупностью объектов или по сравнению с отдельными элементами
является конструктивность (практическая осуществляемость отношений между элементами), ориентированность и взаимосвязанность составных элементов и целенаправленность.
Для того чтобы система была устойчивой к воздействию внешних влияний, она должна иметь устойчивую структуру. Выбор структуры практически
определяет технический облик как всей системы, так её подсистем, и элементов. Вопрос о целесообразности применения той или иной структуры должен
решаться исходя из конкретного назначения системы. От структуры зависит
также способность системы к перераспределению функций в случае полного
или частичного отказа отдельных элементов, а, следовательно, надёжность и
живучесть системы при заданных характеристиках её элементов.
Абстрактные системы являются результатом отражения действительности (реальных систем) в мозге человека.
Их построение – необходимая ступень обеспечения эффективного взаимодействия человека с окружающим миром. Абстрактные (идеальные) системы
объективны по источнику происхождения, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность.
Абстрактные системы разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие определённые аспекты реальных систем) и системы генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся математические и логико-эвристические модели, а ко вторым – концептуальные системы
(теории методологического построения) и языки.
Эвристическая модель (количественного подтверждения нет, но модель
способствует более глубокому проникновению в суть дела).
31
Концептуальная система – множество понятий и связей между ними.
Язык – система знаков для обмена информацией.
В табл. 2.1 приведена классификация систем по разным критериям.
По взаимодействию с внешней средой системы разделяются на: открытые, закрытые (замкнутые, изолированные) и комбинированные. Деление
систем на открытые и закрытые связано с их характерными признаками: возможность сохранения свойств при наличии внешних воздействий. Если система
нечувствительна к внешним воздействиям, её можно считать закрытой. В противном случае – открытой.
Табл. 2.1. Классификация систем в зависимости от различных признаков
Основание (критерий)
классификации систем
По взаимодействию с внешней средой
По структуре
По характеру функций
По характеру развития
По степени организованности
По сложности поведения
По характеру связи между элементами
По характеру структуры управления
По назначению
Классы систем
Открытые
Закрытые
Комбинированные
Простые
Сложные
Большие
Специализированные
Многофункциональные (универсальные)
Стабильные
Развивающиеся
Хорошоорганизованные
Плохоорганизованные (диффузные)
Автоматические
Решающие
Самоорганизующиеся
Предвидящие
Превращающиеся
Детерминированные
Стохастические
Централизованные
Децентрализованные
Производящие
Управляющие
Обслуживающие
Открытой называется система, которая взаимодействует с окружающей
средой. Все реальные системы являются открытыми. Открытая система является частью более общей системы или нескольких систем. Если вычленить из
этого образования собственно рассматриваемую систему, то оставшаяся часть –
её среда.
32
Открытая система связана со средой определёнными коммуникациями, то
есть сетью внешних связей системы. Выделение внешних связей и описание
механизмов взаимодействия «система-среда» является центральной задачей
теории открытых систем. Рассмотрение открытых систем позволяет расширить
понятие структуры системы. Для открытых систем оно включает не только
внутренние связи между элементами, но и внешние связи со средой. При описании структуры внешние коммуникационные каналы стараются разделить на
входные (по которым среда воздействует на систему) и выходные (наоборот).
Совокупность элементов этих каналов, принадлежащих собственной системе
называются входными и выходными полюсами системы. У открытых систем,
по крайней мере, один элемент имеет связь с внешней средой, по меньшей мере, один входной полюс и один выходной, которыми она связана с внешней
средой.
Для каждой системы связи со всеми подчинёнными ей подсистемами и
между последним, являются внутренними, а все остальные – внешними. Связи
между системами и внешней средой также, как и между элементами системы,
носят, как правило, направленный характер.
Важно подчеркнуть, что в любой реальной системе в силу законов диалектики о всеобщей связи явлений число всех взаимосвязей огромно, так что
учесть и исследования абсолютно все связи невозможно, поэтому их число искусственно ограничивают. Вместе с тем, учитывать все возможные связи нецелесообразно, так как среди них есть много несущественных, практически не
влияющих на функционирование системы и количество полученных решений
(с точки зрения решаемых задач). Если изменение характеристик связи, её исключение (полный разрыв) приводят к значительному ухудшению работы системы, снижению эффективности, то такая связь – существенна. Одна из важнейших задач исследователя – выделить существенные для рассмотрения системы в условиях решаемой задачи связи и отделить их от несущественных. В
связи с тем, что входные и выходные полюса системы не всегда удаётся чётко
выделить, приходится прибегать к определённой идеализации действий. Наибольшая идеализация имеет место при рассмотрении закрытой системы.
Закрытой называется система, которая не взаимодействует со средой или
взаимодействует со средой строго определённым образом. В первом случае
предполагается, что система не имеет входных полюсов, а во втором, что входные полюса есть, но воздействие среды носит неизменный характер и полностью (заранее) известно. Очевидно, что при последнем предположении указанные воздействия могут быть отнесены собственно к системе, и её можно рассматривать, как закрытую. Для закрытой системы, любой её элемент имеет связи только с элементами самой системы.
Разумеется, закрытые системы представляют собой некоторую абстракцию реальной ситуации, так как, строго говоря, изолированных систем не су33
ществует. Однако, очевидно, что упрощение описания системы, заключаются в
отказе от внешних связей, может привести к полезным результатам, упростить
исследование системы. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой – открытые. Если временный разрыв или изменение характерных
внешних связей не вызывает отклонения в функционировании системы сверх
установленных заранее пределов, то система связана с внешней средой слабо. В
противном случае – тесно.
Комбинированные системы содержат открытые и закрытые подсистемы.
Наличие комбинированных систем свидетельствует о сложной комбинации открытой и закрытой подсистем.
В зависимости от структуры и пространственно-временных свойств
системы делятся на простые, сложные и большие.
Простые – системы, не имеющие разветвлённых структур, состоящие из
небольшого количества взаимосвязей и небольшого количества элементов. Такие элементы служат для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархические уровни. Отличительной особенностью простых систем является детерминированность (четкая определенность) номенклатуры, числа
элементов и связей как внутри системы, так и со средой.
Сложные – характеризуются большим числом элементов и внутренних
связей, их неоднородностью и разнокачественностью, структурным разнообразием, выполняют сложную функцию или ряд функций. Компоненты сложных
систем могут рассматриваться как подсистемы, каждая из которых может быть
детализирована ещё более простыми подсистемами и т.д. до тех пор, пока не
будет получен элемент.
Определение №1: система называется сложной (с гносеологических позиций), если её познание требует совместного привлечения многих моделей
теорий, а в некоторых случаях многих научных дисциплин, а также учёта неопределённости вероятностного и невероятностного характера. Наиболее характерным проявлением этого определения является многомодельность.
Модель – некоторая система, исследование которой служит средством
для получения информации о другой системе. Это описание систем (математическое, вербальное и т.д.) отображающее определённую группу её свойств.
Определение №2: систему называют сложной если в реальной действительности рельефно (существенно) проявляются признаки её сложности. А
именно:
а) структурная сложность – определяется по числу элементов системы,
числу и разнообразию типов связей между ними, количеству иерархических
уровней и общему числу подсистем системы. Основными типами считаются
следующие виды связей: структурные (в том числе, иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные), информационные, пространственно-временные;
34
б) сложность функционирования (поведения) – определяется характеристиками множества состояний, правилами перехода из состояния в состояние,
воздействие системы на среду и среды на систему, степенью неопределённости
перечисленных характеристик и правил;
в) сложность выбора поведения – в многоальтернативных ситуациях, когда выбор поведения определяется целью системы, гибкостью реакций на заранее неизвестные воздействия среды;
г) сложность развития – определяемая характеристиками эволюционных
или скачкообразных процессов.
Естественно, что все признаки рассматриваются во взаимосвязи. Иерархическое построение – характерный признак сложных систем, при этом уровни
иерархии могут быть как однородные, так и неоднородные. Для сложных систем присущи такие факторы, как невозможность предсказать их поведение, то
есть слабо предсказуемость, их скрытность, разнообразные состояния.
Сложные системы можно подразделить на следующие факторные подсистемы:
1) решающую, которая принимает глобальные решения во взаимодействии с внешней средой и распределяет локальные задания между всеми другим
подсистемами;
2) информационную, которая обеспечивает сбор, переработку и передачу
информации, необходимой для принятия глобальных решений и выполнения
локальных задач;
3) управляющую для реализации глобальных решений;
4) гомеостазную, поддерживающую динамическое равновесие внутри
систем и регулирующую потоки энергии и вещества в подсистемах;
5) адаптивную, накапливающую опыт в процессе обучения для улучшения структуры и функций системы.
Большой системой называют систему, ненаблюдаемую одновременно с
позиции одного наблюдателя во времени или в пространстве, для которой существенен пространственный фактор, число подсистем которой очень велико, а
состав разнороден.
Система может быть и большой и сложной. Сложные системы объединяет более обширную группу систем, то есть большие - подкласс сложных систем.
Основополагающими при анализе и синтезе больших и сложных систем
являются процедуры декомпозиции и агрегирования.
Декомпозиция – разделение систем на части, с последующим самостоятельным рассмотрением отдельных частей.
Очевидно, что декомпозиция представляют собой понятие, связанное с
моделью, так как сама система не может быть расчленена без нарушений
свойств. На уровне моделирования, разрозненные связи заменятся соответст35
венно эквивалентами, либо модели систем строится так, что разложение её на
отдельные части при этом оказывается естественным.
Применительно к большим и сложным системам декомпозиция является
мощным инструментом исследования.
Агрегирование является понятием, противоположным декомпозиции. В
процессе исследования возникает необходимость объединения элементов системы с целью рассмотреть её с более общих позиций.
Декомпозиция и агрегирование представляют собой две противоположные стороны подхода к рассмотрению больших и сложных систем, применяемые в диалектическом единстве.
С точки зрения характера функций различаются специальные, многофункциональные, и универсальные системы.
Для специальных систем характерна единственность назначения и узкая
профессиональная специализация обслуживающего персонала (сравнительно
несложная).
Многофункциональные системы позволяют реализовать на одной и той же
структуре несколько функций. Пример: производственная система, обеспечивающая выпуск различной продукции в пределах определённой номенклатуры.
Для универсальных систем: реализуется множество действий на одной и
той же структуре, однако состав функций по виду и количеству менее однороден (менее определён). Например, комбайн.
По характеру развития два класса систем: стабильные и развивающиеся. У стабильной системы структура и функции практически не изменяются в
течение всего периода её существования и, как правило, качество функционирования стабильных систем по мере изнашивания их элементов только ухудшается. Восстановительные мероприятия обычно могут лишь снизить темп ухудшения.
Отличной особенностью развивающихся систем является то, что с течением времени их структура и функции приобретают существенные изменения.
Функции системы более постоянны, хотя часто и они видоизменяются. Практически неизменными остаётся лишь их назначение. Развивающиеся системы
имеют более высокую сложность.
По степени организованности: хорошоорганизованные, плохоорганизованные (диффузные).
Представить анализируемый объект или процесс в виде хорошоорганизованной системы означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты. Проблемная ситуация может
быть описана в виде математического выражения. Решение задачи при представлении ее в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами формализованного представления системы.
36
Примеры хорошоорганизованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца;
отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы
уравнений, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов,
нестабильности источников питания и т. п.).
Описание объекта в виде хорошоорганизованной системы применяется в
тех случаях, когда можно предложить детерминированное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу. Попытки применить класс хорошоорганизованных систем
для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритериальных задач плохо удаются: они требуют недопустимо больших затрат времени, практически нереализуемы и неадекватны применяемым моделям.
Плохоорганизованные системы. При представлении объекта в виде плохо
организованной или диффузной системы не ставится задача определить все
учитываемые компоненты, их свойства и связи между ними и целями системы.
Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса
явлений, а на основе определенной с помощью некоторых правил выборки
компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе
такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении
статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с некоторой доверительной вероятностью.
Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при: описании систем массового обслуживания, определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, исследовании документальных
потоков информации в системах управления и т. д.
В порядке усложнения поведения: автоматические, решающие, самоорганизующиеся, предвидящие, превращающиеся.
Автоматические: однозначно реагируют на ограниченный набор внешних воздействий, внутренняя их организация приспособлена к переходу в равновесное состояние при выводе из него (гомеостаз).
Решающие: имеют постоянные критерии различения их постоянной реакции на широкие классы внешних воздействий. Постоянство внутренней структуры поддерживается заменой вышедших из строя элементов.
Самоорганизующиеся: имеют гибкие критерии различения и гибкие реакции на внешние воздействия, приспосабливающиеся к различным типам воздействия. Устойчивость внутренней структуры высших форм таких систем
обеспечивается постоянным самовоспроизводством.
37
Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем:
стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять
структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства
целостности; способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящиеся и другие подклассы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем.
Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей,
организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом,
т.е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.
Если устойчивость по своей сложности начинает превосходить сложные
воздействия внешнего мира – это предвидящие системы: она может предвидеть
дальнейший ход взаимодействия.
Превращающиеся – это воображаемые сложные системы на высшем
уровне сложности, не связанные постоянством существующих носителей. Они
могут менять вещественные носители, сохраняя свою индивидуальность. Науке
примеры таких систем пока не известны.
Систему можно разделить на виды по признакам структуры их построения и характеру связи между элементами.
Системы, для которых состояние системы однозначно определяется начальными значениями и может быть предсказано для любого последующего
момента времени, называются детерминированными.
Стохастические системы – системы, изменения в которых носят случайный характер. При случайных воздействиях данных о состоянии системы недостаточно для предсказания в последующий момент времени.
По характеру структуры управления в некоторых системах одной из
частей может принадлежать доминирующая роль (её значимость >> (символ
отношения «значительного превосходства») значимость других частей). Такой
компонент – будет выступать как центральный, определяющий функционирование всей системы. Такие системы называют централизованными.
В других системах все составляющие их компоненты примерно одинаково значимы. Структурно они расположены не вокруг некоторого централизованного компонента, а взаимосвязаны последовательно или параллельно и
имеют примерно одинаковые значения для функционирования системы. Это
децентрализованные системы.
Системы можно классифицировать по назначению. Среди технических и
организационных систем выделяют: производящие, управляющие, обслуживающие.
38
В производящих системах реализуются процессы получения некоторых
продуктов или услуг. Они в свою очередь делятся на вещественноэнергетические, в которых осуществляется преобразование природной среды
или сырья в конечный продукт вещественной или энергетической природы, либо транспортирование такого рода продуктов; и информационные – для сбора,
передачи и преобразования информации и предоставление информационных
услуг.
Назначение управляющих систем – организация и управление вещественно-энергетическими и информационными процессами.
Обслуживающие системы занимаются поддержкой заданных пределов
работоспособности производящих и управляющих систем.
2.3 Понятие модели системы. Классификация моделей
Изучение любой системы предполагает создание модели системы, позволяющей произвести анализ и предсказать ее поведение в определенном диапазоне условий, решать задачи анализа и синтеза реальной системы. В зависимости от целей и задач моделирования оно может проводиться на различных
уровнях абстракции.
Модель – описание системы, отражающее определенную группу ее
свойств.
Необходимость использования моделей возникает, когда получение решений (проведение эксперимента) на реальном объекте дорого, сложно или вообще невозможно. Время на разработку модели и получение решения с ее помощью не должно быть также больше времени существования проблемы.
Сложные системы характеризуются выполняемыми процессами (функциями), структурой и поведением во времени. Для адекватного моделирования
этих аспектов в автоматизированных информационных системах различают
функциональные, структурные, информационные и поведенческие модели, пересекающиеся друг с другом.
Функциональная модель системы описывает совокупность выполняемых
системой функций.
Структурная (морфологическая) характеризует морфологию системы (ее
построение) – состав функциональных подсистем, их взаимосвязи.
Информационная модель отражает сведения об организации системы и
управлении в ней.
Поведенческая (событийная) модель описывает информационные процессы (динамику функционирования), в ней фигурируют такие категории, как
состояние системы, событие, переход из одного состояния в другое, условие
перехода, последовательность событий.
39
Для исследования систем широко используются следующие типы моделей: физические и символические (рис. 2.4).
модели
символические
содержательные
физические
математические
аналитические
статические
детерминированные
дискретные
динамические
стохастические
непрерывные
численные
имитационные
Рис. 2.4. Классификация моделей
Физическая модель – некоторый упрощенный физический аналог системы-прототипа. В процессе физического моделирования задаются некоторые характеристики внешней среды и исследуется поведение либо реального объекта,
либо его модели при заданных или создаваемых искусственно воздействиях
внешней среды. Физическое моделирование может протекать в реальном и модельном (псевдореальном) масштабах времени или рассматриваться без учета
времени.
Символическое моделирование представляет собой искусственный процесс создания логического объекта, который замещает реальный и выражает
его основные свойства с помощью определенной системы знаков и символов. В
основе языкового моделирования лежит некоторый тезаурус, который образуется из набора понятий исследуемой предметной области, причем этот набор
должен быть фиксированным. Под тезаурусом понимается словарь, отражающий связи между словами или иными элементами данного языка, предназначенный для поиска слов по их смыслу.
Если для описания системы используется естественный язык (язык общения между людьми), то такое описание называется содержательной моделью.
Примерами содержательных моделей являются: словесные постановки задач,
программы и планы развития систем, деревья целей организации и др. Содержательные модели имеют самостоятельную ценность при решении задач исследования и управления системами, а также используются в качестве предвари40
тельного шага при разработке математических моделей. Поэтому качество математической модели зависит от качества соответствующей содержательной
модели.
Математическая модель – приближенное описание какого-либо класса
явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики.
Статическое моделирование служит для описания состояния объекта в
фиксированный момент времени, а динамическое – для исследования объекта
во времени.
Детерминированное моделирование отображает процессы, в которых
предполагается отсутствие случайных воздействий. Стохастическое моделирование учитывает вероятностные процессы и события.
Дискретные модели характеризуют процессы, описываемые дискретными переменными, непрерывные – непрерывными.
Аналитические модели описывают процесс в виде некоторых функциональных отношений или (и) логических условий. Численные модели отражают
элементарные этапы вычислений и последовательность их проведения. При
имитационном моделировании воспроизводится алгоритм функционирования
системы во времени - поведение системы, причем имитируются элементарные
явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания, что позволяет по исходным данным получить
сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие
возможность оценить характеристики системы.
2.4 Математические модели. Принципы.
Этапы моделирования
Математическое моделирование является скорее искусством, чем законченной теорией. Здесь весьма велика роль опыта, интуиции и других интеллектуальных качеств человека. Поэтому невозможно написать достаточно формализованную инструкцию по созданию модели той или иной. К настоящему
времени уже накоплен значительный опыт, дающий основание сформулировать
некоторые принципы и подходы к построению моделей. Принципы определяют
те общие требования, которым должна удовлетворять правильно построенная
модель. Рассмотрим эти принципы.
l. Адекватность. Этот принцип предусматривает соответствие модели
целям исследования по уровню сложности и организации.
2. Соответствие модели решаемой задаче. Модель должна строиться для
решения определенного класса задач или конкретной задачи исследования системы. Попытки создания универсальной модели, нацеленной на решение большого числа разнообразных задач, приводят к такому усложнению, что она оказывается практически непригодной. Опыт показывает, что при решении каждой
41
конкретной задачи нужно иметь свою модель, отражающую те аспекты системы, которые являются наиболее важными в данной задаче.
3. Упрощение при сохранении существенных свойств системы. Модель
должна быть в некоторых отношениях проще прототипа – в этом смысл моделирования. Этот принцип может быть назван принципом абстрагирования от
второстепенных деталей.
4. Соответствие между требуемой точностью результатов моделирования и сложностью модели. Модели по своей природе всегда носят приближенный характер. Возникает вопрос, каким должно быть это приближение. С
одной стороны, чтобы отразить все сколько-нибудь существенные свойства,
модель необходимо детализировать. С другой стороны, строить модель, приближающуюся по сложности к реальной системе, очевидно, не имеет смысла.
Она не должна быть настолько сложной, чтобы нахождение решения оказалось
слишком затруднительным. Компромисс между этими двумя требованиями
достигается нередко путем проб и ошибок.
5. Баланс погрешностей различных видов. В соответствии с принципом
баланса необходимо добиваться, например, баланса систематической погрешности моделирования за счет отклонения модели от оригинала и погрешности
исходных данных, точности отдельных элементов модели, систематической погрешности моделирования и случайной погрешности при интерпретации и осреднении результатов.
6. Многовариантность реализаций элементов модели. Разнообразие реализаций одного и того же элемента, отличающихся по точности (а следовательно, и по сложности), обеспечивает регулирование соотношения «точность/сложность».
7. Блочное строение. При соблюдении принципа блочного строения облегчается разработка сложных моделей и появляется возможность использования накопленного опыта и готовых блоков с минимальными связями между
ними.
К построению модели можно приступить на основе анализа исходных
данных, которые уже известны или могут быть получены. Анализ позволяет
сформулировать гипотезу о структуре системы, которая затем апробируется.
Так появляются первые модели нового образца иностранной техники при наличии предварительных данных об их технических параметрах.
Метод математического моделирования, сводящий исследование явлений
внешнего мира к математическим задачам, занимает ведущее место среди других методов исследования, особенно в связи с появлением ЭВМ. Он позволяет
проектировать новые технические средства, работающие в оптимальных режимах, для решения сложных задач науки и техники; проектировать новые явления. Математические модели проявили себя как важное средство управления.
Они применяются в самых различных областях знания, стали необходимым ап42
паратом в области экономического планирования и являются важным элементом автоматизированных систем управления.
Процесс моделирования состоит из трех этапов (рис. 2.5):
Объект
Этап 3:
Интерпретация
Этап 1:
Формализация
Модель
Эксперимент
Синтез
Анализ
Этап 2:
Моделирование
Изучение
модели
Рис. 2.5. Процесс моделирования
– формализации (переход от реального объекта к модели),
– моделирования (исследование и преобразования модели),
– интерпретации (перевод результатов моделирования в область реальности).
Применяя модели, реальный объект заменяется его идеализированной
копией, что автоматически приводит к искажениям реального объекта или ситуации. Уровень информационного разнообразия модели значительно ниже,
чем у реального объекта.
Однозначность математического языка является одновременно и «плюсом» и «минусом». Достоинство в том, что математическое моделирования не
допускает ошибок, но это же свойство ограничивает возможность достаточно
полного описания объекта. Иными словами, использование математики гарантирует точность, но не правильность получаемого решения
3 МЕТОДЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
3.1 Методы системного выбора
3.1.1 Методы экспертных оценок
При исследовании сложных систем возникают проблемы, выходящие за
пределы формальных математических постановок задач. В таком случае прибегают к услугам экспертов, т.е. лиц, чьи суждения и интуиция могут уменьшить
сложность проблемы. Термин «эксперт» происходит от латинского слова expert
– «опытный».
Основная идея экспертных методов состоит в том, чтобы использовать
интеллект людей, их способность искать и находить решение слабо формализо43
ванных задач. При использовании экспертных оценок обычно предполагается,
что мнение группы экспертов надежнее, чем мнение отдельного эксперта.
Все множество проблем, решаемых методами экспертных оценок, делится на два класса. К первому классу относятся такие, в отношении которых имеется достаточное обеспечение информацией. При этом методы опроса и обработки основываются на использовании принципа «хорошего измерителя», т.е.
эксперт является источником достоверной информации; групповое мнение экспертов близко к истинному решению. Ко второму классу относятся проблемы,
в отношении которых знаний для уверенности и справедливости указанных гипотез недостаточно. В этом случае экспертов нельзя рассматривать как «хороших измерителей» и необходимо осторожно подходить к обработке результатов
экспертизы.
Особенность интеллектуальной деятельности людей состоит в том, что
она во многом зависит от внешних и внутренних условий. Поэтому в методиках
организации экспертных оценок специальное внимание уделяется созданию
благоприятных условий и нейтрализации факторов, неблагоприятно влияющих
на работу экспертов. Экспертные оценки несут в себе как узкосубъективные
черту, присущие каждому эксперту, так и коллективно-субъективные присущие
коллегии экспертов. И если первые устраняются в процессе обработки индивидуальных экспертных оценок, то вторые не исчезают, какие бы способы обработки не применялись.
К наиболее употребительным процедурам экспертных измерений, относятся: ранжирование, парное сравнение, множественные сравнения, непосредственная оценка, Черчмена-Акоффа, метод Терстоуна, метод фон НейманаМоргенштерна.
