Бесплатный фрагмент - Теория систем и системный анализ

Введение

Когда я был студентом мне очень не нравились толстые учебники по многим предметам. Особенно тем, которые надо было просто «сдать» как обязательную повинность. При их чтении основной смысл терялся за многословными рассуждениями и часто совершенно ненужным «наукообразием».

Тогда я открыл для себя, что надо ходить в районную библиотеку и брать эти книги там, потому что до тебя прошлыми читателями в них было уже подчеркнуто главное. При этом оказывалось, что если выписать это «главное», то книга будет в разы тоньше. И этого, как правило, достаточно, чтобы понять суть и «сдать» предмет. Если же предмет тебя реально интересовал, то, быстро прочитав главное, уже можно было обратиться к толстым «кирпичам» за уяснением деталей. Но уже по конкретным разделам. То есть сначала увидеть лес целиком, а потом рассматривать отдельные деревья и листья.

Потом, 30 лет преподавая в ВУЗаз, в должностях от ассистента до профессора я убедился в том, что большинство моих студентов думает примерно также. Интернет негласно узаконил этот факт правилом «перевернутой пирамиды», когда сначала излагается главное и выводы, а уже потом рассматриваются детали. Заинтересовала тема — человек читает дальше. Нет — перешел на другую страницу. К сожалению, большинство учебников и научных трудов написаны по старым правилам объемного развернутого изложения. Порой создается впечатление, что автор хочет «покрасоваться» своими знаниями, нагоняя в изложение не вполне относящейся к теме «воды». По этому поводу мой научный консультант по давно защищенной докторской диссертации говорил: «Большинство авторов пишут что знают. Но мало кто знает, что пишет».

Серия публикаций с подзаголовком «Коротко о главном» создается именно исходя из представленных выше соображений. Книги короткие, изложение предельно сжато (иногда может быть чрезмерно) до того основного смысла, который автор хотел донести до читателей по-минимуму.

Книга имеет Интернет-поддержку — страницу по адресу:

http://shurem.ru?act=60&id=pk_tssa

Перейдя по указанной гиперссылке Вы попадете на страницу с инструкциями по использованию связанных с книгой учебных тестов и дополнительных материалов. Содержание страницы, состав тестов и дополнительных материалов со временем будет меняться.

С замечаниями и предложениями Вы можете обратиться к автору по адресу shurem@mail.ru

История возникновения и развития теории систем и системного анализа

В результате НТР появилось много сложных объектов (атомные электростанции, космическая техника, компьютеры и т др.) исследование, описание, проектирование и управление которыми представляет определенные трудности. В экономической и политической сферах наблюдается усиление взаимовлияния, взаимозависимости, взаимодействия всех составных частей современного общества. Это порождает большие трудности в познании, прогнозировании и управлении.

Вследствие этого в разных сферах человеческой деятельности стали активно разрабатываться подходы к изучению сложных объектов, являющихся конгломератом множества взаимосвязанных элементов. Это — «системотехника», «исследование операций», «политология», «системный подход», «системный анализ» и т. д. Общим в них является то, что сложный объект рассматривается как «система» — множество взаимосвязанных элементов, которые при объединении в одно целое обретают новые свойства. К началу 80х гг. прошлого века