Целесообразность применения того или иного метода во многом определяется характером анализируемой информации. Если оправданы лишь качественные оценки объектов по некоторым качественным признакам, то используются методы ранжирования, парного и множественного сравнения. Если характер анализируемой информации таков, что целесообразно получить численные
оценки объектов, то можно использовать какой-либо метод численной оценки,
начиная от непосредственных численных оценок и заканчивая более тонкими
методами Терстоуна и фон Неймана-Моргенштерна.
3.1.2 Метод Дельфи
Метод Дельфи представляет собой многотуровую процедуру анкетирования с обработкой и сообщением результатов каждого тура экспертам, работающим отдельно друг от друга. Этот метод был разработан Хелмером и Гордоном (США) в середине 50-х годов для составления всевозможных прогнозов.
Экспертам предлагается ответить на ряд вопросов и свои ответы аргументировать. При этом какие-либо дискуссии между экспертами запрещены, что, по
44
мнению авторов метода, исключает роль психологических и эмоциональных
факторов, неизбежно проявляющихся во время открытой дискуссии.
Полученные от эксперта данные обрабатываются с целью выделения
среднего или медианы и крайних значений оценок. Экспертам сообщаются результаты обработки первого тура опроса с указанием расположения оценок каждого эксперта. Если оценка эксперта сильно отклоняется от среднего значения, то его просят аргументировать свое мнение или изменить оценку.
Во втором туре эксперты аргументируют или изменяют свою оценку с
объяснением причин корректировки. Результаты опроса во втором туре обрабатываются и сообщаются экспертам. Если после первого тура производилась
корректировка оценок, то результаты обработки второго тура содержат новые
средние и крайние значения оценок экспертов. В случае сильного отклонения
своих оценок эксперты должны аргументировать или изменить свои суждения,
пояснив причины корректировки. Проведение последующих туров осуществляется по аналогичной процедуре. Обычно после третьего или четвертого тура
оценки экспертов стабилизируются, что и служит критерием прекращения
дальнейшего опроса.
Итеративная процедура опроса с сообщением результатов обработки после каждого тура обеспечивает лучшее согласование мнений экспертов, поскольку эксперты, давшие сильно отклоняющиеся оценки, вынуждены критически осмыслить свои суждения и обстоятельно их аргументировать. Необходимость аргументации или корректировки своих оценок не означает, что целью
экспертизы является получение полной согласованности мнений экспертов.
Конечным результатом может оказаться выявление двух или более групп мнений, отражающих принадлежность экспертов к различным научным школам,
ведомствам или категориям лиц. Получение такого результата является также
полезным, поскольку позволяет выяснить наличие различных точек зрения и
поставить задачу проведения исследований в данной области.
3.1.3 Функционально-стоимостной анализ
Автором метода функционально-стоимостного анализа является Майлз.
Цель метода – ускорить поиск путей снижения себестоимости изделия в проектных и производственных организациях.
Данный метод включает следующие этапы:
1) Организовать бригаду по функционально-стоимостному анализу, в которую включают консультанта по методу и представителей всех служб (конструкторско-технологического отдела, служб управления производством, качеством, снабжения, калькуляции, контрактов, бухгалтерии и т.д.).
2) Сформулировать функцию всего изделия и определить требования по
параметрам изделия.
45
3) Составить подробную калькуляцию себестоимости всех технологических операций по производству изделия, включающую расходы на приобретение материалов и комплектующих.
4) По каждой детали изделия комплексная бригада выполняет следующие шаги:
– определение всех функций детали;
– составление перечня цен самых дешевых из всех известных устройств,
способных выполнять эти функции, и получить суммарную цену выполнения
всех функций, представляющую нижнюю границу цены детали;
– выбор функционально совместимых устройств наиболее низкой стоимости;
– оформление изменений исходного изделия;
5) Представить результаты стоимостного анализа на одобрение консультантам по функционально-стоимостному анализу, конструкторскому бюро, администрации.
Пример. В табл. 3.1 приведен функционально-стоимостной анализ изделия
«зеркало заднего обзора автомобиля».
Табл. 3.1. Функции зеркала заднего обзора автомобиля
Самое дешевое из
имеющихся устройств
Функции
для осуществления этой
функции
1. Обеспечить обзор обстановки позади
Карманное зеркальце в
автомобиля
металлической оправе
2. Создать опору для небольшого предме- Стальной стержень, прита приблизительно в 50 мм от поверхности варенный обоими концадетали из листовой стали
ми
3. Обеспечить возможность регулироваДве втулки на стержне,
ния положения относительно горизонизогнутом под прямым угтальной и вертикальной осей
лом
4. Создать устойчивость по обеим осям
По одной пружинной шайпри вибрации
бе на каждую ось
5. Обеспечить возможность замены всего
Резьбовое соединение
узла
Минимальная суммарная ценность всех функций узла
Цена в
у.е.
0, 20
0,02
0,04
0,01
0,04
0,31
3.1.4 Метод многократного последовательного классифицирования
Метод многократного последовательного классифицирования – вариант
метода морфологического синтеза (анализа), базирующийся на многократной
«фильтрации» морфологического множества путем пошагового снижения степени агрегированности описания исследуемых технических систем с соответствующим «отсевом» вариантов на каждом шаге «фильтрации». Отсев вариантов
в этом методе основывается на следующих принципах.
46
1) Организация полного перебора вариантов возможна лишь на морфологической таблице небольшого размера.
2) Только агрегированное описание исследуемых систем позволяет построить морфологическую таблицу небольшого размера, в которой, тем не менее, представлены признаки исследуемых функциональных структур, наиболее
существенные с точки зрения условий задачи.
3) Увеличение надежности экспертного оценивания вариантов можно
обеспечить поэтапным увеличением детальности описания вариантов.
Для увеличения оперативности оценивания вариантов поэтапное увеличение детальности их описания должно сопровождаться поэтапным сокращением допустимого множества вариантов (поэтапной «фильтрацией»).
3.2 Методы генерации решений
3.2.1 Общая характеристика методов генерации решений
Генерирование альтернативных решений достижения целей является
творческим процессом ЛПР и экспертов, требующим анализа и синтеза предшествующих элементов процесса разработки решений: проблемной ситуации,
времени и ресурсов, целей и ограничений. В условиях ограничения времени и
ресурсов главным источником информации при разработке решений являются
знания и опыт ЛПР и экспертов в предметной области.
Все множество управленческих решений в зависимости от новизны проблемной ситуации можно разделить на три типа:
 стандартные решения,
 усовершенствованные решения,
 оригинальные решения.
Если данная проблемная ситуация уже неоднократно встречалась в прошлом (типовая), то необходимо воспользоваться известным стандартным решением. Если данная проблемная ситуация отличается некоторыми особенностями от типовой, то целесообразно только конкретизировать стандартные решения применительно к данной ситуации, получив видоизменение известных вариантов решений и пополнив банк данных типовых проблемных ситуаций и
стандартных решений. Оригинальные решения разрабатываются, когда известные пути решения не годятся либо имеют низкую эффективность достижения
целей.
Для разработки новых и оригинальных решений используют наиболее
часто экспертные методы, при этом обращают внимание на требования полноты множества альтернативных решений, степень достижения целей и возможности реализации решения. Количество сгенерированных альтернатив на начальном этапе не ограничивается. В дальнейшем каждый вариант решения
должен быть комплексно проанализирован не только с позиции степени дости47
жения целей, но и всех факторов, определяющих возможность его осуществления. Полнота генерируемого множества решений может быть достигнута путем
генерирования промежуточных вариантов решений между двумя крайними –
идеальным и наихудшим. Идеальный вариант решения характеризуется высокой степенью достижения целей любой ценой, и, как правило, не реализуется.
Наихудший вариант решения может характеризоваться бездействием. После
формирования альтернативных решений приступают к выявлению их предпочтений.
3.2.2 Мозговой штурм
Наиболее известным методом психологической активизации мышления
является «мозговой штурм», предложенный А. Осборном (США) в 40-х годах.
«Мозговой штурм» является коллективным методом поиска изобретательских
решений и новых бизнес идей, основная особенность которого заключается в
разделении участников на критиков и «генераторов», а также разделение процесса генерации и критики идей во времени. «Мозговой штурм» достаточно
универсальный метод, применение которого возможно в научной, технической,
административной, торговой, рекламной деятельности, как для поиска нестандартных решений в технике, так и для поиска новых бизнес идей.
Суть метода:
 разделение во времени процесса генерации идей и процесса их оценки;
 групповой процесс выдвижения идей;
 процессом управляет профессиональный ведущий, который способен
обеспечить соблюдение всех условий и правил;
 идеи – это еще не решение проблемы, а зарождение направления ее
решения;
 универсальность метода обратно пропорциональна его эффективности.
План действий:
 отобрать группу лиц для генерации идей и группу лиц для оценки
идей (по 4-8 человек);
 ознакомить участников с правилами мозгового штурма;
 четкое формулирование проблемы и представление ее в форме, наиболее удобной для участников;
 строго выполнять правила мозгового штурма;
 после окончания заседания «генераторов» идеи рассматриваются
группой экспертов-специалистов в данной области.
Правила проведения мозгового штурма
 количество идей предпочтительнее качества;
48
 критика идей на этапе генерации запрещена;
 в группе генерации идей не должно быть начальства;
 нет плохих идей! приветствуются любые идеи;
 любая идея должна быть развита, даже если ее уместность кажется в
данный момент сомнительной;
 поощрение шуток, каламбуров, фантастических идей;
 оказание поддержки и поощрение для освобождения участников заседания от скованности;
 идеи излагайте кратко;
 все выдвинутые идеи фиксируются и затем редактируются;
 при оценке идей заведомо ошибочные и нереальные отбрасываются.
Этапы мозгового штурма:
1.
Подготовка
o назначение ведущего;
o подбор участников для рабочих групп;
o подбор фактического материала;
o обучение и инструктаж участников;
o обеспечение деятельности участников.
2.
Выдвижение идей
o уточнение задачи;
o генерация идей;
o проработка и развитие наиболее ценных идей;
o запись предложений;
o редактирование списка идей.
3.
Оценка и отбор идей
o уяснение проблемы.
o определение критериев оценки.
o классификация и оценка идей.
o развитие идей на основе анализа.
Достоинства
 легкость освоения и простота в обращении;
 незначительные затраты времени на проведение;
 универсальность метода;
 наиболее эффективен при решении организационных проблем, а
также технических задач невысокого уровня сложности.
Недостатки
 решение относительно простых задач;
 отсутствие критериев, дающих приоритетные направления выдвижения идей;
 нет гарантии нахождения сильных идей.
49
3.2.3 Обратная мозговая атака
Одной из разновидностей «мозгового штурма» является «обратная мозговая атака». Здесь процесс поиска технических решений или бизнес идей разделен на три этапа. На первом этапе выявляются все возможные недостатки совершенствуемого объекта. На основании этих недостатков формулируются задачи. Вторым и третьим этапом являются этапы обычного «мозгового штурма».
Таким образом, отражая более полно недостатки объекта, удается находить
большее число изобретательских решений по его совершенствованию.
Этапы обратного мозгового штурма:
1.
Недостатки
 организация совещания специалистов, знающих особенности проблемы;
 ознакомить участников с правилами совещания;
 составить наиболее полный список недостатков;
 провести анализ и оценку недостатков.
2.
Идеи
 сформулировать задачи;
 генерировать и отобрать идеи решения задач по правилам мозгового
штурма.
3.2.4 Теневая мозговая атака
Теневая мозговая атака – метод организации коллективного генерирования новых идей, являющийся разновидностью мозгового штурма (мозговой
атаки) и разработанный преимущественно для использования в целях обучения
и тренинга творческих способностей.
Теневая мозговая атака позволяет вовлечь в процесс коллективного творчества всех участников процесса без ограничений. Во время проведения теневой мозговой атаки в аудитории формируется группа активных генераторов
идей из 5-7 человек, которая работает по правилам обычного мозгового штурма. Из остальных участников учебного процесса формируется одна или несколько групп «теневого кабинета» (между ними может быть организовано соревнование). Генераторы «теневого кабинета» следят за ходом работы активных генераторов, воспринимая и фиксируя выдвигаемые ими идеи и решения,
но не высказывая своих предложений вслух.
«Теневые» и активные генераторы идей во время проведения теневой
мозговой атаки могут находиться в одном или различных помещениях (в последнем случае «теневой кабинет» следит за ходом работы активных генераторов по видеомонитору).
50
3.2.5 Корабельный совет
Корабельный совет – совещание, созываемое руководителем для решения проблемы в условиях дефицита информации и времени. Другое название:
"Совещание пиратов". Авторы метода Гильде В., Штарке К.Д. (ГДР) 1970 г.
Цель метода: Максимально использовать опыт, знания и фантазию всех
без исключения участников совещания для решения проблемы.
Суть метода: Строгое выполнение каждым участником определенных
правил, одним из которых является заранее установленная очередность выступлений от «юнги» до «капитана»: от младшего к старшему. Успех работы совещания зависит главным образом от умения руководителя – «капитана» – создать спокойную деловую обстановку, стимулирующую участников на активный поиск решения проблемы.
План действий:
1. Объявить участникам очередность выступлений.
2. Четко сформулировать проблему и представить ее в форме, наиболее
удобной для участников.
3. Заслушать каждого участника о путях решения проблемы (этап – «Выдвижение идей»).
4. Отобрать 2-3 идеи для проработки.
5. Критика отобранных идей (этап – «Критика идей»).
6. Защита и развитие идей, подвергнутых критике (этап – «Защита
идей»).
7. Выбор руководителем тех предложений, которые помогут лучше решить проблему.
8. Реализация решений.
Схема совещания (рис. 3.1):
Рис. 3.1. Схема проведения корабельного совета
51
Правила проведения совещания:
1. Высказываться по проблеме должны все.
2. Порядок выступлений – от «юнги» до «капитана», от младшего к
старшему.
3. Вопросы задает только «капитан».
4. Критиковать идеи и защищать их только после команды «капитана».
5. Критиковать, а затем и защищать отобранные идеи должны все.
6. Итог работы подводит «капитан»
Результат: Получение новой информации и идей, необходимых для
принятия решения.
Достоинства и недостатки:
Легкость освоения метода и простота в обращении. Незначительные затраты времени на проведение. Предназначен для решения сравнительно простых задач. Наиболее эффективен при решении организационных проблем, а
также технических задач невысокого уровня сложности..
3.2.6 Метод фокальных объектов
Метод фокальных объектов (МФО) – метод поиска новых идей путем
присоединения к исходному объекту свойств или признаков случайных объектов. Применяется при поиске новых модификаций известных устройств и способов, в частности создании рекламы товаров, а также для тренировки воображения. Метод отличается простотой и большими (неограниченными) возможностями поиска новых точек зрения на решаемую проблему. В методе используются ассоциативный поиск и эвристические свойства случайности. Результативность поиска с помощью метода фокальных объектов во многом определяется «чувствительностью» к конструкциям языка, умением строить оригинальные ассоциативные цепочки. Метод предъявляет высокие требования к воображению. Метод фокальных объектов особенно эффективен при поиске новых
форм проектируемого объекта. Использование случайности позволяет получать
решения, которые не могут быть получены другими способами. Эффективность
метода объясняется тем, что посредством специальных процедур различные
знания как бы фокусируются на объекте проектирования (этим объясняется название метода).
Другие названия: Метод каталога, Метод случайных объектов. Автор метода Ф. Кунце (Германия), 1926 г.
Цель метода: Совершенствование объекта за счет получения большого
количества оригинальных модификаций объекта с неожиданными свойствами.
Суть метода: Перенесение признаков случайно выбранных объектов на
совершенствуемый объект, который лежит как бы в фокусе переноса и поэтому
называется фокальным. Возникшие необычные сочетания стараются развить
путем свободных ассоциаций.
52
План действий:
 Из условий задачи выделить объект (прототип), подлежащий усовершенствованию фокальный объект (ФО), уточнить цель.
 Выбрать 3-4 случайных объектов (открыв наугад каталог, книгу и т.п.).
 Выписать для каждого из них несколько характерных признаков
(свойств).
 Полученные признаки перенести на прототип (ФО) – получить новые
сочетания.
 Новые сочетания развить путем свободных ассоциаций. Зафиксировать все интересные идеи.
 Оценить новые идеи и отобрать наиболее эффективные с точки зрения
реализации. Сформулировать задачи на разработку новых модификаций объекта.
Результат: Списки идей и предложений по новым модификациям объекта.
Достоинства
 простота освоения и неограниченные возможности поиска новых подходов к проблеме;
 нешаблонность выдвигаемых идей;
 универсальность метода.
Недостатки
 непригодность при решении сложных задач;
 МФО и все его разновидности дают только простые сочетания;
 отсутствие правил отбора и внутренних критериев оценки получаемых
идей.
Пример применения МФО.
Совершенствуемый объект: Фонарик.
Случайные объекты: Очки, валенок, парашют.
Характерные свойства или признаки случайных объектов:
1. Очки: солнечные, защитные, модные.
2. Валенки: теплые, мягкие, деревенские.
3. Парашют: раскрывающийся, цветной, надежный.
Новые сочетания:
1. Фонарик солнечный, фонарик защитный, фонарик модный.
2. Фонарик теплый, фонарик мягкий, фонарик деревенский.
3. Фонарик раскрывающийся, фонарик цветной, фонарик надежный.
Новые идеи:
1. Фонарик с подзарядкой от солнечного света, фонарик с электрошоком,
фонарик в виде украшения.
2. Фонарик плюс обогреватель, фонарик в виде мягкой игрушки, фонарикмаячок для домашних животных.
3. Фонарик складной, фонарик с цветными фильтрами, фонарик ударопрочный.
53
3.2.7 Аналогии. Синектика
Наиболее интересным методом, использующим аналогии, является «Синектика» – метод решения изобретательских задач и поиска новых бизнесидей группой специалистов, широко использующих различные типы аналогий.
Этот метод был предложен У. Гордоном (США) в 1952 году. Он основан на
свойстве человеческого мозга устанавливать связи между словами, понятиями,
чувствами, мыслями, впечатлениями, т.е. устанавливать ассоциативные связи.
Это приводит к тому, что отдельное слово, наблюдение и т.п. могут вызвать в
сознании воспроизведение раннее пережитых мыслей, восприятий, и «включить» богатую информацию прошлого опыта для решения поставленной задачи. Аналогия является хорошим возбудителем ассоциаций, которые в свою
очередь стимулируют творческие возможности. Известно много примеров аналогий, среди которых можно отметить следующие:
Прямая аналогия, в соответствии с которой осуществляется поиск решений аналогичных задач, бизнес-идей, примеров сходных процессов в других
областях знаний с дальнейшей адаптацией этих решений к собственной задаче.
Личная аналогия предлагает представить себя тем объектом, с которым
связана проблема, и попытаться рассуждать о «своих» ощущениях и путях решения технической задачи или бизнес проблемы.
Символическая аналогия отличается тем, что при формулировании проблемы пользуются образами, сравнениями и метафорами, отражающими ее
суть. Использование символической аналогии позволяет более четко и лаконично описать имеющуюся проблему.
Фантастическая аналогия предлагает ввести в проблему фантастические средства или персонажи, выполняющие то, что требуется по условию задачи. Смысл этого приема заключается в том, что мысленное использование
фантастических средств часто помогает обнаружить ложные или избыточные
ограничения, которые мешают нахождению решения проблемы, выходу на новую бизнес идею.
На начальном этапе «Синектики» аналогии используются для наиболее
четкого выявления и усвоения участниками сути решаемой проблемы. Происходит отказ от очевидных решений. Затем в процессе специально организованного обсуждения определяются главные трудности и противоречия, препятствующие решению. Вырабатываются новые формулировки проблемы, определяются цели. В дальнейшем при помощи специальных вопросов, вызывающих
аналогии, осуществляется поиск идей и решений. Полученные решения подвергаются оценке и проверке. При необходимости происходит возврат к проблеме
для повторного ее обсуждения и развития полученных ранее идей.
54
Для успешного использования аналогий в решении, как технических, так
и бизнес задач требуется специальная подготовка, а также способность человека к фантазии и образному мышлению.
3.2.8 Конференция идей
Другие названия: «Творческое совещание», «Круглый стол». Авторы метода Гильде В., Штарке К.Д. (ГДР) 1970 г.
Конференция идей – хорошо подготовленное совещание, предназначенное для сбора идей по определенной тематике.
Цель метода: Освободить мысли и фантазию участников от сдерживающих факторов и направить их на обсуждение и поиск оптимального решения
проблемы.
Суть метода: Хорошо организованное совещание, по целевой направленности совпадающее с мозговой атакой. Разрешена только доброжелательная
критика. Следует избегать приглашения скептиков и «всезнаек». Возможно использование различных методов и приемов коллективной творческой работы.
Процессом управляет председатель – равный среди равных, но который обязан
обеспечить продвижение к цели, поддерживая непринужденную обстановку.
План действий:
I этап. Подготовка. Подбор участников. Предварительный подбор фактического материала. Определение времени и места работы. Четкое формулирование проблемы и представление ее в форме, наиболее удобной для участников. Предварительная проработка рассматриваемых вопросов.
II этап. Проведение конференции. Ознакомление участников с правилами совместной работы. Обеспечение работы конференции. Все выдвинутые
идеи фиксируются. Пресечение дискуссий. Поддержка оригинальных идей.
III этап. Подведение итогов. После окончания конференции каждый
участник дорабатывает полученные идеи (вычеркивать ничего нельзя, можно
только добавить). Полученные материалы передаются на экспертизу специалистам. Оценка и ранжирование результатов экспертами. Разработка рекомендаций.
Условия успеха: Наибольший эффект при числе участников 8-12 чел. и
продолжительности не более 30-45 мин.
Председатель совещания должен помнить, что:
1) Участие каждого в поиске идей равно необходимо.
2) Неконструктивная критика и насмешки тормозят выдвижение идей.
3) Хорошо сформулированная проблема – полпути к успеху.
4) Через 20 мин. участники конференции устают.
5) Споры и дискуссии недопустимы.
6) Решение проблемы – это работа, для выполнения которой полезно
применять специальные методы.
55
7) В потоке идей не должно возникать пауз.
8) Группа является коллективным автором всех предложений.
Каждый участник должен знать, что:
1) Он необходим на данном совещании.
2) Он не несет никакой ответственности за выбор лучшего решения.
3) Он не будет внедрять предложения.
4) Все идеи будут внимательно изучены специалистами и экспертами.
5) Он имеет одинаковые права со всеми.
6) За время конференции он должен предложить как можно больше разнообразных идей.
7) Лучшая форма возражения – собственное предложение.
Достоинства и недостатки метода: Легкость освоения и простота в
обращении. Результативность выше, чем при использовании прямой мозговой
атаки. Нет гарантии нахождения сильных идей.
3.2.9 Метод гирлянд ассоциаций и метафор
Метод гирлянд ассоциаций и метафор – эвристический метод технического творчества, представляющий собой развитие метода фокальных объектов.
Метод гирлянд ассоциаций и метафор включает следующие процедуры:
1. определение синонимов объекта, в результате которого образуется
гирлянда синонимов (например, стол-бюро-парта-...);
2. выбор случайных существительных, при помощи которых генерируется гирлянда случайных существительных (напр., карандаш-стул-...);
3. комбинирование всех элементов гирлянды синонимов с каждыми
элементами гирлянды случайных существительных. Некоторые из комбинаций представляют идеи для решения задачи (напр., стол как карандаш-стол в
виде стула-...);
4. составление списка признаков в виде прилагательных для каждого
элемента гирлянды случайных существительных (п.2). Эти списки являются
гирляндами признаков (напр., карандаш: деревянный-автоматический-...;
стул:...);
5. комбинирование элементов гирлянды синонимов с элементами
гирлянд признаков, в результате чего могут появиться идеи для решения
проблемы (напр., стол - деревянный (в виде дерева); автоматический (автоматическое увеличение);...);
6. генерирование гирлянд свободных ассоциаций. Исходным началом
служит каждый элемент гирлянды признаков. Количество гирлянд свободных ассоциаций равно числу всех элементов гирлянд признаков. Гирлянды
свободных ассоциаций образуются при помощи многократной постановки
вопроса «О чем напоминает слово...?». Ответ на вопрос, полученный на основе ассоциации, представляет собой новый элемент гирлянды, который яв56
ляется исходным для повторной постановки вопроса (напр.: «О чем напоминает слово «зеленый»? - О «траве»; «О чем... «трава»? - О «поле»; «О чем...
«поле»? - О «холоде» и т.д. Гирлянда ассоциаций содержит: трава - поле холод ...);
7. комбинирование элементов гирлянды синонимов с элементами
гирлянд свободных ассоциаций, в результате чего появляются новые идеи
решения проблемы;
8. оценка необходимости продолжения ассоциаций, основанная на
анализе всех полученных в пп. 1-7 идей и определении их достаточности. В
последнем случае осуществляется переход к п. 9, иначе с исходным началом
элементов свободных ассоциаций генерируются (посредством свободных
ассоциаций) вторичные гирлянды, элементы которых комбинируются с элементами гирлянды синонимов, в результате чего возникают новые идеи;
9. оценка и выбор рациональных идей. Рекомендуется проводить при
помощи классификации всех идей на нерациональные (непригодные, плохие), полурациональные (привлекательные), рациональные (хорошие). Нерациональные идеи отбрасываются; рациональные образуют ядро для выбора оптимального варианта, а полурациональные (которые чем-то привлекательны, но имеют видимые недостатки) снова анализируются, после чего
включаются в список нерациональных или рациональных идей;
10. выбор оптимального варианта.
3.2.10 Метод разработки сценариев
В некоторых проблемах искомое решение должно определить реальное
будущее течение событий. В таких случаях альтернативами являются различные (воображаемые, но правдоподобные) последовательности действий и вытекающих из них событий, которые могут произойти в будущем с исследуемой
системой. Эти последовательности имеют общее начало (настоящее состояние),
но затем возможные состояния различаются все сильнее, что и приводит к проблеме выбора. Такие гипотетические альтернативные описания того, что может
произойти в будущем, называют сценариями, а рассматриваемый метод – разработкой сценариев. Сценарии-альтернативы представляют ценность для лиц,
принимающих решения, только тогда, когда они не просто плод фантазии, а логически обоснованные модели будущего, которые после принятия решения
можно рассматривать как прогноз, как приемлемый рассказ о том, «что случится, если...». Создание сценариев относится к типичным неформализуемым процедурам, представляет собой творческую, научную работу. Тем не менее, и в
этом деле накоплен определенный опыт, имеются свои эвристики. Например,
рекомендуется разрабатывать «верхний» и «нижний» сценарии – как бы крайние случаи, между которыми может находиться возможное будущее. Такой
прием позволяет отчасти компенсировать или явно выразить неопределенности,
57
связанные с предсказанием будущего. Иногда полезно включать в сценарий воображаемый активно противодействующий элемент, моделируя тем самым
«наихудший случай». Кроме того, рекомендуется не разрабатывать детально
(как ненадежные и непрактичные) сценарии, слишком «чувствительные» к небольшим отклонениям на ранних стадиях. Важными этапами создания сценариев являются: составление перечня факторов, влияющих на ход событий, со специальным выделением лиц, которые контролируют эти факторы прямо или
косвенно; выделение аспектов борьбы с такими факторами как некомпетентность, халатность и недисциплинированность, бюрократизм и волокита; учет
наличных ресурсов и т.д.
3.2.11 Морфологический анализ
Метод морфологического анализа (МА) разработан в 30-е годы швейцарским астрономом Ф. Цвикки для конструирования астрономических приборов.
МА основан на комбинаторике. Суть данного метода заключается в следующем. В проектируемом объекте выбирают группу основных признаков. В качестве признаков могут быть элементы конструкции либо функции элементов.
Для каждого признака предлагаются различные альтернативные варианты его
реализации. Затем предложенные варианты комбинируют между собой. Из
всего множества получаемых комбинаций выбираются допустимые, а затем
наиболее эффективные варианты по некоторым критериям качества.
Рассмотрим последовательность проведения морфологического анализа,
поясняя содержание каждого этапа на примере разработки сумки, предназначенной для учебных занятий студентов.
Этап 1. Постановка задачи.
Здесь формулируются: проблемная ситуация, требования (ограничения) к
проектируемому объекту, критерии оценки качества вариантов.
Пример.
Проблемная ситуация – выпускаемые сумки имеют неудобные размеры,
не надежны, не модны.
Требования – сумка должна вмещать 5 тетрадей, 3 книги, иметь карманы
для денег и ручек.
Критерии: стоимость, эстетичность, надежность.
Этап 2. Выделение признаков объекта и формирование морфологической таблицы.
На данном этапе выделяются признаки (элементы конструкции объекта,
функции, свойства) и разрабатываются альтернативные варианты для каждого
признака. В качестве отдельных альтернатив могут быть комбинации уже предложенных вариантов. Результаты этапа оформляются в виде морфологической
таблицы (пример: табл. 3.2)
58
Табл. 3.2. Морфологическая таблица проектирования сумки
Признаки
1
Форма сумки
А11- плоская
удлиненная
вширь
Форма и размер А21 – одна
ручек
длинная
Материал сумки
Застежка
Расположение
карманов
Украшения
А31 – кожа
А41 - молния
А51 – один наружный
А61 – аппликация
Альтернативные варианты
2
3
4
А12- плоская
А13- круглая
А14 - сундучок
удлиненная вниз (цилиндр)
А22 – две коротких
А23 – как у
рюкзака
А32 - кожзаменитель
А42 -застежки
А52 – один
внутренний
А62 - металлические заклепки
А33 - болонь
А24=А21+А22
(одна длинная и
2 коротких)
А43 -липучки
А53 = А51 +
А52
А63 = А61 +
А62
Этап 3. Формирование комбинаций по всем признакам и сокращение
комбинаций
Взяв из каждой строки морфологической таблицы по одному варианту
получим вариант решения:
Р1 = А11, А21, А31, А41, А51, А61;
Р2 = А11, А21, А31, А41, А51, А62;
Р3 = А11, А21, А31, А41, А51, А63;
…
Общее количество возможных решений равно:
N = n1 × n2 × … × nm,
где ni – число альтернативных вариантов по i-тому признаку.
Для нашего примера: N = 4 × 4 × 3 × 3 × 3 × 3 = 1296.
Сокращение числа решений ведется за счет отбрасывания наихудших
комбинаций альтернатив, а именно: несовместимых, наименее эффективных и
труднореализуемых, не соответствующих требованиям.
Рассмотрим один из эвристических приемов сокращения комбинаций.
Предлагается комбинировать альтернативы не по всем сразу признакам, а сначала рассмотреть комбинации альтернатив по двум признакам и отбросить наихудшие комбинации. Затем оставшиеся комбинации комбинируются с еще одним признаком и т.д.
Пример. Берем 2 признака –«Форма сумки» и «Форма и размер ручек». В
табл. 3.2 каждая ячейка (на пересечении строк и столбцов) соответствует комбинации этих признаков. Наихудшие варианты вычеркнуты (помечены крестиком)
59
Табл. 3.3
Форма сумки
А11
А12
А13
А14
Форма и размер ручек
А22
А23
×
×
×
×
×
А21
×
×
×
А24
×
×
×
Оставшиеся комбинации - А11+А22, А11+А24, А12+А23, А13+А21,
А14+А22 – далее комбинируются с вариантами еще одного признака, например, «Материал сумки». В табл. 3.4 отображены результаты выбора комбинаций на данном шаге.
Табл. 3.4
Материал
сумки
А31
А32
А33
А11+А22
×
×
Форма сумки + Форма и размер ручек
А11+А24
А12+А23
А13+А21
×
×
×
А14+А22
×
Процесс продолжается, пока не будут использованы все признаки. Оставшиеся комбинации образуют множество перспективных решений. Из этого
множества в дальнейшем может быть выбрано оптимальное решение, например, с помощью методов выбора.
3.3 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
3.3.1 Понятие оценки и оценивания
Разработка и эксплуатация информационных, телекоммуникационных,
энергетических, транспортных и других сложных систем выявили проблемы,
решить которые можно лишь на основе комплексной оценки различных по своей природе факторов, разнородных связей, внешних условий и т.д. В связи с
этим, в системном анализе выделяют раздел «теория эффективности», связанный с определением качества систем и процессов, их реализующих.
Теория эффективности - научное направление, предметом изучения которого являются вопросы количественной оценки качества характеристик и эффективности функционирования сложных систем.
В общем случае оценка сложных систем может проводиться для разных
целей:
1) Для оптимизации - выбора наилучшего алгоритма из нескольких, реализующих один закон функционирования системы.
2) Для идентификации - определения системы, качество которой наиболее соответствует реальному объекту в заданных условиях.
60
3) Для принятия решений по управлению системой.
Общим во всех подобных задачах является подход, основанный на том,
что понятия «оценка» и «оценивание» рассматриваются раздельно и оценивание проводится в несколько этапов. Под оценкой понимают результат, получаемый в ходе процесса, который определен как оценивание. Принято считать,
что с термином «оценка» сопоставляется понятие «истинность», а с термином
«оценивание» – «правильность». Другими словами, истинная оценка может
быть получена только при правильном процессе оценивания.
Выделяют четыре этапа оценивания сложных систем.
Этап 1. Определение цели оценивания. В системном анализе выделяют
два типа целей. Качественной называют цель, достижение которой выражается
в номинальной шкале или в шкале порядка. Количественной называют цель,
достижение которой выражается в количественных шкалах. Определение цели
должно осуществляться относительно системы, в которой рассматриваемая
система является элементом (подсистемой).
Этап 2. Измерение свойств систем, признанных существенными для целей оценивания. Для этого выбираются соответствующие шкалы измерений
свойств и всем исследуемым свойствам систем присваивается определенное
значение на этих шкалах.
Этап 3. Обоснование предпочтений критериев качества и критериев эффективности функционирования систем на основе измеренных на выбранных
шкалах свойств.
Этап 4. Собственно оценивание. Все исследуемые системы, рассматриваемые как альтернативы, сравниваются по сформулированным критериям и в
зависимости от целей оценивания ранжируются, выбираются, оптимизируются
и т.д.
3.3.2 Понятие шкалы
В основе оценки лежит процесс сопоставления значений качественных
или количественных характеристик исследуемой системы значениям соответствующих шкал. Исследование характеристик привело к выводу о том, что все
возможные шкалы принадлежат к одному из нескольких типов, определяемых
перечнем допустимых операций на этих шкалах.
Теория измерений оперирует понятием «эмпирическая система с отношениями» (Е), которая включает в себя множество измеряемых объектов (А) и набор интересующих исследователя отношений между этими объектами (R):
E = {A, R}. Например, множество А это множество физических тел, а набор R отношения между ними по весу, твердости, размерам и т.п. Для записи результатов наблюдений используется «символьная система с отношениями» (N), состоящая из множества символов (М), например, множества всех действительных чисел, и конечного набора отношений (Р) на этих символах: N = {M, P}.
61
Отношения Р выбираются так, чтобы ими было удобно отображать наблюдаемые эмпирические отношения R. Если тело t тяжелее тела q, т.е. если имеет место отношение R(t>q), то цифровая запись веса тел t=5 и q=3 позволяет наглядно увидеть это эмпирическое событие в записи P(5>3). Договоренность использовать именно такое отображение системы E на систему N означает выбор некоторого определенного правила отображения g. Тройка элементов <E, N, g>
называется "шкалой". Фактически g является гомоморфным отображением E на
N (гомоморфизм - такое соответствие (отношение) между объектами двух
множеств, при котором одно множество есть «модель» другого).
В практике научных исследований получили распространение шкалы
всего нескольких типов. Приведем описание шкал основных типов.
3.3.3 Шкалы номинального типа
Самой слабой качественной шкалой является номинальная (шкала наименований, классификационная шкала), по которой объектам хi или их неразличимым группам дается некоторый признак. Основным свойством этих шкал является сохранение неизменными отношений равенства между элементами эмпирической системы в эквивалентных шкалах. Номинальный тип шкал соответствует простейшему виду измерений, при котором шкальные значения используются лишь как имена объектов, поэтому шкалы номинального типа часто называют также шкалами наименований.
Здесь фиксируется только два отношения: «равно» и «не равно». Следовательно, допустимы любые преобразования, лишь бы в протоколе одинаковые
объекты были поименованы одинаковыми символами (числами, буквами, словами), а разные объекты имели бы разные имена.
Название «номинальный» объясняется тем, что такой признак дает лишь
ничем не связанные имена объектам. Эти значения для разных объектов либо
совпадают, либо различаются; никакие более тонкие соотношения между значениями не зафиксированы. Шкалы номинального типа допускают только различение объектов на основе проверки выполнения отношения равенства на
множестве этих элементов.
Примерами измерений в номинальном типе шкал могут служить номера
автомашин, телефонов, коды городов, лиц, объектов и т. п. Используется для
описания принадлежности объектов к определенным классам. Всем объектам
одного и того же класса присваивается одно и тоже число, объектам разных
классов - разные. Единственная цель таких измерений выявление различий между объектами разных классов.
На рис. 3.2 изображено измерение в номинальной шкале объектов, представляющих три множества элементов А, В, С. Здесь эмпирическую систему
представляют четыре элемента: а  А, b  В, {с, d} С, принадлежащих соответствующим множествам. Знаковая система представлена цифровой шкалой наи62
менований, включающей элементы 1, 2, ... , п и сохраняющей отношение равенства. Гомоморфное отображение g ставит в соответствие каждому элементу из
эмпирической системы определенный элемент знаковой системы.
a A
bB
{c, d}  C
Эмпирическая
система X
Гомоморфное
отображение g
Знаковая
система Y
0
1
2
3
4
n
Рис. 3.2. Измерение объектов в номинальной шкале
Следует обратить внимание на две особенности номинальных шкал.
1. Элементам с и d поставлено в соответствие одно и тоже значение шкалы измерения (рис. 3.2). Это означает, что при измерении эти элементы не различаются.
2. При измерении в шкале наименований символы 1, 2, ... , п, используемые в качестве шкальных значений, являются не числами, а цифрами,
служащими лишь для обозначения и различия объектов. Так, цифра 2
не является в два раза или на единицу больше цифры 1 в отличие от
чисел 2 и 1.
Всякая обработка результатов измерения в номинальной шкале должна
учитывать данные особенности. В противном случае могут быть сделаны ошибочные выводы по оценке систем, не соответствующие действительности.
3.3.4 Шкалы порядка
Шкала называется порядковой (ранговой), если множество G состоит из
всех монотонно возрастающих допустимых преобразований шкальных значений.
Допустимыми преобразованиями для данного типа шкалы являются все
монотонные преобразования, т.е. такие, которые не нарушают порядок следования значений измеряемых величин. Такие протоколы появляются, например,
в результате сравнения тел по твердости. Примером шкалы порядка может
служить шкала твердости t минералов, предложенная в 1811 г. немецким ученым Ф. Моосом и до сих пор распространенная в полевой геологической работе. Записи «1; 2; 3» и «5,3; 12,5; 109,2» содержат одинаковую информацию о
том, что первое тело самое твердое, второе менее твердое, а третье - самое мягкое. И никакой информации о том, во сколько раз одно тверже другого, на
63
сколько единиц оно тверже и т.д. в этих записях нет и полагаться на конкретные значения чисел, на их отношения или разности нельзя. Другими примерами
шкал порядка могут служить шкалы силы ветра, силы землетрясения, сортности товаров в торговле, различные социологические шкалы и т.п.
Разновидностью шкалы порядка является шкала рангов, где используются
только числа, идущие подряд от 1 вверх по возрастанию. Если среди m измеряемых объектов одинаковых нет, то ранговое место каждого объекта в протоколе будет указано одним из целых чисел от 1 до m. При одинаковом значении
измеряемого свойства у k объектов, занимающих порядковые места с t-го по
(t+k)-тое, их ранги будут обозначены одинаковым числом, равным их «средне1
му» рангу x, где x   (i  t  1) , i  1, t .
k
К типу шкал порядка относится и широко используемая шкала баллов.
При этом используются целые числа в ограниченном диапазоне их значений: от
1 до 5 в системе образования, от 0 до 6 или до 10 в спорте и т.д. В любом из
этих случаев протокол содержит информацию только о трех эмпирических отношениях: «<», «>» и «=».
Числа в шкале порядка отражают только порядок следования объектов и
не дают возможности сказать, на сколько или во сколько один объект предпочтительнее другого.
Измерение в шкале порядка может применяться, например, в следующих
ситуациях:
 необходимо упорядочить объекты во времени или пространстве. Это
ситуация, когда интересуются не сравнением степени выраженности
какого-либо их качества, а лишь взаимным пространственным или
временным расположением этих объектов;
 нужно упорядочить объекты в соответствии с каким-либо качеством,
но при этом не требуется производить его точное измерение;
 какое-либо качество в принципе измеримо, но в настоящий момент не
может быть измерено по причинам практического или теоретического
характера.
Любая шкала, полученная из шкалы порядка S с помощью произвольного
монотонно возрастающего преобразования шкальных значений, будет также
точной шкалой порядка для исходной эмпирической системы с отношениями.
3.3.5 Шкалы интервалов
Одним из наиболее важных типов шкал является тип интервалов. Шкалой
интервалов называют порядковую шкалу с постоянством отношения величин
интервалов, измеряемых в разных шкалах. Основным свойством этих шкал является сохранение неизменными отношений интервалов в эквивалентных шкалах:
64
y
 const
x
Отсюда и происходит название данного типа шкал. Шкала может иметь
произвольные точки отсчета и масштаб (рис. 3.3).
x
0 1 2
0
X1
1
Y1
X
X2
y
2
Y2
y
Рис. 3.3. Порядковая шкала
Примером шкал интервалов могут служить шкалы температур. Переход
от одной шкалы к эквивалентной (например, от шкалы Цельсия к шкале Фаренгейта),
задается
линейным
преобразованием
шкальных
значений:
t o F  1,8t o C  32 . Другим примером измерения в интервальной шкале может
служить признак «дата совершения события», поскольку для измерения времени в конкретной шкале необходимо фиксировать масштаб и начало отсчета.
Григорианский и мусульманский календари две конкретизации шкал интервалов.
Таким образом, при переходе к эквивалентным шкалам с помощью линейных преобразований в шкалах интервалов происходит изменение, как начала отсчета (параметр b), так и масштаба измерений (параметр а).
Шкалы интервалов так же, как номинальная и порядковая, сохраняют
различие и упорядочение измеряемых объектов. Однако кроме этого они сохраняют и отношение расстояний между парами объектов.
x1  x2
K
x3  x 4
Запись означает, что расстояние между x1 и х2 в К раз больше расстояния
между х3 и х4 и в любой эквивалентной шкале это значение (отношение разностей численных оценок) сохранится. При этом отношения самих оценок не сохраняются.
Типичная ошибка: свойства, измеряемые в шкале интервалов, принимаются в качестве показателей для других свойств, монотонно связанных с данными. Применяемые для измерения связанных свойств исходные шкалы интервалов становятся всего лишь шкалами порядка. Игнорирование этого факта
часто приводит к неверным результатам.
65
3.3.6 Шкалы отношений
Шкалой отношений (подобия) называется шкала, с постоянством отношения величин, измеряемых в разных шкалах.
Между разными протоколами, фиксирующими один и тот же эмпирический факт на разных языках, при этом типе шкалы должно выполняться соотношение: Y  a  x  0 , где а - любое положительное число. Один и тот же эмпирический смысл имеют протоколы «16 кг», «16000 г», «0,016 т» и т.д. От любой
записи можно перейти к любой другой, подобрав соответствующий множитель
«a». Этот тип шкалы удобен для измерения весов, длин и т.д. Если нам неизвестно, в каких именно единицах записаны веса тел в разных протоколах, то мы
можем полагаться только на отношение весов двух тел: например, тело с весом
10 единиц в два раза тяжелее тела с весом 5 единиц вне зависимости от того,
что было взято за единицу - тонна или грамм. Инвариантность отношений отражена в названии шкалы данного типа. Если же в протоколе указана единица
веса, то такой протокол отражает свойства тел в абсолютной шкале.
Как видно из рассмотренных примеров, шкалы отношений отражают отношения свойств объектов, т.е. во сколько раз свойство одного объекта превосходит это же свойство другого объекта.
Шкалы отношений образуют подмножество шкал интервалов фиксированием нулевого значения параметра b : b = 0. Такая фиксация означает задание
нулевой точки начала отсчета шкальных значений для всех шкал отношений.
Переход от одной шкалы отношений к другой, эквивалентной ей шкале осуществляется с помощью преобразований подобия (растяжения), т.е. изменением
масштаба измерений. Шкалы отношений, являясь частным случаем шкал интервалов, при выборе нулевой точки отсчета сохраняют не только отношения
свойств объектов, но и отношения расстояний между парами объектов.
3.3.7 Шкалы разностей
Шкала разностей используется для измерения свойств объектов при необходимости выражения, насколько один объект превосходит другой по одному или нескольким признакам. Является частным случаем шкалы интервалов
при выборе единицы масштаба. Это означает, что при переходе от одной числовой системы к другой меняется лишь начало отсчета.
Шкалы разностей применяются в тех случаях, когда необходимо измерить, насколько один объект превосходит по определенному свойству другой
объект. В шкалах разностей неизменными остаются разности численных оценок свойств. Действительно, если х1 и х2 - оценки объектов a1 и а2 в одной шкале, а g ( x1 )  x1  b и g ( x2 )  x2  b в другой шкале, то имеем:
g ( x1 )  g ( x2 )  ( x1  b)  ( x2  b)  x1  x2
Примерами измерений в шкалах разностей могут служить измерения
прироста продукции предприятий (в абсолютных единицах) в текущем году по
66
сравнению с прошлым, увеличение численности учреждений, количество приобретенной техники за год и т. д. Другим примером измерения в шкале разностей является летоисчисление (в годах). Переход от одного летоисчисления к
другому осуществляется изменением начала отсчета.
Как и шкалы отношений, шкалы разностей являются частным случаем
шкал интервалов, получаемых фиксированием параметра а: (а = 1), т.е. выбором единицы масштаба измерений. Точка отсчета в шкалах разностей может
быть произвольной.
Шкалы разностей, как и шкалы интервалов, сохраняют отношения интервалов между оценками пар объектов, но, в отличие от шкалы отношений, не сохраняют отношения оценок свойств объектов.
3.3.8 Абсолютные шкалы
Абсолютной называют шкалу с абсолютным нулем и абсолютной единицей. Это означает, что существует только одно отображение эмпирических объектов в числовую систему. Отсюда и название шкалы, так как для нее единственность измерения понимается в буквальном абсолютном смысле.
Допустимое преобразование для шкал данного типа представляет собой
тождество, т.е. если на одном языке в протоколе записано «у», а на другом языке «х», то между ними должно выполняться простое соотношение: у=х. Этот
тип шкалы удобен для записи количества элементов в некотором конечном
множестве. Если, пересчитав количество яблок, один запишет в протоколе «6",
а другой запишет «VI», то нам достаточно знать, что «6» и «VI» означают одно
и то же, т.е., что между этими записями существует тождественное отношение:
6 = VI.
Абсолютные шкалы применяются, например, для измерения количества
объектов, предметов, событий, решений и т.п. В качестве шкальных значений
при измерении количества объектов используются натуральные числа, когда
объекты представлены целыми единицами, и действительные числа, если кроме
целых единиц присутствуют и части объектов.
Абсолютные шкалы являются частным случаем всех ранее рассмотренных типов шкал, поэтому сохраняют любые соотношения между числами оценками измеряемых свойств объектов: различие, порядок, отношение интервалов,
отношение и разность значений и т.д.
4 СТРУКТУРА И ТЕХНОЛОГИИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
В качестве предисловия к данному разделу приведем цитату из книги
Ю.П. Сурмина «Теория систем и системный анализ», которая очень точно и
емко описывает аспекты использования системного анализа в практической
деятельности: «Популярность системного анализа ныне столь велика, что
можноперефразировать известный афоризм выдающихся физиков Уильяма
67
Томсона и Эрнеста Резерфорда относительно науки, которую можно разделить
на физику и собирание марок. Действительно, среди всех методов анализа системный – настоящий король, а все другие методы можно с уверенностью отнести к его невыразительной прислуге.
Вместе с тем всякий раз, когда ставится вопрос о технологиях системного
анализа, сразу же возникают непреодолимые трудности, связанные с тем, что
устоявшихся интеллектуальных технологий системного анализа в практике нет.
Имеется только некоторый опыт применения системного подхода в различных
странах. Таким образом, налицо проблемная ситуация, характеризующаяся постоянно нарастающей потребностью технологического освоения системного
анализа, которое разработано весьма недостаточно. Ситуация усугубляется не
только тем, что не разработаны интеллектуальные технологии системного анализа, но и тем, что нет однозначности в понимании самого системного анализа.
Это несмотря на то что уже 90 лет прошло со времени выхода в свет основополагающего труда в области теории систем – «Тектологии» А.А. Богданова, и
почти полстолетия насчитывает история развития системных идей. Достаточно
рельефно выделяются несколько вариантов понимания сущности системного
анализа:
Отождествление технологии системного анализа с технологией научного
исследования. При этом для самого системного анализа в этой технологии
практически не находится места.
o Сведение системного анализа к системному конструированию. По сути системно-аналитическая деятельность отождествляется с системотехнической деятельностью.
o Очень узкое понимание системного анализа, сведение его к одной из
его составляющих, например к структурно-функциональному анализу.
o Отождествление системного анализа системным подходом в аналитической деятельности.
o Понимание системного анализа как исследования системных закономерностей.
o В узком смысле под системным анализом довольно часто понимают
совокупность математических методов исследования систем.
o Сведение системного анализа к совокупности методологических
средств, которые используются для подготовки, обоснования и осуществления решений по сложным проблемам.
В этом случае то, что называют системным анализом, представляет собой
недостаточно интегрированный массив методов и приемов системной деятельности. Следует подчеркнуть, что ныне практически не встречаются научные и
педагогические разработки в различных областях управления, в которых не
уделялось бы внимание системному анализу. Притом его вполне справедливо
рассматривают как эффективный метод изучения объектов и процессов управ68
ления. Однако практически отсутствует анализ «точек» приложения системной
аналитики к решению конкретных управленческих задач и ощущается дефицит
технологических схем такого анализа. Системный анализ в управлении представляет ныне не развитую практику, а нарастающие ментальные декларации,
не имеющие какого-либо серьезного технологического обеспечения.
4.1 Общий подход к решению проблем
Общий подход к решению проблем может быть представлен как цикл
(рис. 4.1). Для решения проблемы проводится системное исследование (декомпозиция, анализ и синтез) системы, снимающее проблему. В хода синтеза осуществляется оценка анализируемой и синтезируемой систем. Реализация синтезированной системы в виде предлагаемой физической системы позволяет провести оценку степени снятия проблемы практики и принять решение на функционирование модернизированной (новой) реальной системы.
Физическая система, включающая
проблемы практики
А1
Функционирование
Декомпозиция
Анализируемая система
(общее представление)
Анализ
А2
Синтез
Анализируемая система
(детальное представление)
А3
Реализация
Синтезируемая система
А4
Оценка системы
Предлагаемая физическая система
А5
Оценка снятия проблемы
Рис. 4.1. Общий подход к решению проблем
Основные задачи системного анализа могут быть представлены в виде
трехуровневого дерева функций (рис. 4.2).
69
Структура системного анализа
декомпозиция
анализ
синтез
Определение и
декомпозиция
общей цели,
основной функции
Функциональноструктурный анализ
Разработка модели
системы
Выделение
системы из среды
Морфологический
анализ
Структурный синтез
Описание
воздействующих
факторов
Генетический
анализ
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
Рис. 4.2. Дерево функций системного анализа
На этапе декомпозиции, обеспечивающем общее представление системы,
осуществляются:
1. Определение и декомпозиция общей цели исследования и основной
функции системы как ограничение траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций.
2. Выделение системы из среды (разделение на систему/ «несистему»)
по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы.
3. Описание воздействующих факторов.
4. Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.
5. Описание системы как «черного ящика».
70
6. Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и
структурная (по виду отношений между элементами) декомпозиции системы.
Глубина декомпозиции ограничивается. Если при декомпозиции выясняется, что модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования
элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика», то в
этом случае произошло изменение уровня абстракции. Это означает выход за
пределы цели исследования системы и, следовательно, вызывает прекращение
декомпозиции. В автоматизированных методиках типичной является декомпозиция системы на глубину 5-6 уровней. На такую глубину декомпозируется
обычно одна из подсистем. Функции, которые требуют такого уровня детализации, часто очень важны, и их детальное описание дает ключ к секретам работы
всей системы. Проблема проведения декомпозиции состоит в том, что в сложных системах отсутствует однозначное соответствие между законом функционирования подсистем и алгоритмом, его реализующим. Поэтому осуществляется формирование нескольких вариантов (или одного варианта, если система
отображена в виде иерархической структуры) декомпозиции системы.
На этапе анализа, обеспечивающем формирование детального представления системы, осуществляются:
1. Функционально-структурный анализ существующей системы, позволяющий сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает
уточнение состава и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовлияний подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, анализ целостности системы, формулирование
требований к создаваемой системе.
2. Морфологический анализ – анализ взаимосвязи компонентов.
3. Генетический анализ – анализ предыстории, причин развития ситуации имеющихся тенденций, построение прогнозов.
4. Анализ аналогов.
5. Анализ эффективности (по результативности, ресурсоемкости, оперативности). Он включает выбор шкалы измерения, формирование показателей
эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, непосредственно оценивание и анализ полученных оценок.
6. Формирование требований к создаваемой системе, включая выбор
критериев оценки и ограничений.
На этапе синтеза системы осуществляются:
1. Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата, моделирование, оценка модели по критериям адекватности, простоты,
соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения).
2. Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.
3. Синтез параметров системы, снимающей проблему.
71
4. Оценивание вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта).
Оценка степени снятия проблемы проводится при завершении системного анализа. Наиболее сложными в исполнении являются этапы декомпозиции и
анализа. Это связано с высокой степенью неопределенности, которую требуется преодолеть в ходе исследования.
Рассмотрим процесс формирования общего и детального представления
системы, включающий девять основных стадий.
Формирование общего представления системы:
Стадия 1. Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения)
системы. Выбор основных предметных понятии, используемых в системе. На
этой стадии речь идет об уяснении основных выходов в системе. Должен быть
определен тип выхода: материальный, энергетический, информационный; они
должны быть отнесены к каким-либо физическим или другим понятиям (выход
производства - продукция (какая?), выход системы управления - командная информация (для чего? в каком виде?), выход автоматизированной информационной системы - сведения (о чем?) и т.д.).
Стадия 2. Выявление основных функций и частей (модулей) в системе.
Понимание единства этих частей в рамках системы. На этой стадии происходит
первое знакомство с внутренним содержанием системы, выявляется, из каких
крупных частей она состоит и какую роль каждая часть играет в системе. Это
стадия получения первичных сведений о структуре и характере основных связей.
Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий
осуществления; выявление стадийности, скачков, смен состояний в функционировании; в системах с управлением - выделение основных управляющих
факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе, ход
событий, вводятся параметры состояния, рассматриваются факторы, влияющие
на эти параметры, обеспечивающие течение процессов, а также условия начала
и конца процессов. Определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли
они осуществлению системой своих главных функций. Для управляемых систем уясняются основные управляющие воздействия, их тип, источник и степень
влияния на систему.
Стадия 4. Выявление основных элементов «несистемы», с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии решается ряд отдельных проблем. Исследуются основные внешние воздействия
на систему (входы). Определяются их тип (вещественные, энергетические, информационные), степень влияния на систему, основные характеристики. Фиксируются границы того, что считается системой, определяются элементы «не72
системы», на которые направлены основные выходные воздействия. Данная
стадия позволяет лучше уяснить главные функции системы, ее зависимость и
уязвимость или относительную независимость во внешней среде.
Стадия 5. Выявление неопределенностей и случайностей в ситуации их
определяющего влияния на систему (для стохастических систем).
Стадия 6. Выявление разветвленной структуры, иерархии, формирование
представлений о системе как о совокупности модулей, связанных входамивыходами.
Данной стадией заканчивается формирование общих представлений о
системе. Для более детального изучения объекта, необходимо пойти дальше по
спиралеобразному пути углубленного исследования системы.
Формирование детального представления системы:
Стадия 7. Выявление всех элементов и связей, важных для целей рассмотрения. Их отнесение к структуре иерархии в системе. Ранжирование элементов и связей по их значимости.
Стадии 6 и 7 тесно связаны друг с другом, поэтому их обсуждение полезно провести вместе. Стадия 6 – это предел познания «внутрь» достаточно
сложной системы для лица, оперирующего ею целиком. Более углубленные
знания о системе (стадия 7) будет иметь уже только специалист, отвечающий за
ее отдельные части.
При углубленной детализации важно выделять именно существенные для
рассмотрения элементы (модули) и связи, отбрасывая все то, что не представляет интереса для целей исследования. Познание системы предполагает не всегда только отделение существенного от несущественного, но также уделение
дополнительного внимания более существенному.
Стадия 8. Учет изменений и неопределенностей в системе. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое
принято называть «старением», а также возможность замены отдельных частей
(модулей) на новые, позволяющие не только противостоять старению, но и повысить качество системы по сравнению с первоначальным состоянием. Такое
совершенствование искусственной системы принято называть развитием. К нему также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей, накопление информации для лучшего ее использования, а иногда и перестройку структуры, иерархии связей.
Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решения. Управляющие
воздействия как системы управления. Для целенаправленных и других систем с
управлением данная стадия имеет большое значение. Основные управляющие
факторы были уяснены при рассмотрении стадии 3, но там это носило характер
общей информации о системе. Для эффективного введения управлений или
изучения их воздействий на функции системы и процессы в ней необходимо
73
глубокое знание системы. Именно поэтому анализ управлений проводится после всестороннего рассмотрения системы.
На данной стадии выясняется, где, когда и как система управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо. При введении управлений в системе должны быть исследованы
варианты перевода входов и постоянных параметров в управляемые, определены допустимые пределы управления и способы их реализации.
4.2 Классификация моделей и методов системного анализа
Все понятия, методы, модели и технологии можно объединить в несколько укрупненных блоков с многоуровневой структурой (рис. 4.3). Базисный уровень составляют основополагающие понятия системного анализа: система, подсистема, элемент, окружающая среда, проблема, цель, функция, структура,
внешние условия системы. К базовым понятиям относятся и основные свойства
систем - свойства иерархичности, эмерджентности, динамичности, целенаправленности.
Методы и модели
принятия
решений:
Мозговой
штурм
Метод Дельфи
Метод
экспертных
оценок
Выбор
оптимальных
альтернатив
Системная
последовательность
принятия
решений
Методы
исследования
операций
Прикладные методы и модели
системного анализа
Модель дерева
целей
Иерархическая
содержательная
модель
Метод
формирования
задач управления
Проектирование
человеко-машинных
систем
Прикладные
технологии,
использующие
системный анализ
IDEF0
Базовые модели системного анализа
Модель структуры
системы
Модель состава
системы
Модель «черного
ящика»
Метод
декомпозиции
Основополагающие понятия системного
анализа:
система, подсистема, элемент, внешняя
среда, структура, цель и т.д.
ARIS
RADтехнология
Реинжиниринг
бизнеспроцессов
Рис. 4.3. Классификация модели и методов системного анализа
Следующий уровень составляют базовые модели системного анализа.
Практически любая методика системного анализа в качестве основы использует одну из базовых моделей или их некоторую комбинацию. Высокий
уровень абстрактности этих моделей позволяет использовать их для любых типов систем, причем для описания различных аспектов систем, таких как цели,
74
задачи, функции, структуры. Конкретные методики, используя базовые модели,
наполняют их более конкретным содержанием, накладывая определенные ограничения на синтаксис и семантику моделей.
К базовым моделям относятся модель черного ящика, модель состава
системы и модель структуры. Эти виды моделей широко используются для
формирования моделей организаций. Например, модель черного ящика используется для описания взаимодействия организации с окружающей средой. Модель состава используются для отображения состава функций организации, целей, задач, персонала и т.д. Модель структуры используется для отображения
структуры подчиненности в организации, коммуникационных взаимодействий
и т.д. Указанные виды моделей систем используются чаще всего в статическом
варианте, однако они могут использоваться и в динамическом варианте. Например, динамическая модель черного ящика может быть использована для
отображения динамики изменения некоторых основных параметров, характеризующих состояние организации. Динамический вариант модели структуры используется, например, при формировании сетевого графика выполнения программы развития организации. Для построения этих моделей применяется метод декомпозиции.
Следующий уровень компонент системного анализа составляют прикладные методологии системного анализа, центральным моментом которых является модель сложной системы. Примерами таких методологий могут служить модель дерева целей, модель задач управления, метод построения иерархических
содержательных моделей сложных систем и т.д.
В отдельный блок системного анализа включены модели и методы принятия решений. В самом общем виде последовательность принятия решений
включает этапы выявления проблемной ситуации, целевыявления, формирования критериев выбора решений, выработки (генерации) решений, согласования
и выбора решений, реализации решений и оценки результатов. Данная последовательность применима для создания самых различных сложных систем. К
этому уровню будем относить и методы принятия решений. Как правило, эти
методы не привязаны к объекту проектирования, в них делается акцент на способы организации группового или индивидуального поиска решений. К методам поиска решений относятся, в частности, методы активизации мышления
(мозговой штурм, синектика), методы генерации вариантов (морфологический
анализ, метод Дельфи), а также методы выбора (например, метод экспертных
оценок), модели выбора оптимальных альтернатив, модели исследования операций.
Следующий уровень компонент системного анализа составляют технологии проектирования, использующие системный анализ. К ним относятся технологии, ориентированные на конкретный вид систем, например: CASEтехнологии проектирования программных информационных систем, техноло75
гии автоматизированного проектирования технических систем различного назначения, технологии реинжиниринга бизнес-процессов. Отличительной особенностью технологий является наличие регламентирующей процедуры проектирования, предусматривающей выполнение определенных этапов, для каждого из которых определены стандартизированные методики и стандартный набор документации. Как правило, на некоторых этапах предусматривается формирование различного рода моделей.
Практически любая технология явно или неявно использует системный
подход. Так, в основе регламентирующих процедур проектирования, как правило, лежит системная последовательность принятия решений. Методики проектирования зачастую базируются на различных методологиях системного анализа и общих процедурах принятия решений.
4.3 Базовые модели системного анализа
4.3.1 Модель «черного ящика»
Первым наиболее простым и абстрактным уровнем описания системы является модель «черного ящика». Модель «черного ящика» - это модель системы, представляющая собой «черный ящик» с известными выходными и входными параметрами и неизвестным внутренним устройством. Исследуя параметры с помощью такой модели, можно получить представление о внутреннем
устройстве изучаемого объекта.
На практике часто бывает достаточно иметь только часть информации об
объекте. Например, когда мы не знаем текущего цифрового значения точного
времени (проблема – незнание точного времени, цель – не опоздать куда-либо),
то достаточно посмотреть на часы, не задумываясь при этом об их внутреннем
устройстве и источнике поступления энергии для их работы. В приведенном
примере назначение часов (цель их существования) – показывать точное время
в произвольный момент и тем самым воздействовать на внешнюю по отношению к ним среду.
В этом случае предполагается, что выделенная система связана со средой
через совокупность входов и выходов (рис. 4.4). Входы модели описывают ресурсы и ограничения, а выходы – результаты деятельности системы. При этом
предполагается, что содержимое системы неизвестно (или не представляет интереса для внешней среды), но этого достаточно для решения возникшей проблемы. Например, при употреблении таблетки нурофена не обязательно знать
состав самой таблетки и представлять механизм воздействия ее компонентов на
организм, а важно то, что при этом проходит головная боль.
76
в
х
о
д
ы
система
в
ы
х
о
д
ы
Рис 4.4 Модель «черного ящика»
Понятие «черный ящик» было предложено У.Р. Эшби. В кибернетике оно
позволяет изучать поведение систем, т.е. их реакций на разнообразные внешние
воздействия, и в то же время абстрагироваться от их внутреннего устройства.
Таким образом, система изучается не как совокупность взаимосвязанных элементов, а как нечто целое, взаимодействующее со средой на своих входах и выходах.
Модель «черного ящика» применима в различных ситуациях. Такая модель, несмотря на ее внешнюю простоту и отсутствие сведений о внутренней
структуре, оказывается часто полезной и достаточной для практического использования. Например, для анализа работоспособности телевизора необходимо проверить входы (шнур электропитания, антенну, ручки управления и настройки) и выходы (экран кинескопа и выходные динамики). Системное описание какого-либо производственного процесса необходимо начинать с анализа
его информационных и материальных входов и выходов - планируемых и результирующих показателей деятельности, качества ресурсов и конечных продуктов и т.д.
Следует отметить, что существует множество систем, внутреннее устройство которых невозможно либо нецелесообразно описывать, и в этом случае
модель «черного ящика» является единственным вариантом их исследования.
Например, мы не знаем, как устроен организм человека, в то же время необходимо знать влияние, оказываемое на него лекарственными препаратами и т.д.
Метод «черного ящика» используется при исследовании систем, все элементы и
связи которых в принципе доступны, но либо многочисленны и сложны, что
приводит к огромным затратам времени и средств при непосредственном изучении, либо такое изучение недопустимо по каким-либо соображениям.
Модель в этом случае отражает два важных и существенных ее свойства:
целостность и обособленность от среды.
Исследование с помощью метода «черного ящика» заключается в том,
что осуществляется предварительное наблюдение за взаимодействием системы
с внешней средой и установление списка входных и выходных воздействий,
среди которых выделяются существенные воздействия. Затем осуществляется
выбор входов и выходов для исследования с учетом имеющихся средств воз77
действия на систему и средств наблюдения за ее поведением. На следующем
этапе производятся воздействие на входы системы и регистрация ее выходов. В
процессе изучения наблюдатель и «черный ящик» образуют систему с обратной
связью, а первичные результаты исследования – множество пар состояний входа и выхода, анализ которых позволяет установить между ними причинноследственную связь.
Пример модели «черного ящика» рассмотрен на примере ВУЗа (рис. 4.5).
Квалифицированные
специалисты
Абитуриенты
Преподаватели
Материальная база
ВУЗ как черный
ящик
Наукоемкие
технологии
Рис. 4.5 Отношения ВУЗа с окружающей средой
В настоящее время известны два вида «черных ящиков». К первому виду
относят любой «черный ящик», который может рассматриваться как автомат,
называемый конечным или бесконечным. Поведение таких «черных ящиков»
известно. Ко второму виду относятся такие «черные ящики», поведение которых может быть наблюдаемо только в эксперименте. В таком случае в явной
или неявной форме высказывается гипотеза о предсказуемости поведения
«черного ящика» в вероятностном смысле. Без предварительной гипотезы невозможно любое обобщение или, как говорят, невозможно сделать индуктивное
заключение на основе экспериментов с «черным ящиком».
Такая модель, несмотря на внешнюю простоту и на отсутствие сведений
о внутреннем строении системы, часто оказывается очень полезной. Отметим,
однако, что построение модели «черного ящика» не является тривиальной задачей, так как на вопрос о том, сколько и какие именно входы и выходы следует
включать в модель, ответ не прост и не всегда однозначен.
Построение модели основывается на выборе из бесконечного множества
связей системы со средой их конечного множества, адекватно отражающего цели исследования. Очевидно, что такие модели не надо сводить к моносистеме
(т.е. системе с одним входом и выходом), а для обоснования необходимого и
достаточного количества параметров множеств входов и выходов широко использовать методы математической статистики, привлекать опытных экспертов. При построении модели системы в виде «черного ящика» существует
опасность неполноты перечня входов и выходов, вследствие чего важные из
них могут быть сочтены несущественными либо быть неизвестны.
Трудности построения модели черного ящика возникают из-за того, что
модель всегда содержит конечный список связей, тогда как их число у реальной
78
системы не ограничено. Возможны четыре типа ошибок при построении модели черного ящика.
Ошибка первого рода происходит, когда ЛПР расценивает связь как существенную и принимает решение о включении ее в модель, тогда как на самом
деле по отношению к поставленной цели она несущественна и могла бы быть
неучитываемой. Это приводит к появлению в модели «лишних» элементов, по
сути ненужных.
Ошибка второго рода, наоборот, совершается ЛПР, когда он принимает
решение, что данная связь несущественна и не заслуживает быть включенной в
модель, тогда как на самом деле без нее цель исследования не может быть достигнута в полной мере.
Ошибкой третьего рода принято считать последствия незнания. Для того
чтобы оценивать существенность некоторой связи, надо знать, что она вообще
есть. Но от того, что ЛПР не подозревает о существовании некой связи, она не
перестает существовать и проявляться в реальной действительности.
Ошибка четвертого рода может возникнуть при неверном отнесении известной и признанной существенной связи к числу входов или выходов.
4.3.2 Модель состава системы
При рассмотрении любой системы, прежде всего, обнаруживается, что ее
целостность и обособленность выступают как внешние свойства. Вместе с тем
внутренняя структура системы также является многообразной, неоднородной и
состоит из множества функциональных элементов. При детальном рассмотрении система может быть разбита на части: неделимые (элементы) и состоящие
более чем из одного элемента (подсистемы). В результате описания этих подсистем и элементов получается модель состава системы (рис. 4.6).
система
подсистема
элементы
Рис. 4.6. Модель состава системы
На рис. 4.7 приведен фрагмент модели состава системы «вуз», в которой
овалами обозначены элементы системы, а прямоугольниками – ее подсистемы.
79
Разумеется, это далеко не полная модель состава вуза и, более того, уже на этом
этапе ее построения можно выделить несколько уровней в составе рассматриваемых подсистем. Например, ректорат – подсистема 1-го уровня, институты и
научно-исследовательская часть – подсистемы 2-го уровня, профессорскопреподавательский состав и студенчество – подсистемы 3-го уровня.
Система «ВУЗ»
Ректорат
Проректор 1
Проректор N
Ученый секретарь
Подсистема
Институт
ППС
Профессора
Кафедра 1
Кафедра N
Научноисследовательская
часть
НИИ
Доценты
Подсистема
Отдел
Ассистенты
Лаборатория
Кафедра
(общевузовская)
Подсистема
Подсистема
Студенчество
Курс 1
Курс 5
Поток 1
Группа 1
Группа N
Поток M
Подсистема
Рис. 4.7. Модель состава системы «ВУЗ»
Построение модели состава системы только на первый взгляд кажется
простым делом. Если дать разным экспертам задание определить состав одной
и той же системы, то результаты их работы будут различаться, иногда довольно
значительно. Причина такого исхода состоит не только в том, что у них могут
быть разные знания о системе. Главная трудность в построении модели состава
системы заключается в том, что границы разбиения модели состава системы на
подсистемы и элементы определяются целями системы и являются относительными, условными. Таким образом, построение модели состава в силу многообразия природы и форм элементов – сложный процесс, что объясняется тремя
факторами:
1) неоднозначностью понятия «элементарность»: то, что с одной точки
зрения является элементом, с другой оказывается подсистемой, подлежащей
дальнейшему разбиению;
80
2) многоцелевым характером объекта, объективно требующим выделения под каждую цель соответствующего ей состава: как и другие модели, модель состава является целевой, а для разных целей один и тот же объект потребуется разбить на разные части. Это означает, что модели состава системы
«вуз» с точки зрения ректора, начальника пожарной охраны и уборщицы будут
разными;
3) условностью (субъективностью) процедуры деления целого на части
(системы на подсистемы, элементы): поскольку всякое деление целого на части
является относительным и условным, то границы между подсистемами в рамках модели состава тоже условны. Это относится и к границам между самой
системой и окружающей средой. Например, тормозную систему автомобиля
можно либо отнести к ходовой части, либо к подсистеме управления, либо выделить в самостоятельную подсистему.
Последовательная декомпозиция системы на подсистемы приводит к
формированию иерархической древовидной структуры. Многоуровневые иерархии различных систем, имея одинаковую древесную форму, могут существенно отличаться по содержанию. В табл. 4.1 приведены примеры декомпозиционных моделей для 4-х систем: »семья, как материальная система», «система
целей семьи», «семья, как понятие», «система принятия семейных решений».
Отношения между подсистемами дерева для первой из перечисленных систем
имеют смысл «целое-часть», для второй – «цель-средство», для третьей – «общее-частное», для четвертой – «координация-решение».
Табл. 4.1 - Примеры различных типов иерархий
Система
Семья, как материальная
система
Подсистемы
Члены семьи
Имущество семьи
Система целей семьи
Материальное благополучие
Духовные цели
Понятие «семья»
Многодетная семья
Неполная семья
Согласованное решение
по вопросу 1
Согласованное решение
по вопросу 2
Система принятия семейных решений
Элементы
Муж, жена, предки, потомки, др.
родственники
Общее жилье и хозяйство
Личное имущество членов семьи
Увеличение доходов
Оптимизация расходов
Удовлетворение духовных потребностей каждого члена семьи
Общесемейные традиции
Муж, жена, больше 3 детей
Муж или жена, дети
Мнения по вопросу отдельных членов семьи или коалиции
Мнения по вопросу отдельных членов семьи или коалиции
При описании сложной системы требуется найти компромисс между простотой описания и необходимостью учета поведенческих особенностей слож81
ной системы. Разрешение этой дилеммы ищется в иерархическом подходе.
Система задается семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения различных уровней абстрагирования. Существует
три типа иерархических систем: «страты», «слои» и «эшелоны».
1) уровень описания, или абстрагирования, – страта;
2) уровень сложности принимаемого решения – слой;
3) организационный уровень – эшелон.
Страты. Этот вид иерархии позволяет описывать систему на разных
уровнях абстрагирования, т.е. детальности описания. Уровни абстрагирования
называют «стратами». На каждой страте имеется свой собственный набор
терминов, концепций и принципов. Например, в стратифицированном описании хозяйственной организации на верхнем уровне предприятие в целом характеризуется в основном обобщенными экономическими показателями. На среднем уровне подсистемы сбыта, материально-технического снабжения и т.д. характеризуются, в основном стоимостными показателями. Подсистемы нижнего
уровня описываются, как правило, натуральными показателями, такими, как
объем и ассортимент складских запасов, загрузка оборудования, рабочее время
персонала и т.д.
Приведем некоторые характеристики стратифицированного описания
систем:
1) Выбор страт, в терминах которых описывается данная система, зависит от наблюдателя, его знания и заинтересованности в деятельности
системы. Хотя для многих систем некоторые страты кажутся естественными, может оказаться, что они не представляют интереса.
2) Принципы и законы, используемые для характеристики системы на
любой страте, в общем случае не могут быть выведены из принципов,
используемых на других стратах.
3) Требования, предъявляемые к работе системы на любой страте, выступают как условия или ограничения деятельности на нижестоящих
стратах.
4) То, что является ответом рассмотрения на данной страте, более подробно раскрывается на нижерасположенной страте.
5) Чем ниже наблюдатель спускается по иерархии, тем более детальным
становится раскрытие системы; чем выше поднимается, тем более явным становится смысл и значение всей системы.
Слои. Это понятие иерархии относится к процессам принятия сложных
решений. Этот вид иерархии позволяет описать сложную проблему принятия
решений в виде совокупности последовательно расположенных более простых
подпроблем, решение которых позволяет решить и исходную проблему.
В любой ситуации принятия решения существуют две особенности:
82
1) когда приходит время принимать решение, принятие и выполнение
решения желательно ускорить;
2) прежде чем принять решение, следует хорошо оценить создавшуюся
ситуацию.
При принятии решения в сложных ситуациях разрешение этой дилеммы
ищут в иерархическом подходе: определяют семейство проблем, которые пытаются разрешить последовательным путем в том смысле, что решение любой
проблемы из этой последовательности определяет и фиксирует, какие-то параметры в следующей проблеме, так что последняя становится полностью определенной, и можно приступить к ее решению. Примером многослойной системы может служить иерархия системы целей семьи, приведенная в табл. 4.1. Так
подцели «Увеличение доходов» и «Оптимизация расходов» уточняют более
расплывчатую цель «Материальное благополучие». Подцели нижнего уровня
могут рассматриваться как элементарные, если очевиден способ их решения. В
противном случае они уточняются. Так, цель «Увеличение доходов» может
быть продекомпозирована на подцели «Добиться повышения в должности» и
«Найти дополнительный заработок» и т.д.
Эшелоны. Это понятие иерархии подразумевает, что:
1) система состоит из семейства четко выделенных взаимодействующих
подсистем;
2) некоторые из подсистем являются принимающими решения элементами;
3) принимающие решения элементы располагаются иерархически, т.е.
некоторые из них находятся под влиянием или управляются другими
решающими элементами.
Уровень в такой системе - эшелон. Этот вид иерархии относится не к моделям состава, а к моделям структуры. Это понятие иерархии относится к многоуровневым и многоцелевым системам принятия решений. В таких системах
принимающие решение элементы располагаются иерархически в том смысле,
что некоторые из них управляются другими решающими элементами. При этом
элементы верхнего уровня хотя и обусловливают целенаправленную деятельность элементов нижних уровней, но не полностью управляют ею. Принимающим решения элементам предоставлена некоторая свобода в выборе их собственных решений. Наиболее характерный пример систем такого рода – формальные организации людей.
Очевидно, что в таком контексте эшелоны нельзя рассматривать как декомпозиционную модель, т.к. вышестоящий элемент не декомпозируется на
нижестоящие, между ними устанавливаются отношения подчиненности. Однако можно модифицировать понятие эшелонов. Эшелонная иерархия может рассматриваться как модель состава в том случае, если подсистемами являются не
принимающие решения элементы, а сами решения: на нижнем уровне распола83
гаются частные решения, на вышестоящем - скоординированное, согласованное
решение. Таким образом, решение верхнего уровня с одной стороны декомпозируется на частные решения, с другой стороны оно полностью не определяется ими, а имеет еще координирующую составляющую. Например, согласованное мнение семьи по вопросу совместного проведения отпуска декомпозируется на отдельные решения по поводу места, времени, стоимости и т.д., высказываемые отдельными членами семьи или коалициями. Причем общее решение
получается в результате согласования, координации частных решений.
Применительно к организационным системам иерархическая модель состава используется, например, при формировании организационной структуры,
а также для выявления комплекса проблем, целей и задач управления. При этом
сам объект декомпозиции (как и тип формируемой иерархии) может быть разным, что приводит к формированию разных моделей. Так, при декомпозиции
«деятельности организации» формируется модель состава производственных,
социальных, управленческих и др. процессов, протекающих в организации. При
декомпозиции «цели организации» формируется дерево целей. При декомпозиции «персонала организации» мы получим модель организационного состава.
Таким образом, для некоторой организации могут быть построены различные
модели состава, отличающиеся друг от друга, используемые для различных целей.
Три введенных понятия иерархических структур имеют каждое свою область применения: концепция страт введена для целей моделирования, концепция слоев - для вертикальной декомпозиции решаемой проблемы на подпроблемы; концепция эшелонов относится к взаимной связи между образующими
систему элементами принятия решения.
Однозначного соотношения между стратами, эшелонами и слоями не существует. Задания для нескольких эшелонов могут быть определены из модели
одной и той же страты, в то время как решаемая проблема на данном слое может быть распределена между рядом эшелонов. Более того, задание для эшелона может содержать элементы проблем, принадлежащих не к одному слою, а к
ряду слоев решаемой проблемы.
4.3.3 Модель структуры системы
Простота и доступность моделей «черного ящика» и состава позволяет
решать с их использованием множество практических задач. Вместе с тем для
более детального (глубокого) изучения систем необходимо устанавливать в модели состава отношения (связи) между элементами. Описание системы через
совокупность необходимых и достаточных для достижения целей отношений
между элементами называется моделью структуры системы (рис. 4.8).
Перечень связей между элементами, на первый взгляд, является несколько отвлеченной, абстрактной моделью. В данном случае речь должна идти о
84
целевом (проблемном) анализе взаимосвязей между элементами, т.е. выделении
из бесконечного числа связей необходимого и достаточного их количества в
соответствии с имеющимися целями и дальнейшем их изучении. Например, при
анализе работоспособности ПЭВМ, убедившись в работе каждого элемента в
отдельности, необходимо проанализировать наиболее существенные интерфейсы: между процессором и терминалом, между клавиатурой и процессором, между процессором и внешней памятью.
Рис. 4.8. Модель структуры системы
Все структурные схемы имеют нечто общее, что побудило рассматривать
их как особый объект математических исследований. Наиболее общей математической моделью описания структурной схемы являются различные графовые
модели. Графы могут изображать любые структуры. При этом некоторые типы
структур, имеющие важные для практики особенности, выделены в специальные классы. Так, например, для производственного процесса в качестве его топологического описания обычно используется понятие производственнотехнологической структуры, под которой будем понимать совокупность элементарных производств и видов деятельности, упорядоченную в соответствии с
технологической последовательностью получения промежуточных и конечных
продуктов деятельности системы.
В формализованном виде производственно-технологическая структура
представляется в виде графа типа «сеть» (рис. 4.9), где вершины – «элементарные» хозяйственные подразделения, реализующие процессы преобразования
ресурсов в конечные (промежуточные) продукты, а дуги - промежуточные продукты либо другие ресурсы, производимые (представляемые) одними подразделениями и потребляемые другими.
Заготовительный цех
Обрабатывающий
цех № 2
Обрабатывающий
цех № 1
Сборочный
цех
Система
Рис. 4.9 Сетевая структура
85
Если же в качестве объекта исследования будем рассматривать территориально-распределенные вычислительные сети, то их описание производится,
как правило, в виде линейных (общая шина), кольцевых, звездообразных либо
полно-связных структур.
Рассмотрим структуры, описывающие организационные системы. Опыт
проектирования организационных систем показывает, что для синтеза оргструктуры существенными являются отношения подчиненности, отношения
полномочий и информационные отношения между организационными единицами. Таким образом, необходимо проектирование трех типов структур:

Структуры подчиненности (распределения власти). Как правило,
структуры этого вида изображают в виде иерархии: руководитель располагается на более высоком уровне, чем тот, кем он непосредственно руководит. Последний при этом также может иметь в своем непосредственном подчинении
ряд сотрудников и т.д.

Структуры полномочий (распределения ответственности). Структура полномочий обычно идентична структуре подчиненности, т.е. обе структуры изображаются с помощью одинаковых графов. Однако само содержание
отношений в этих структурах различно.

Структуры коммуникаций (распределения информации). Структуры коммуникаций гораздо разнообразнее и не ограничиваются структурами типа иерархии. Дело в том, что кроме «вертикальных» потоков информации вниз
и вверх по иерархии подчиненности, в любой организации всегда присутствуют
и «горизонтальные», и «перекрестные» информационные связи. Более того,
кроме формальной структуры упорядоченных потоков информации, в каждой
организации существуют и потоки неформальных сообщений. Изучение неформальной структуры коммуникаций может помочь совершенствованию формальной структуры.
4.4 Прикладные модели системного анализа
4.4.1 Дерево целей
Дерево целей – структурированная, построенная по иерархическому
принципу (распределенная по уровням, ранжированная) совокупность целей
системы, программы, плана, в которой выделены генеральная цель («вершина
дерева»); подчиненные ей цели первого, второго и последующего уровней
(«ветви дерева»). Каждая цель верхнего уровня представлена в виде подцелей
следующего уровня. Название «дерево целей» связано с тем, что схематически
представленная совокупность распределенных по уровням целей напоминает
по виду перевернутое дерево.
Идея метода «дерева целей» впервые была предложена Черчменом в связи с проблемами принятия решений в промышленности и основана на получе86
нии иерархических структур путем последовательного разделения общей цели
на подцели, подцелей - на функции, функций - на более детальные функции.
Пример «дерева целей»:
 генеральная цель - удовлетворение потребностей человека в пище;
 подцели первого уровня - удовлетворение потребностей в белках, жирах,
углеводах, витаминах;
 подцели второго уровня - удовлетворение потребностей в хлебе, молоке,
масле, овощах, фруктах и т.д.
Процесс детализации целей всегда носит иерархический характер. В задаче управления предприятием цель заключается обычно в достижении определенного значения показателя. Если показатель является сложным, то его декомпозиция осуществляется не только по вертикали (иерархии), но и в соответствии с принадлежностью к различным классификационным группировкам.
Это порождает дерево целей, в котором имеют место альтернативные варианты
декомпозиции. Обуславливается это различными подходами к декомпозиции
главной цели, что в свою очередь ведет к нескольким и, как правило, несогласованным вариантам решений.
Важным аспектом пространства целей является установление пределов
декомпозиции главной цели. Обычно этот процесс продолжается до тех пор,
пока не будет достигнут нужный, с точки зрения ЛПР, уровень. В экономических задачах объективным пределом глубины формализации главной цели является достижение уровня первичных показателей. При дальнейшей детализации дерево целей превращается в дерево мероприятий.
При формировании целей предполагается, что каждой подсистеме (элементу подсистемы), полученной при декомпозиции системы, соответствует
своя подцель. При таком подходе можно говорить, что построенное таким образом дерево целей изоморфно соответствующему дереву подсистем
(рис. 4.10.).
S
п/с
1.1
п/с
1.1.1
Z(S)
п/с
1.2
п/с
1.1.2
п/с
1.3
п/с
1.3.1
п/с
1.3.2
S – декомпозируемая система
п/с - подсистема
Z(п/с)
1.1
п/с
1.3.3
Z(п/с)
1.1.1
Z(п/с)
1.1.2
Z(п/с)
1.2
Z(п/с)
1.3.1
Z(п/с)
1.3
Z(п/с)
1.3.2
Z(S) – глобальная цель системы
Z(п/с) – цель подсистемы
Рис. 4.10. Соответствие иерархии целей иерархии подсистем
87
Z(п/с)
1.3.3
Процедура формирования иерархии целей в значительной мере является
процессом эвристическим и мало формализованным из-за трудностей выявления целей. Однако, несмотря на высокую степень свободы, при формировании
дерева целей используются следующие принципы:

Иерархия целей – поступательное и постепенное движение от
обобщенных задач к частным.

Адаптация целей более низкого уровня для облегчения их восприятия персоналом компании и проведения соответствующей ориентации подразделений.

Полнота описания задач – цели более низкого иерархического
уровня должны в полной мере описывать цели вышестоящего уровня.

Направленность целей – цели более низкого иерархического уровня
должны быть в полной мере направлены на реализацию целей более высокого
иерархического уровня.

Максимальная простота и логическая обоснованность системы целей – все цели нижестоящего иерархического уровня должны логично вытекать
из вышестоящей цели, причем общее количество нижестоящих целей не должно превосходить необходимого минимума.

Расстояние от цели каждого конкретного сотрудника до общего
устремления предприятия (или ее проекции на данный структурный блок)
должно быть минимально возможным.
Адаптация задач для облегчения их восприятия имеет первостепенное
значение для эффективности дерева целей. Каждая из составляющих дерева –
конкретная задача предприятия – должна быть максимально приближена к
представлению сотрудников о том, как работает компания. В связи с этим весь
ее технологический процесс необходимо разделить на блоки – простые и понятные для персонала элементы. При этом блоки должны быть замкнуты на одно определенное и конкретное понятие – географический регион, операцию или
функцию, имеющую большое значение для достижения цели компании. Так,
целью может быть получение максимальной долгосрочной прибыли на какомлибо географическом рынке, сбыт продукции, оформление договоров, инвестирование свободных средств и т.д. Однако в любом случае эти понятия необходимо формулировать так, чтобы их было легко идентифицировать и отделить
от прочих. Поэтому каждый блок в дереве целей должен описывать самостоятельное и логически изолированное действие. Это обеспечивает деление технологического процесса на ряд самостоятельных фрагментов, «нанизанных» на
общую цель компании и направленных на ее достижение, логически вытекающих один из другого. Логическая и смысловая обособленность целей позволяет
формировать на их основе ясное горизонтальное и вертикальное разделение
труда, позволяющее в максимальной степени повысить эффективность фирмы.
88
На рис. 4.11 приведен фрагмент дерева целей (одна ветвь) системы организационно-технологического типа.
Глобальная цель
системы
КП 1
КП 2
Конечные
продукты
КП 3
Цели вышестоящей системы
Цели существенной среды
Цели исследуемой системы
Целеполагающие системы
Выявление
потребности в
КП
Производство
КП
Потребление
КП
Жизненный
цикл производства
Субъекты
деятельности
Средства
деятельности
Предметы
деятельности
Прогнозирование и планирование
Организация
выполнения
Контроль и регулирование
Регистрация информации.
Сбор информации
Передача
информации
Обработка информации
…
Состав системы
Управленческий цикл
Этапы обработки информации
Рис. 4.11. Фрагмент дерева целей
Формальная процедура построения дерева целей включает следующие
основные шаги:
1) Выбор очередного объекта декомпозиции. На начальном шаге в качестве такого объекта берется система в целом. На последующих шагах берутся
получаемые подсистемы, элементы.
2) Выбор стандартной модели декомпозиции.
3) Проверка элементов модели на существенность. Несущественные подсистемы, элементы отбрасываются.
4) Проведение декомпозиции объекта.
5) Формирование целей для полученных подсистем, элементов.
89
6) Проверка полученных подсистем (элементов) на элементарность. Если
подсистемы (элементы) элементарны, то они далее не декомпозируются. Иначе
– переход на шаг 1.
4.4.2 Иерархическая содержательная модель
Теория иерархических семантических (содержательных) моделей в качестве основного принципа использует стратифицированный подход к построению модели. Система рассматривается как некоторый процесс, деятельность,
преобразующая предметы деятельности в конечные продукты. Система разбивается на подсистемы, каждой из которых соответствует некоторый подпроцесс. Этот процесс разбивается на подпроцессы, т.е. некоторые функциональные блоки. В результате получаем дерево процессов.
Для построения такого дерева могут использоваться типовые основания
декомпозиции (стандартные модели), которые позволяют формировать «однородную» иерархию процессов по типу «целое – часть». Такой подход позволяет описать систему на разных уровнях детальности описания. На рис. 4.12 приведен
фрагмент
дерева
деятельности
системы
организационнотехнологического типа.
Деятельность
системы
Социальная
деятельность
Природоохранная
деятельность
Производственная
деятельность
Финансовая деятельность
Основное
производство
Производство
КП 1
Производство
КП 2
Получение и
подготовка ПД
Технологическая
операция 1
Управленческая
деятельность
Обеспечивающее
производство
Производство
КП 3
Мат-тех.
снабжение
Тех. обслуживание
Производство КП
Транспортировка
и сбыт КП
Технологическая
операция 2
Технологическая
операция 3
Энергетич.
хоз-во
Рис. 4.12. Фрагмент дерева деятельности
Внутри каждой из подсистем, выполняющей некоторый процесс, выделяются структурные элементы, участвующие в выполнении данного процесса:
90
 предметы деятельности (ПД) - сырье, материалы, информация;
 конечные продукты (КП) - товары, услуги, информация;
 средства деятельности (СД) - здания, оборудование, инструменты;
 субъекты деятельности или кадры (К) - работники, исполнители.
Технология процесса характеризуется через отношение четырех групп
элементов, обеспечивающих его выполнение.
Каждый из элементов предлагается описывать множеством семантических параметров (характеристик, свойств). Весь процесс в целом также описывается множеством параметров, называемых параметрами процесса.
В результате для каждой подсистемы дерева процессов формируется содержательное описание, включающее классификаторы для каждой из 4-х групп
структурных элементов, классификаторы параметров каждого элемента и классификаторы параметров процесса (рис. 4.13).
С
Д
Параметры СД
П
К
Д
П
Параметры КП
К
Параметры ПД
Параметры
процесса
Параметры К
Рис. 4.13. Структура содержательного описания процесса
Модели вариантного выбора позволяют на основе иерархической содержательной модели формировать дерево вариантов системы и дерево оптимальных вариантов. Имеется несколько стратегий формирования альтернативных
вариантов и выбора оптимальных решений. Наиболее распространенная стратегия - когда решения принимаются на всех уровнях иерархии «сверху – вниз».
Сначала на верхнем уровне иерархии формируются «обобщенные» варианты
реализации всей системы в целом и выбирается оптимальный вариант. Этот вариант является ограничением для нижестоящих уровней. Затем аналогичным
образом принимаются решения на более низких уровнях. Тем самым выбранный на верхнем уровне вариант как бы уточняется, детализируется на уровне
подсистем. Иногда используется более жесткая процедура, когда сама декомпозиция системы (подсистемы) осуществляется только после того, как для нее
91
был выбран оптимальный вариант. На рис. 4.14 приведен пример дерева вариантов.
Варианты системы
Оптимальные
варианты
Варианты подсистемы
Рис. 4.14. Дерево вариантов системы
4.5 Прикладные технологии, использующие
системный анализ
4.5.1 Методология IDEF0
Изучение любой системы предполагает создание модели системы, позволяющей произвести анализ и предсказать ее поведение в определенном диапазоне условий, решать задачи анализа и синтеза реальной системы. В зависимости от целей и задач моделирования оно может проводиться на различных
уровнях абстракции.
Всякий объект характеризуется результатами своего существования, местом, которое он занимает среди других объектов, ролью, которую он играет в
среде. Функциональное описание необходимо для того, чтобы осознать важность системы, определить ее место, оценить отношения с другими системами.
Функциональное описание (функциональная модель) должно создать
правильную ориентацию в отношении внешних связей системы, ее контактов с
окружающим миром, направлениях ее возможного изменения. Функциональное
описание исходит из того, что всякая система выполняет некоторые функции:
просто пассивно существует, служит областью обитания других систем, обслуживает системы более высокого порядка, служит средством для создания более
совершенных систем.
Методология IDEF0 является одной из самых известных и широко используемых методологий проектирования. Системные аналитики всего мира
используют ее для решения широкого спектра проблем, включая разработку
программного обеспечения, бизнес-анализ, проектирование, планирование и
управление производственными системами, управление финансами и материально-техническими ресурсами, обучение персонала и т.д.
92
Стандарт IDEF0 предназначен для функционального моделирования. В основе стандарта лежит понятие функции, под которой понимается управляемое
действие над входными данными, осуществляющееся посредством определенного
механизма, результатом его являются выходные данные.
Модель SADT использует как естественный, так и графический языки для
передачи информации о конкретной системе. Модель состоит из диаграмм и
фрагментов текста. На диаграммах все функции системы и их взаимодействия
представлены как блоки (функции) и дуги (отношения).
IDEF0 методология построена на следующих принципах:
– Графическое описание моделируемых процессов. Графический язык
блоков и дуг IDEF0 диаграмм отображает операции или функции в виде блоков, а взаимодействие между входами/выходами операций, входящими в блок
или выходящими из него, дугами (рис. 4.15). Функциональный блок преобразует входную информацию (данные, материалы, средства, задачи, цели и др.) в
выходную (что требуется получить в результате выполнения данной функции).
Управление определяет, когда и как это преобразование может или должно
произойти. Механизм (или исполнители) непосредственно осуществляют это
преобразование.
– Лаконичность. За счет использования графического языка описания
процессов достигается с одной стороны точность описания, а с другой – краткость. Описание объектов и процессов в IDEF0 выполняется в виде совокупности
взаимосвязанных блоков, называемых блоками ICOM (Input - Control - Output Mechanism), где I - вход, С - управление, О – выход, М – механизм.
Управление
Входы
Функция
Выходы
Механизм
Рис. 4.15. Структура модели
Необходимо соблюдение правил и точность передачи информации. При
IDEF0 моделировании необходимо придерживаться следующих правил:
 на диаграмме должно быть не менее 3-х и не более 6-и функциональных блоков;
 диаграммы должны отображать информацию, не выходящую за рамки
контекста, определенного целью и точкой зрения;
 диаграммы должны иметь связанный интерфейс, когда номера блоков,
дуги и ICOM коды имеют единую структуру;
93
 уникальность имен функций блоков и наименований дуг;
 четкое определение роли данных и разделение входов и управлений;
 замечания для дуг и имена функций блоков должны быть краткими и
лаконичными;
 для каждого функционального блока необходима как минимум одна
управляющая дуга;
 модель всегда строится с определенной целью и с позиций конкретной
точки зрения.
В процессе моделирования очень важным является четко определить направление разработки модели – ее контекст, точку зрения и цель. Контекст
модели очерчивает границы моделируемой системы и описывает ее взаимосвязи с внешней средой. Цель отражает причину создания модели и определяет ее
назначение. При этом, все взаимодействия в модели рассматриваются именно с
точки зрения достижения поставленной цели. Точка зрения определяет позицию автора, т.е. что будет рассматриваться и под каким углом зрения.
Необходимо помнить, что одна модель представляет одну точку зрения.
Для моделирования системы с нескольких точек зрения используется несколько
моделей.
Диаграммы более высокого уровня (А-0, А0) – являются наиболее общим
описанием системы, представленным в виде отдельных Блоков. Декомпозиция
этих блоков позволяет достигать требуемого уровня детализации описания системы. При IDEF0 моделировании для описания отношений между блоками используются пять типов взаимосвязей (табл. 4.2).,
Табл. 4.2. Типы связей в методологии IDEF0
Название
Определение
Взаимосвязь по управле- выход одного Блока влияет
нию
(является управляющей) на
выполнение функции в другом Блоке
Взаимосвязь по входу
выход одного Блока является входом для другого
94
Иллюстрация
Название
Определение
Обратная связь по управ- выходы из одной функции
лению
влияют на выполнение других функций, выполнение
которых в свою очередь
влияет на выполнение исходной функции
Обратная связь по входу
Взаимосвязь
механизм»
Иллюстрация
выход из одной функции
является входом для другой
функции, выход которой
является для него входом
«выход- выход одной функции является механизмом для другой. Иначе говоря, выходная Дуга одного Блока является Дугой механизма для
другого. Такой тип связи
встречается редко и относится чаще всего к подготовительным операциям
Описание IDEF0 модели построено в виде иерархической пирамиды, в
вершине которой представляется самое общее описание системы, а основание
представляет собой множество более детальных описаний. Разработка IDEF0
диаграмм начинается с построения самого верхнего уровня иерархии (А-0) –
одного блока и интерфейсных дуг, описывающих внешние связи рассматриваемой системы. Имя функции, записываемое в блоке 0, является целевой функцией системы с принятой точки зрения и цели построения модели (рис. 4.16).
При дальнейшем моделировании блок 0 декомпозируется, где целевая
функция уточняется с помощью нескольких блоков, взаимодействие между которыми описывается с помощью дуг. В свою очередь, функциональные блоки
могут быть также декомпозированы для более детального представления.
В результате, имена функциональных блоков и интерфейсные дуги, описывающие взаимодействие всех блоков, представленных на диаграммах, образуют иерархическую взаимосогласованную модель (рис. 4.17).
95
Рис. 4.16. Контекстная диаграмма
Рис. 4.17. Детализированная диаграмма
96
4.5.2 Технология реинжиниринга бизнес-процессов
Понятие «реинжиниринг бизнес-процессов» (BPR - Business process
reengineering) возникло примерно в 1990 г. и с тех пор вызывает активный интерес специалистов в области менеджмента и ИТ.
Реинжиниринг бизнес-процессов (РБП) представляет собой проектную
деятельность,
направленную
на
реструктуризацию
организационноэкономической и информационной систем предприятия, на которую распространяются все требования по выполнению и документированию этапов жизненного цикла проекта любых систем. В частности, процесс перепроектирования бизнес-процессов включает стадии системного анализа и системного синтеза. В ходе системного анализа, на основе исследования недостатков существующей системы, формулируются потребности в новой организации бизнеспроцессов, выбирается направление и определяется экономическая целесообразность перепроектирования бизнес-процессов. На стадии системного синтеза
решаются проектные задачи определения конфигурации бизнес-процессов и
архитектуры, поддерживающей организационной структуры и информационной системы предприятия. Таким образом, видно, что реорганизация организационно-экономической системы и проектирование ИС идут практически параллельно.
Параллельность жизненного цикла РБП означает также то, что большинство основных реорганизуемых бизнес-процессов проектируется одновременно,
что вызывает необходимость параллельной координации проводимых работ в
части разработки общих обеспечивающих подсистем. Таким образом, общесистемные решения формируются в процессе реализации требований к отдельным
бизнес-процессам.
Последовательность стадий проведения реинжиниринга бизнеспроцессов представлена на рис. 4.18.
На стадии визуализации, отвечающей на вопрос: «что должно реорганизовываться?», выделяются основные виды деятельности, реорганизация которых обеспечивает кардинальное повышение эффективности функционирования
организационно-экономической системы. На стадии обратного инжиниринга
осуществляется анализ существующих бизнес-процессов с целью формулирования предложений по их реорганизации. Стадия прямого инжиниринга включает построение моделей новой организации бизнес-процессов и их реализацию
в виде техно-рабочего проекта. Модели новой организации бизнес-процессов
доказывают возможность достижения сформулированных на этапе идентификации критериев эффективности. В дальнейшем модели бизнес-процессов воплощаются в виде положений и инструкций по организации работ персонала и
техно-рабочего проекта информационной системы. Внедрение предполагает
97
комплексное тестирование разработанных компонентов проекта, обучение персонала и поэтапный ввод в действие перепроектированных бизнес-процессов.
Решение о проведении
реинжиниринга
Этап 1
Визуализация
Этап 2
Обратный реинжиниринг
Этап 3.1
Перепроектирова
ние бизнеспроцессов
Этап 3
Прямой
инжинир
инг
Разработка образа будущей компании
Спецификация целей компании
Создание модели существующего предприятия
Идентификация процессов на предприятии
Документирование потоков работ
Определение стоимости существующих процессов
Реорганизация процедур для использования ЭВМ,
повышения эффективности ручного труда
Идентификация необходимых изменений в работе
персонала и ЭВМ
Этап 3.2
Проектирование работ, системы мотивации
Разработка
Организация командной работы
организационной
Управление качеством и т.д.
структуры
Этап 3.3
Разработка
Приобретение ЭВМ,
информационной Разработка программного обеспечения
системы
Этап 4
Внедрение
Подготовка персонала
Внедрение перепроектированных процессов
Интеграция и тестирование
Новая компания
Рис. 4.18. Последовательность проведения реинжиниринга
Анализ этапов проведения РБП показывает большие трудовые и стоимостные затраты, связанные с последовательным характером выполняемых работ,
необходимостью существенных затрат на обратный инжиниринг, ручную раз-
98
работку моделей новой организации бизнес-процессов и последующую реализацию проекта.
Между методикой моделирования РБП и методологией построения иерархических содержательных моделей можно провести аналогию. В методике
иерархических содержательных моделей каждый процесс из иерархии процессов системы описывается с помощью, так называемых, структурных элементов
(конечных продуктов, предметов деятельности, средств деятельности, кадров) и
их параметров, а также параметров процесса. В модели РБП каждый отдельный
шаг (событие) прецедента также описывается в терминах объектов-участников
процесса.
Во многом успех конкретного проекта по реинжинирингу определяет использование инструментальных средств. Все используемые в BPR инструментальные средства можно разделить на следующие группы:
1) Средства создания диаграмм и инструментарии низкого уровня, предназначенные для автоматизации первых этапов (описания целей и перспектив
компании).
2) Средства описания потоков работ, позволяющие проектировать планы
работ над проектами.
3) Средства имитационного моделирования/анимации, применяемые для
анализа динамики бизнес-процессов, использующие специальные графические
средства, специальные языки.
4) CASE-средства, объектно-ориентированные инструментарии и средства быстрой разработки приложений (RAD-средства), используемые в основном
для разработки информационных систем в составе новых бизнес-процессов.
5) Интегрированные многофункциональные средства, автоматизирующие все основные этапы BPR. Как правило, эти средства поддерживают многопользовательский доступ к инструментарию, стыковку с RAD-средствами, возможности имитационного моделирования.
4.5.3 RAD-технология прототипного создания приложений
Проектирование информационных систем (ИС) – логически сложная,
трудоемкая и длительная работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. В процессе создания и функционирования ИС информационные потребности пользователей постоянно изменяются или уточняются, что еще более усложняет разработку и сопровождение таких систем.
Тенденции развития современных информационных технологий определяют постоянное возрастание сложности ИС, создаваемых в различных областях экономики. Усложнение архитектуры современных информационных систем предопределяет разработку и применение эффективных технологий проектирования, обеспечивающих ускорение создания, внедрения и развития проектов ИС, повышение их функциональной и адаптивной надежности.
99
Во многих аспектах системный анализ является наиболее трудной частью
разработки. Проблемы, с которыми сталкивается системный аналитик, взаимосвязаны (и это является одной из главных причин их трудноразрешимости):
аналитику сложно получить исчерпывающую информацию для оценки требований к системе с точки зрения заказчика; заказчик, в свою очередь, не имеет
достаточной информации о проблеме обработки данных, чтобы судить, что является выполнимым, а что – нет; аналитик сталкивается с чрезмерным количеством подробных сведений о предметной области и о новой системе; спецификация системы из-за объема и технических терминов часто непонятна для заказчика; в случае понятности спецификации для заказчика, она будет являться
недостаточной для проектировщиков и программистов, создающих систему.
Эти проблемы могут быть существенно облегчены за счет применения
современных структурных методов, к которым можно отнести и технологию
прототипного создания приложений RAD.
Rapid Application Development (RAD, быстрая разработка приложений) –
это жизненный цикл процесса проектирования, созданный для достижения более высоких скорости разработки и качества ПО, чем это возможно при традиционном подходе к проектированию.
RAD предполагает, что разработка ПО осуществляется небольшой командой разработчиков за срок порядка трех-четырех месяцев путем использования инкрементного прототипирования с применением инструментальных
средств визуального моделирования и разработки. Технология RAD предусматривает активное привлечение заказчика уже на ранних стадиях – обследование
организации, выработка требований к системе. Причины популярности RAD
вытекают из тех преимуществ, которые обеспечивает эта технология: высокая
скорость разработки; низкая стоимость; высокое качество.
Последнее из указанных свойств подразумевает полное выполнение требований заказчика как функциональных, так и нефункциональных, с учетом их
возможных изменений в период разработки системы, а также получение качественной документации, обеспечивающей удобство эксплуатации и сопровождения системы. Это означает, что дополнительные затраты на сопровождение
сразу после поставки будут значительно меньше.
Применение технологии RAD целесообразно, когда:

требуется выполнение проекта в сжатые сроки (90 дней). Быстрое
выполнение проекта позволяет создать систему, отвечающую требованиям сегодняшнего дня. Если система проектируется долго, то весьма высока вероятность, что за это время существенно изменятся фундаментальные положения,
регламентирующие деятельность организации, то есть, система морально устареет еще до завершения ее проектирования.

нечетко определены требования к ПО. В большинстве случаев заказчик весьма приблизительно представляет себе работу будущего программ100
ного продукта и не может четко сформулировать все требования к ПО. Требования могут быть вообще не определены к началу проекта либо могут изменяться по ходу его выполнения.

проект выполняется в условиях ограниченности бюджета. Разработка ведется небольшими RAD группами в короткие сроки, что обеспечивает
минимум трудозатрат и позволяет вписаться в бюджетные ограничения.

интерфейс пользователя (GUI) есть главный фактор. Нет смысла заставлять пользователя рисовать картинки. RAD технология дает возможность
продемонстрировать интерфейс в прототипе, причем достаточно скоро после
начала проекта.

проект большой, но поддается разделению на более мелкие функциональные компоненты. Если предполагаемая система велика, необходимо,
чтобы ее можно было разбить на мелкие части, каждая из которых обладает
четкой функциональностью. Они могут выпускаться последовательно или параллельно (в последнем случае привлекается несколько RAD групп).

ПО не обладает большой вычислительной сложностью.
RAD-технология не является универсальной, то есть ее применение целесообразно не всегда. Например, в проектах, где требования к программному
продукту четко определены и не должны меняться, вовлечение заказчика в
процесс разработки не требуется и более эффективной может быть иерархическая разработка (каскадный метод). То же касается проектов, ПО, сложность
которых определяется необходимостью реализации сложных алгоритмов, а
роль и объем пользовательского интерфейса невелик.
Главная идея RAD технологии состоит в том, чтобы как можно быстрее
донести до заказчика результаты разработки, пусть и не в полном виде. Например, реализация только пользовательского интерфейса и предъявление его заказчику позволяет уже на ранней стадии разработки получить замечания по экранным и отчетным формам и внести необходимые коррективы. В этом случае
значительно возрастает вероятность успеха проекта, то есть возникает уверенность в том, что конечный продукт будет делать именно то, что ожидает заказчик. Кроме того, не следует забывать и тот факт, что разница стоимости ошибки определения требований в начале проекта и в конце равна 1:200.
Жизненный цикл создания программного приложения на основе RADтехнологии предполагает после формирования технического задания и декомпозиции системы независимую разработку подсистем с последующей сборкой,
тестированием и внедрением комплексного программного приложения (рис.
4.19).
101
Разработка ТЗ
Разбиение системы на подсистемы
Независимая разработка подсистем по
технологии RAD
Сборка и совместное тестирование
Внедрение
Подсистема 1
Подсистема 2
Подсистема 3
.
Подсистема N
Рис. 4.19. Жизненный цикл создания ЭИС на основе RAD-технологии
4.5.4 ARIS
Методология ARIS основана на разработанной профессором А.В. Шеером теории «Архитектура интегрированных информационных систем»
(Architecture of Integrated Information System – ARIS). Методология ARIS основывается на концепции интеграции, предлагающей целостный взгляд на бизнес-процессы, и представляет собой множество различных методологий, интегрированных в рамках единого системного подхода. Данная методология определяет принципы моделирования практически всех аспектов деятельности организаций. Отличительными особенностями методологии ARIS являются взаимосвязанность и взаимосогласованность моделей. Методология ARIS дает возможность описывать достаточно разнородные подсистемы в виде взаимоувязанной и взаимосогласованной совокупности различных моделей, которые хранятся в едином репозитории.
ARIS поддерживает четыре типа моделей, отражающих различные аспекты исследуемой системы:
1) функциональное представление содержит описание функций бизнеспроцесс или системы, отдельных подфункций (операций) и их взаимосвязи между собой;
2) информационное представление описывает состояния информационных объектов (данных) и события, приводящие к их изменению;
102
3) организационное представление определяет совокупность организационных единиц и из взаимосвязей;
4) управляющее представление описывает взаимосвязи между указанными представлениями.
Рис. 4.20. Группы моделей методологии ARIS
Каждое представление содержит разные диаграммы (ARIS поддерживать
разнообразные графические нотации), которые по времени их возникновения
относят к трем последовательным уровням или этапам проработки представления:
 на уровне описания требований происходит определение целей моделирования, языка предметной области и программного решения рассматриваемой задачи, которое базируется на результатах анализа проблем бизнеса и
позволяет описать формализованные требования к системе;
 на уровне спецификации проекта концептуальные понятия, сформулированные на предыдущем уровне формулировки требований, трансформируются в категории, методы и алгоритмы в терминах информационных технологий;
 на уровне описания реализации спецификация проекта трансформируется в конкретные аппаратные и программные компоненты.
Методология ARIS позиционирует себя как конструктор, из которого под
конкретный проект в зависимости от его целей и задач разрабатывается локальная методология, состоящая из небольшого количества требуемых бизнесмоделей и объектов. В методологии ARIS смысловое значение имеет цвет, что
повышает восприимчивость и читабельность схем бизнес-моделей. Например,
структурные подразделения по умолчанию изображаются желтым цветом, бизнес-процессы и операции – зеленым. За счет высокой степени визуализации
бизнес-моделей методологией ARIS могут использовать все сотрудники: начи103
ная от топ-менеджеров и заканчивая рядовыми сотрудниками. Помимо большего количества моделей по сравнению с другими методологиями, методология
ARIS имеет наибольшее количество различных объектов, используемых при
построении бизнес-моделей, что увеличивает их аналитичность. Например, материальные и информационные потоки на процессных схемах обозначаются
разными по форме и цвету объектами, что позволяет быстро определить тип
потока.
5 ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ
5.1. Общие положения
В теории управления принято считать, что системы с управлением создаются для достижения конкретных целей, которые определяются в рамках
других наук, занимающихся исследованием конкретных систем. В зависимости
от природы (люди или технические устройства) принято выделять три типа
систем с управлением:
– организационные (социальные) системы управления;
– технические системы управления;
– организационно-технические (комплексные) системы управления.
Управляющая система реализует задачи целеполагания, стабилизации,
выполнения программы, слежения или оптимизации и тем самым обеспечивает
либо удержание выходных характеристик системы при изменениях внешней
среды в требуемых пределах, либо выполнение системой действий по изменению значений ее характеристик или характеристик внешней среды.
Объект управления является исполнительным инструментом, реализующим основную функцию системы.
Система связи, являясь частью системы управления, обеспечивает обмен
управляющей информацией между управляющей системой и объектом управления.
Задачами теории управления при таком рассмотрении являются:

синтез структуры и параметров объекта управления, соответствующих цели (закону функционирования) создаваемой системы с управлением;

синтез структуры и параметров управляющей системы, т.е. построение структуры управления с учетом ограничений по затратам различного
вида (численность управленческого персонала и др.); определение мест размещения центров обработки информации; определение массивов информации,
подлежащих передаче, хранению и обработке;

синтез структуры и параметров системы связи.
104
Единых методов решения перечисленных задач для всех типов систем на
настоящее время не существует. Однако для всех типов систем с управлением
признается существование рада аксиом и принципов управления.
5.2. Аксиомы теории управления
Для управления необходимо выполнение ряда естественных условий, которые сформулируем в виде аксиом.
А к с и о м а 1 . Наличие наблюдаемости объекта управления. Это означает, что определение любого из состояний объекта управления (т.е. его наблюдаемость) реализуется только в том случае, если по результатам измерения выходных переменных у*(t) при известных значениях входных переменных х(t)
может быть получена оценка z*(t) любой из переменных состояния z(t).
Такая задача в теории систем известна как задача наблюдения. В организационно-технических системах управления эта задача реализуется функцией
контроля текущего состояния объекта управления и воздействий внешней среды. Без этой информации управление или невозможно, или неэффективно.
А к с и о м а 2 . Наличие управляемости - способности ОУ переходить в
пространстве состояний из текущего состояния в требуемое под воздействиями
управляющей системы. Если состояние объекта управления не меняется, то понятие управления теряет смысл.
А к с и о м а 3 . Наличие цены управления. Под целью управления понимают набор значений количественных или качественных характеристик, определяющих требуемое состояние объекта управления. Если цель неизвестна,
управление не имеет смысла.
А к с и о м а 4 . Свобода выбора - возможность выбора управляющих воздействий (решений) из некоторого множества допустимых альтернатив. Чем
меньше это множество, тем менее эффективно управление, так как в условиях
ограничений оптимальные решении часто остаются за пределами области адекватности.
А к с и о м а 5 . Наличие критерия эффективности управления. Обобщенным критерием эффективности управления считается степень достижения цели
функционировании системы.
А к с и о м а 6 . Наличие ресурсов (материальных, финансовых, трудовых
и т.д.), обеспечивающих реализацию принятых решений. Управление без ресурсов невозможно.
5.3. Содержательное описание функций управления
Управление предприятием или организацией представляет собой способ
организации совместного действия коллектива людей, обладающего некоторы-
105
ми ресурсами для достижения целей. На рис. 5.1 показан обобщенный цикл
управления.
Цели предприятия задаются при его создании, а в процессе функционирования корректируются в соответствии с изменяющимися внешними условиями. Управление предназначено для сохранения основного качества предприятия, то есть совокупности таких его свойств, утеря которых влечет за собой
разрушение предприятии в процессе взаимодействия с внешней средой.
Управление в организационно-технических системах можно представить
как последовательность функций, составляющих технологический цикл управления. Под функцией управления понимают устойчивую упорядоченную совокупность операций, основанную на разделении труда в управляющей системе.
Основоположником функционального подхода в управлении считается
А. Файоль. Он выделял пять функций управления: предвидение, организация,
распорядительская деятельность, координация (согласование) и контроль. Одновременно А. Файоль разделил все функции на шесть групп: производство,
финансы, охрана, учет, администрирование, техника безопасности.
В настоящее время к основным функциям управления относят:
 сбор данных;
 формирование сообщения;
 передачу данных по каналам связи;
 учет;
 контроль;
 анализ;
 прогнозирование;
 планирование;
 оперативное управление;
 организацию и координацию;
 доведение решений.
106
СТАРШАЯ СИСТЕМА
УПРАВЛЕНИЯ
Командная
информация
Информация
о состоянии
СИСТЕМА
УПРАВЛЕНИЯ
Контроль и учет
(исходные данные)
Целеполагание
Командная
информация
Отклонения
отсутствуют
Анализ
Удержать
состояние
Изменить
состояние
Прогнозирование и
планирование
Оперативное
управление
Определение требуемого состояния
Решение задачи
стабилизации
Определение траектории перевода системы
Решение задачи выполнения программы
Решение задачи
оптимизации
Решение задачи
слежения
Плановая и оперативная командная информация
Информация о
состоянии
объекта управления
ОБЪЕКТ
УПРАВЛЕНИЯ
Внешняя среда
Информация о состоянии среды
Рис. 5.1. Обобщенный цикл управления
Для учета человеческого фактора в отдельную группу выделяют функции
стимулирование и мотивация.
Рассмотрим определения и взаимосвязь основных функций в форме
функциональной модели цикла управления (рис. 5.2)
107
Сбор
данных
yi
Учет
Формирование
сообщения
Передача
сообщения
Организация и
координация
yi доп
Контроль
Анализ
yi  yi
доп
yi > yi
доп
Прогнозирование
и планирование
Оперативное
управление
Доведение
решений
Рис. 5.2 Функциональная модель цикла управления
Сбор данных - функция измерения характеристик yi, выполняемая в объекте управления вручную или автоматически. Модели процессов измерения
изучаются в метрологии.
Формирование сообщения (запроса) - преобразование информации к виду,
пригодному для передачи по каналам связи в управляющую систему и/или обработки автоматизированном режиме. Модели функций формировании, сообщений рассматриваются в теории информация, теории баз данных.
Передача данных по каналам связи - осуществляется разными способами,
в том числе с использованием средств автоматизации. Главными требованиями
к передаче данных являются своевременность, достоверность и безопасность
обмена информацией. Модели функций передачи данных рассматриваются в
теории информации.
Учет - система функций, обеспечивающих хранение информации. Включает ввод-вывод, регистрацию, преобразование формы, поиск, отображение,
тиражирование, классификацию, статистическую обработку, выборку, получение агрегированных данных, обеспечение конфиденциальности и целостности
информации. Модели функций учета изучаются в теории баз данных.
Контроль - система функций, обеспечивающих определение состояния
объекта управления (измерение, сбор, уточнение данных об объекте управле108
ния) и оценку степени отклонения текущего состояния от требуемого по заданным критериям эффективности (оценку соответствия состояния системе требуемому). В зависимости от объекта контроля в эту функцию включают, например, измерение в оценку достоверности, точности, объема, своевременности
представления данных, прохождения и исполнения документов, решение задач
информационной безопасности.
Различают три вида контроля: предварительный, текущий и заключительный.
Предварительный контроль проводится до начала цикла управления для
оценки ресурсов объекта управления и внешних воздействий.
Текущий, или оперативный, контроль осуществляется на продолжения
всего цикла управления в целях обнаружения отклонений от требуемого состояния
Заключительный контроль предназначен для оценки степени достижения
цели в конце цикла управления
Функция анализа в общем случае зависит от его цели. Мы будем понимать под этой функцией средство, обеспечивающее объяснение причин отклонение состояния системы от требуемого и обоснование решения на переход к
оперативному управлению или планированию.
Функция прогнозирования - это средство снятия неопределенности относительно возможной структуры, свойств или закона функционирования системы в будущем. Прогноз – это научно обоснованное суждение о возможных состояниях системы в будущем и/или об альтернативных путях и сроках достижения целевого состояния.
Типичными целями прогнозирования могут служить:
– замедление процесса «старения» принимаемых решения и предупреждение неблагоприятных ситуаций, в которых может оказаться организационнотехническая система. Решение по управлению, основанное на правильном прогнозе, не потребуется изменять в ближайшем будущем;
– повышение производительности системы с управлением, адаптация к
изменяющимся условиям (предсказание будущих значений сигнала в системах
связи).
Функция планирования состоит в последовательном снятии неопределенности относительно требуемой структуры, свойств, закона функционирования
системы или внешней среды.
Тактическое планирование заключается в привитии решения по выбору
траектории перевода системы в новое состояние. При этом определяются действия объекта управления, порядок использования ресурсов, решается задача
оптимизации с учетом предполагаемых воздействии внешней среды, детально
прорабатываются средства и способы достижение целей, использования ресур109
сов, необходимые процедуры и технология. Характеристики системы считаются заданными и учитываются как ограничения.
Точную границу между стратегическим и тактическим планированием
провести трудно. Обычно стратегическое планирование охватывает в несколько
раз больший промежуток времени, чем тактическое, оно имеет гораздо более
отдаленные последствия, шире влияет на функционирование управляемой системы в целом и использует более мощные ресурсы.
Оперативное управление обеспечивает функционирование системы в
ранках действующего плана. Заключается в решении задач стабилизации, слежения или выполнения программы управления. Иногда в эту функцию включают задачу оптимизации. Планирование и оперативное управление являются
задачами содержательной обработки информации.
Функция организации заключается в установлении постоянных и временных связей между всеми элементами системы, в определении порядка и условий их функционирования, в объединении компонентов и ресурсов системы талии образом, чтобы обеспечить эффективное достижение намеченных цепей.
Функция организации выполняет:
– группировку функциональных элементов и ресурсов в организационные
структуры;
– распределение степени ответственности ЛПР в иерархии подсистем
управления.
Функция координации - это согласование действий подсистем в соответствии с целями системы с управлением и поддержание этого согласования на
протяжении цикла управления. Наличие нескольких объектов управления и
подсистем управления приводит к противоречию между их частными целями.
Это, в свою очередь, приведет к разобщенности действий. Устранение этих
противоречий - основная задача координации. Функцию координации иногда
рассматривают совместно с организацией в рамках задач оперативного управления или планирования.
Модели координации и организации разрабатываются в общей теории
систем, в теории принятия решений, на основе теории расписаний, в частности,
с использованием методов сетевого планирования и управления.
5.4 Понятие организационной структуры и ее основные характеристики
Одним из основных понятий теории управления является организационная структура системы управления, которая определяется как совокупность подсистем, объединенных иерархическими взаимосвязями, обеспечивающими распределение функций управления между ЛПР и подчиненными
управленцами для достижения целей системы.
110
Организационная структура предусматривает распределение функций и
полномочий на принятие решений между руководящими работниками фирмы,
ответственными за деятельность структурных подразделений, составляющих
организацию фирмы.
Проблема совершенствования организационной структуры управления
предполагает уточнение функций подразделений, определение прав и обязанностей руководителя и сотрудника, устранение многоступенчатости, дублирования функций и информационных потоков. Основной задачей здесь является
повышение эффективности управления.
Организационная структура, в идеале, видит, прежде всего, установление
четких взаимосвязей между отдельными подразделениями фирмы, распределение между ними прав и ответственности. В ней реализуются различные требования к совершенствованию систем управления, выражающиеся в тех или иных
принципах. Проектируя новую оргструктуру управления, нельзя забывать о
требованиях, предъявляемых к оргструктурам, и принципам их построения:
Оптимальность. Структура управления признается оптимальной, если
между звеньями и ступенями управления на всех уровнях устанавливаются рациональные связи при наименьшем числе ступней управления.
Оперативность. Суть данного требования состоит в том, чтобы за время
от принятия решения до его исполнения в управляемой системе не успели произойти необратимые отрицательные изменения, делающие ненужной реализацию принятых решений.
Надежность. Структура аппарата управления должна гарантировать
достоверность передачи информации, не допускать искажений управляющих
команд и других передаваемых данных.
Экономичность. Задача состоит в том, чтобы нужный эффект от управления достигался при минимальных затратах на управленческий аппарат.
Гибкость. Способность изменяться в соответствии с изменениями внешней среды.
Устойчивость структуры управления. Неизменность ее основных
свойств при различных внешних воздействиях.
Организационную структуру определяют следующие характеристики:
 количество звеньев управления;
 количество уровней иерархии;
 степень централизации (децентрализации) управления;
 делегирование полномочий,
 норма управляемости.
Звено (отдел) - это организационно обособленный, самостоятельный орган управления, выполняющий определенные функции управления. Связи меж-
111
ду звеньями одного уровня иерархии называются горизонтальными и выражают отношение взаимодействия (координации).
Уровень (ступень) иерархии - это группа звеньев, в которых ЛПР имеют
одинаковые полномочия. Связи между уровнями иерархии называются вертикальными и выражают отношение подчинения нижних уровней верхним. Для
каждого звена управления связи со всеми подчиненными ей уровнями называют внутренними, а остальные – внешними. Иногда уровень иерархии определяется как отношение числа исходящих связей к числу входящих.
Степень централизации (децентрализации) управления:
1) Система управления называется централизованной, если принятие решений осуществляется только в центральном (старшем) органе системы. Центральный орган управления имеет право распоряжаться всеми материальными,
финансовыми и людским ресурсами системы, принимать решения по целеполаганию, перераспределять ресурсы из одной части системы в другую, координировать деятельность всех ее частей (рис. 5.3).
Обобщенная
информация
Главный центр
управления
Анализирующий
орган
Команды
управления
Центр
управления 1
О
У1
прямые
Центр
управления 2
О
У2
обратные
каналы
О
У3
О
У4
к
аналы
О
У5
О
У6
У – объект управления
Рис. 5.3 Схема централизованного управления
Для схемы централизованного управления:
Достоинства:
 относятся дешевизна и простота (один анализирующий орган);
 жесткая связь главного центра управления с объектом управления.
Недостатки:
 большой объем информации, подлежащий обработке в анализирующей службе;
 протяженная сеть каналов передачи информации;
112
 большая задержка при формировании обобщенной информации и проектных решений, что может привести к запаздывающему управлению,
что снижает его качество и может привести к неверным решениям.
2) Система управления называется децентрализованной, если решения
принимаются отдельными элементами системы независимо от других элементов и не корректируются центральным органом управления. Децентрализованная система обладает тем преимуществом, что в ней органы управления максимально приближены к объектам управления. При этом облегчается контроль
состояния ОУ, ускоряются получение информации о состоянии объекта управления и окружающей среды, а также выработка управляющих воздействий при
изменении этих состояний. Это повышает оперативность управления при небольших воздействиях внешней среды, учитываемых в рамках действующего
плана (рис. 5.4).
Для схемы децентрализованного управления
Достоинство:
 высокая оперативность управления.
Недостатки:
 отрыв главного центра управления от объектов управления;
 высокая стоимость управления (много анализирующих органов)
Главный центр
управления
Центр
управления 2
Центр
управления 1
О
У1
А
О
А
О
О
У2
О
У3
А
О
А
О
О
У4
У – объект управления
О – анализирующий объект
Рис. 5.4 Схема децентрализованного управления
3) При комбинированной схеме управления распределение управляющих
полномочий между главным и локальными центрами (рис. 5.5):
Достоинства:
 обеспечивается высокая оперативность управления;
 не разрывается связь главного центрального управления с объектами
управления;
113
 рациональное распределение управляющих полномочий оптимизирует
структуру управляющих органов, делает ее более экономичной.
Недостатки:
 наличие большого количества каналов информации;
 нет строго распределения управляющих полномочий между главным и
локальными центрами.
Общеанализирующий орган
Главный центр
управления
Центр
управления 2
Центр
управления 1
А
О1
О
У1
О
О
У3
У2
О
У4
А
О2
Рис. 5.5 Комбинированная схема управления
Пример. В качестве объекта управления возьмем таксомоторное хозяйство
города. При централизированном управлении все заявки на такси поступают в единую диспетчерскую города. Диспетчеры должны по радиоканалам отыскать свободное такси, находящееся ближе всего к абоненту. Найдя его, диспетчер указывает
адрес и время вызова. Такая схема может нормально функционировать при числе
такси – 10. При увеличении такая схема не будет работать.
При децентрализованной схеме управления такси заявки на вызовы с помощью радиостанции поступают водителям всех такси. Свободные таксисты сообщают
диспетчеру о выполнении заявок. Возможны сбои.
При комбинированной схеме управления вызовы поступают в единую диспетчерскую, а оттуда транслируются в диспетчерскую района города, откуда оно осуществляется либо по централизированной, либо по децентрализованной схемам.
Делегирование полномочий - передача части функций и прав принятия
решений нижестоящим системам управления. Используется для разгрузки центра, повышения оперативности и качества управления. В этом случае подчиненный действует от имени начальника, но ответственность перед вышестоящими органами полностью сохраняется за руководителем, делегировавшим
свои полномочия.
Норма управляемости - число непосредственных подчиненных, которыми может эффективно управлять один руководитель. В настоящее время
114
считается, что норма управляемости составляет 3 - 12 подчиненных на одного
руководителя.
Организационные структуры делятся на механистические (рис. 5.6) и органические (рис. 5.7), определяемые по принципу действия структур. Механистические структуры функционируют подобно механизму. Органические
структуры функционируют подобно живой материи. При этом считается, что
как бы эффективна ни была работа машины, деятельность живой материи более
плодотворна, поэтому проблеме включения органических структур в систему
управления современная теория управления уделяет большое внимание.
.
Рис. 5.6. Механистическая структура
Механистическая структура характеризуется высокой степенью разделения функций, жесткими иерархическими связями, регламентированными обязанностями, высокой степенью формализации обмениваемой информации, централизованным принятием решений, отсутствием делегирования полномочий.
Это жесткая иерархия, или пирамида, управления. Она была разработана для
повышения рациональности управленческих решений за счет сведения до минимума личностного влияния того или иного руководителя на принятие решения, а также согласования всех конкретных решений с целями системы. Подобные структуры приняты в силовых ведомствах различных стран, крупных промышленных корпорациях.
115
Рис. 5.7. Органическая структура
В отличие от механистической структуры, органическая структура является гибкой, адаптивной формой управления. Органическая структура характеризуется низкой степенью разделения функций, небольшим числом управленческих уровней, децентрализованным принятием решений. Для нее характерны
сотрудничество ЛПР по вертикали и горизонтали, адаптивные обязанности (в
зависимости от необходимости), низкая степень формализации обмениваемой
информации. Формы и стиль общения в органической структуре управления партнерские, совещательные (в механистической - это приказы и инструкции).
5.5. Процесс решения проблемы при управлении
В процессе решения проблемы специалисту приходится принимать многочисленные решения.
Решение проблемы зависит от ее структуры. Хорошоструктурированные
проблемы решаются компьютером, неструктурированные проблемы решаются
менеджером, а плохоструктурированные проблемы, к которым относится
большинство задач, решаются менеджером совместно с компьютером.
Системный подход к решению проблем можно разделить на три стадии:

подготовка. На стадии подготовки менеджер рассматривает фирму
как систему, выделяя, с одной стороны, ее подсистемы, а с другой - ее окружение.

выявление проблемы. На стадии выявления проблемы менеджер
переходит с уровня системы на уровень ее подсистем, определенным образом
анализируя их взаимодействие.

решение проблемы. На стадии решения проблемы менеджер определяет возможные альтернативы решения, оценивает их, выбирает лучшую из
них, исполняет ее и наблюдает за тем, как она работает.
116
Существует ряд личных факторов, влияющих на характер решения проблем менеджером. В их числе различные стили осмысления проблемы, сбора и
использования информации.
Системный подход дает возможность решать любые проблемы. Использование системного подхода возможно и для построения компьютерных
систем, предназначенных для решения проблем. Под проблемой понимают условие, которое может причинить (или уже причиняет) предприятию определенный ущерб. В процессе решения каждой проблемы менеджеру приходится принимать многочисленные решения. Под принятием решений при этом понимают
акт выбора стратегии или действия, которое, по мнению менеджера, приведет к
решению проблемы.
Системный подход представляет собой процесс решения проблемы, состоящий из последовательных шагов. На каждом из таких шагов принимается
одно или несколько решений, требующих определенной информации. Каждый
шаг системного подхода при этом следует понимать как мост между решаемой
проблемой и принимаемыми решениями (рис. 5.8).
Постановка
задачи
Информационный анализ (осознание необходимости
принятия
решения,
фиксация
затруднений
С
Сигналы
Выявление,
описание
проблемной
ситуации
(анализ проблемной
ситуации)
Диагностика
проблемы
Исследование проблемы
Прогнозирование
Расчет
риска
Выявление
альтернатив решения проблемы
Оценка
вариантов
решения,
последст-
Выбор
варианта решения
Анализ ограничений,
возможности
и критерии
решения
вий
Оценка эффективности решения
Принятие
решений
Варианты,
приоритеты
Проблема не
сформирована
Миссия, цели, стратегии
Реализация
решения
Рис. 5.8. Этапы процесса решения проблемы
Системный подход требует, чтобы управленец воспринимал предприятие
как систему, состоящую из различных подсистем, а с другой стороны, видел бы
его как элемент системы более высокого уровня, включающей в себя все окружение фирмы. В процессе поиска проблемы менеджер, переходя с более высоких уровней управления фирмой на более низкие, рассматривает основные элементы системы в порядке их приоритетности. После нахождения проблемы
разрабатываются и оцениваются альтернативы решения, выбирается и внедря117
ется лучшая из них, обеспечивается последующее наблюдение за внедренным
решением.
Решение проблемы должно помочь предприятию в достижении своих целей, установленных некоторыми стандартами, оценивающими ее желаемое состояние. Менеджер кроме того должен получать некоторую информацию, описывающую реальное текущее состояние предприятия. Если текущее состояние
предприятия совпадает с желаемым, то никаких проблем не наблюдается и менеджер не предпринимает никаких действий. Если указанные состояния предприятия различаются, это говорит о наличии проблемы, которая должна быть
решена. Обязанностью менеджера является разработка возможных альтернатив
решения. На этом этапе процесса решения проблемы менеджер обычно больше
полагается на свой опыт, чем на компьютер. После разработки альтернатив наступает этап их оценки, в процессе которого принимаются во внимание внутренние и внешние ограничения, связанные с реализацией альтернатив.
5.6 Этапы принятия рациональных решений
Целью применения системного подхода к конкретной проблеме является
повышение степени обоснованности принимаемого решения, расширение множества вариантов, среди которых производится выбор, с одновременным указанием способов отбрасывания, заведомо уступающим другим.
Принятие управленческих решений в сложных ситуациях требует тщательного анализа всех факторов и представляет собой многошаговый процесс,
состоящий из последовательности взаимосвязанных этапов. Эти этапы описывают так называемый нормативный процесс принятия решений, т.е. некоторой
стандартной и неизменной последовательности шагов, которые должен сделать
любой руководитель, если он хочет принять рациональное решение. Обычно
процесс принятия управленческих решений охватывает три основных фазы:
подготовка, принятие и реализация. Однако каждая из них представляет собой
сложный процесс, состоящий из ряда последовательных этапов. В настоящее
время разработано много различных подходов к выделению этапов принятия
управленческих решений.
Системный подход к решению проблем можно представить последовательностью следующих шагов (этапов):
1) Определение проблемы.
2) Постановка цели принятия решения.
3) Анализ факторов, влияющих на принятие решения.
4) Разработка альтернатив.
5) Оценивание альтернатив.
6) Выбор альтернативы.
7) Реализация решения.
118
8) Контроль результатов.
Следует отметить, что приведенная последовательность этапов разработки управленческих решений отражает, в основном, рациональную последовательность действий ЛПР. В действительности процесс разработки решений является более сложным и не всегда строится по приведенной схеме. Реальный
процесс допускает определенную параллельность выполнения этапов и процедур, кроме того, при выполнении той или иной процедуры по мере получения
новой и дополнительной информации возникает необходимость корректировки
предшествующих процедур. Например:
Этап 3
Анализ личностных факторов. Решение этой задачи направлено на выявление психических состояний и индивидуальных свойств личности ЛПР (лицо принимающее решение). Личные качества ЛПР могут оказывать влияние на
решение проблем. Каждый менеджер имеет свой собственный стиль решения
проблем, который обычно связывают с тем, каково его отношение к проблемам,
как он собирает и использует информацию.
Отношение к проблемам. По отношению к проблемам менеджеры подразделяются на:
–
избегающих проблем (такие менеджеры оптимистичны до такой
степени, что игнорируют неприятную информацию и избегают тщательного
планирования);
–
искателей проблем (такие менеджеры получают удовольствие от
решения проблем, поэтому ищут их везде);
–
решающих проблемы по мере того, как они возникают (т.е. не
стремящихся их специально выискивать или игнорировать).
Отношение к сбору информации. По отношению к сбору информации
менеджеры подразделяются на тех, кто отгораживается от информации, не
имеющей прямого отношения к их работе, и тех, которые хотели бы взглянуть
на любую информацию, представляющую для них хотя бы отдаленный интерес.
Отношение к использованию информации. По отношению к использованию информации менеджеров обычно подразделяют на относящихся к
систематическому или интуитивному стилям. Первые из них обычно являются приверженцами какой-либо определенной теории или методики использования информации (например, излагаемого здесь системного подхода). Вторые не придерживаются определенных методов и выбирают подход, исходя из сложившейся ситуации.
Знание своих психологических особенностей помогает ЛПР сформировать индивидуальный стиль принятия решений, основанный на «сильных» качествах личности и поэтому компенсирующий такие качества, которые развиты
недостаточно.
Анализ ситуации принятия решения. Решение этой задачи проводится
119
в несколько этапов.
Во-первых, необходимо определить перечень всех внешних и внутренних
факторов, которые могут повлиять на последствия принимаемых решений. В
этот перечень не обязательно должны входить все факторы макроокружения,
деловой и внутренней среды организации, а только те, которые в данной конкретной ситуации влияют на принятие решения наиболее сильно.
Во-вторых, необходимо собрать информацию об этих факторах и определить их значения. При этом под значениями факторов понимаются не только
количественные, но и качественные оценки переменных, описывающих эти
факторы. Например, темпы инфляции, дефицит бюджета, нормы налогообложения, цены на материальные и природные ресурсы, ожидаемый уровень спроса на продукцию – это количественные оценки. Вместе с тем большинство факторов оценивается только качественно. К ним относятся изменения политической ситуации, правовые ограничения, появление новых технологий, стратегии
поведения конкурентов и многие другие.
В-третьих, если значения каких-либо факторов определить не удается, то
их следует отнести к разряду неопределенных. Поэтому на данном шаге необходимо выявить все неопределенные факторы, которые приводят к тому, что
каждая альтернатива имеет не один, а несколько возможных исходов.
В-четвертых, необходимо выполнить анализ неопределенности, сопровождающей процесс принятия решения. Для этого требуется установить источники и природу неопределенных факторов. В результате такого анализа все
факторы разделяются на классы в зависимости от источника (факторы поведенческой или природной неопределенности) и природы неопределенности (случайные или неслучайные факторы).
В-пятых, для каждого из неопределенных факторов необходимо установить диапазон его возможных значений. Как указывалось ранее, отличительной
чертой любых неопределенных переменных является то, что ЛПР не может
достоверно указать, какие значения они принимают. В таких ситуациях ЛПР
выдвигает лишь предположение о некотором диапазоне, внутри которого может находиться действительное значение фактора. Например, если мы не знаем
точно, какой уровень спроса на продукцию будет в следующем году, мы должны сделать предположение о том, каким он может быть, т.е. определить его
диапазон или несколько возможных значений.
После того как диапазон, или набор, возможных значений неопределенных факторов сформирован, их влияние на организацию может исследоваться с
помощью различных методов анализа неопределенности. Так, если установлено, что факторы имеют случайную природу, то оцениваются вероятности их
возможных значений. В частности, если возможно только одно значение фактора, то его вероятность равна 1, и такой фактор считается определенным. Если
вероятности возможных значений факторов известны, тогда оптимальным ре120
шением считается альтернатива, которой соответствует максимальный ожидаемый результат. Такой подход характерен для теории ожидаемой полезности.
Если вероятности возможных значений факторов неизвестны, то для принятия
решений используются другие критерии.
Если неопределенные факторы имеют нестохастическую природу, то
один из возможных способов их описания заключается в использовании математического аппарата теории нечетких множеств. В этом случае диапазон значений таких факторов описывается с помощью специальных функций, которые
называются функциями принадлежности факторов. Функция принадлежности
изменяется в пределах от 0 до 1 и определяет степень уверенности ЛПР в том,
что некоторый фактор может принимать то или иное значение.
Этап 8
Причины контроля. Необходимость контроля в процессе принятия решений обусловлена тремя основными причинами:
1. Неопределенность. Несмотря на то, что анализ неопределенных факторов должен предшествовать принятию решения, остается множество разнообразных непредвиденных обстоятельств, которые могут помешать успешной
реализации задуманного. Другими словами, в процессе реализации решения условия внешней и внутренней среды могут заметно измениться и не соответствовать ожиданиям ЛПР.
2. Предупреждение кризисных ситуаций. Незначительные ошибки, возникающие в процессе принятия решений, постепенно накапливаются и переплетаются, причем, как правило, самым неблагоприятным образом. Если их вовремя не исправить, это может привести к серьезным негативным последствиям. Благодаря контролю ЛПР имеет возможность установить отрицательную
обратную связь, чтобы вовремя распознавать и ликвидировать нежелательные
отклонения от требуемых результатов. Поэтому контроль играет важную «профилактическую» роль, т.к. позволяет выявить ошибки в принятии и реализации
решений до того, как они приведут к появлению кризисной ситуации, когда
предпринимать что-либо уже становится поздно.
3. Поддержание успеха. Контроль результатов обеспечивает положительную обратную связь, которая заключается в определении "сильных сторон"
управленческих решений и поддержании достигнутого успеха. Информация,
полученная на этапе контроля, позволяет руководителям реально оценить степень достижения цели, определить – по каким направлениям они добились успеха, и закрепить его в будущем, чтобы сосредоточить внимание на нерешенных проблемах.
Этапы контроля. Процесс контроля состоит из трех основных этапов:
установление стандартов, сравнение фактических и требуемых результатов и
выполнение необходимых действий. На каждом этапе реализуется комплекс
различных мер.
121
1. Установление стандартов. В процессе принятия решений в качестве
стандартов для оценки фактических результатов используются критерии выбора, которые устанавливаются ЛПР на этапе формулировки цели. Как известно,
критерии выбора формулируются путем задания требований к значениям атрибутов (показателей эффективности или качества), характеризующих свойства
альтернатив и подлежащих контролю в процессе принятия решения.
2. Сравнение фактических и требуемых результатов. На данном этапе
ЛПР должно определить, насколько фактические результаты решения соответствуют установленным стандартам. В случае их расхождения ЛПР должно также решить, насколько допустимы или относительно безопасны обнаруженные
отклонения от стандартов. После этого ЛПР дает оценку фактических результатов, т.е. делает вывод о качестве принятого решения. Деятельность, осуществляемая на этой стадии контроля, состоит из четырех фаз: определение масштаба
допустимых отклонений, измерение фактических результатов, передача информации о результатах и собственно оценка результатов.
3. Выполнение действий. После оценки результатов ЛПР может выбрать
одну из трех линий поведения: ничего не предпринимать; устранить отклонения; пересмотреть стандарты.
Пиведенные выше этапы представляют собой наиболее полное описание
нормативного процесса принятия управленческих решений. Каждый из них, в
свою очередь, состоит из нескольких фаз, требующих от ЛПР принятия важных
вспомогательных решений (табл. 5.1).
Табл. 5.1
Этапы приняСодержание этапов (что необходимо делать?)
тия решений
1. Определение 1. Определить тип решаемой проблемы (проблема функционирования или
проблемы
развития организации).
2. Определить симптомы проблемы.
3. Собрать информацию о факторах, влияющих на эффективность организации.
4. Установить причины возникновения проблемы.
5. Выявить управляемые факторы, которые могут повлиять на решение
проблемы
2. Постановка
1. Сформулировать глобальную цель управления, достижение которой
цели принятия решает проблему.
решения
2. Разделить глобальную цель управления на подцели и построить "дерево
целей".
3. Сформулировать цели принятия решений.
4. Определить критерии выбора альтернатив.
3. Анализ фак- 1. Определить перечень всех факторов (переменных), влияющих на приторов,
нятие решения.
влияющих на
2. Собрать информацию о значениях этих факторов и выявить среди них
122
Этапы приняСодержание этапов (что необходимо делать?)
тия решений
принятие реше- неопределенные факторы.
ния.
3. Установить природу, источники возникновения и диапазоны возможных значений неопределенных факторов.
4. Разработать модели влияния неопределенных факторов на организацию
4. Разработка
1. Сформировать исходное множество альтернатив (идей, гипотез, предальтернатив
положений), направленных на решение проблемы.
2. Определить множество допустимых решений.
3. Сократить число допустимых решений путем исключения «заведомо
непригодных» альтернатив.
4. Определить множество эффективных решений (если это возможно)
5. Оценивание 1. Определить состав атрибутов (показателей эффективности или качестальтернатив
ва) для оценивания альтернатив.
2. Определить тип шкалы для измерения каждого показателя.
3. Определить количественные и качественные показатели.
4. Тщательно продумать все возможные последствия каждой альтернативы и оценить их с помощью модели процесса реализации решений.
6. Выбор
1. Определить тип задачи принятия решения.
альтернативы
2. Выполнить постановку задачи и разработать методы ее решения.
3. Сравнить все альтернативы между собой с учетом значений всех атрибутов и влияния неопределенных факторов.
4. Определить оптимальное или удовлетворительное решение
7. Реализация
1. Согласовать решение с исполнителями и руководителями других оргарешения
низаций (или подразделений), заинтересованных в решении проблемы.
2. Утвердить принятое решение у вышестоящего руководителя (владельца
проблемы).
3. Разработать план реализации решения.
4. Сформулировать задачи исполнителям, распределить полномочия, ответственность и организовать взаимодействие между ними.
5. Мотивировать исполнителей на выполнение поставленных задач.
6. Осуществлять текущий контроль процесса реализации решения.
8. Контроль
1. Измерить фактические результаты (значения атрибутов) принятого ререзультатов
шения.
2. Передать информацию о результатах руководителю, отвечающему за
решение проблемы (если это необходимо).
3. Сравнить фактические и требуемые результаты между собой с учетом
масштаба допустимых отклонений.
4. Оценить реальную эффективность деятельности организации
В реальных ситуациях руководители организаций очень редко последовательно и в полном объеме "проходят" через все эти этапы. Данное явление хорошо известно в теории и практике управления как феномен расхождения нормативного и реального процессов принятия решений. Он имеет два основных
проявления.
Во-первых, некоторые этапы могут выполняться людьми автоматически и
123
неосознанно или вообще «выпадать» из общего процесса принятия решения.
Сокращение числа этапов объясняется либо субъективными ошибками человека, либо его стремлением к оптимизации процесса решения проблемы. Например, может быть пропущен этап постановки цели принятия решения, если ЛПР
не способно предъявлять требования к свойствам альтернатив и устанавливать
критерии выбора. С другой стороны, может просто отсутствовать сама необходимость в выполнении отдельных этапов. Это имеет место, если решение принимается в повторяющихся, т.е. достаточно стереотипных ситуациях, которые
регулярно возникают в управленческой деятельности. В подобных ситуациях
наиболее эффективны так называемые репродуктивные решения, основанные
на логических суждениях и аналогиях. Такие решения принимаются быстро,
имеют достаточно высокое качество и сравнительно небольшой риск. Поэтому
для любого руководителя крайне важно непрерывно расширять арсенал типовых профессиональных ситуаций, чтобы повышать эффективность процессов
принятия управленческих решений.
В общем случае степень развернутости процесса принятия решений, т.е.
его расчленения на отдельные этапы, зависит от сложности и новизны проблемной ситуации. В относительно простых или повторяющихся ситуациях
процесс принятия решений зачастую выглядит как «скачок» непосредственно
от уяснения симптомов проблемы к собственно выбору альтернативы и не
включает каких-либо промежуточных этапов. При усложнении ситуации или
появлении новых ситуаций в процесс выбора неизбежно добавляются другие
самостоятельные этапы, необходимые для решения проблемы. Например, при
выборе варианта капиталовложений требуется выполнять тщательный анализ
факторов внешней среды, разработку альтернативных проектов и оценивание
их последствий.
Во-вторых, реальный процесс принятия решений носит итеративный
характер, который объясняется тем, что каждый его этап неизменно сопровождается текущим контролем ситуации, позволяющим отслеживать динамику ее
развития, а также оперативно реагировать на ошибки ЛПР и воздействия неопределенных факторов. Это возможно только путем возврата на предыдущие
этапы, их переосмысления и проведения новой «итерации» в процессе принятии решения. Например, если в процессе оценивания альтернативных проектов
инвестиций получены неожиданные или неправдоподобные результаты, противоречащие опыту или здравому смыслу, то имеет смысл вернуться к этапу анализа факторов, влияющих на принятие решения, поскольку на нем могли быть
допущены серьезные ошибки.
Таким образом, конкретный состав, содержание и последовательность
этапов принятия решений не заданы изначально «на все случаи жизни», а изменяются в зависимости от личности ЛПР, а также динамичности, неопределенности и сложности проблемной ситуации.
124
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
Бережная Е.В. Математические методы моделирования экономических
систем/ Е.В.Бережная, В.И.Бережной [Текст]: учебное пособие. - М.:
Финансы и статистика, 2002. - 386 с.: ил.
Волков И.К., Исследование операций / И.К.Волков, Е.А.Загоруйко
[Текст]: учебник для вузов / Под ред. В.С. Зарубина, А.П. Крищенко. –
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 436 с. (Сер. Математика в
техническом университете; Вып. ХХ).
Волкова В.Н. Теория систем и системный анализ/ В.Н.Волкова,
А.А.Денисов [Текст]: учебник для вузов/.-М.: Юрайт, 2010.-680 с.:ил
Денисов А.А. Современные проблемы системного анализа: Информационные основы [Текст]: учебное пособие. – СПб.: Изд-во СПбГТУ,
2005.
Диязитдинова А.Р. Принятие решений / А.Р.Диязитдинова, Д.А.Качков
[Текст]: методическое пособие к практическим занятиям по курсу
«Теория систем и системный анализ». – Самара: ПГПТИ, 2004. – 28 с
Дубров А.М. Моделирование рисковых ситуаций в экономике и бизнесе/ А.М.Дубров, Б.А.Лагоша, Е.Ю.Хрусталев [Текст]: учебное пособие
/ Под ред. Б.А. Лагоши. - М.: Финансы и статистика, 1999. - 16 с.: ил.
Качала, В.В. Основы теории систем и системного анализа [Текст]:
учебное пособие для вузов -М. :Горячая линия-Телеком, 2007.-216
с.:ил.
Матвеева Е.А. Проектирование сложных бизнес-объектов на основе
системного анализа [Текст]: монография / Е.А. Матвеева,
А.Р. Диязитдинова, О.Н. Черных, А.А. Гаврилова. – Самара: ПГУТИ,
2016 - 150 с.: ил.
Силич, М. П. Теория систем и системный анализ [Электронный ресурс]: учебное пособие / Силич М. П., Силич В. А. – Томск: ТУСУР,
2011. – 276 с. – Режим доступа: https://edu.tusur.ru/publications/669.
Системный анализ в управлении [Текст]: Учеб. пособие / В.С. Анфилатов, А.А. Емельянов, А.А. Кукушкин; Под ред. А.А. Емельянова. – М.:
Финансы и статистка, 2003. – 368 с.: ил.
Суковатова Н.Г. Основы системного анализа [Электронный ресурс]:
учебное пособие / Н.Г. Суковатова. – Томск: ТТЖДТ, 2006. – 22 с. –
Режим доступа: http://www.ttgdt.edu.ru/students/met_work/m-031.pdf
Тарасенко Ф.П. Прикладной системный анализ [Текст]: учебное пособие / Ф.П. Тарасенко.– М. : КНОРУС, 2010. – 224 с.
Теория систем и системный анализ / Э.М. Димов, А.Р. Диязитдинова,
А.Б.Скворцов [Текст]: учебное пособие. – Самара : ООО «Офорт», ГОУВПО «ПГАТИ», 2006. -255 с.
125
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
1 672 Кб
Теги
posobie, sistemny, teoriya, sister, kordonskaya, analiz, uchebnoy, obwaya, diyazitdinova
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа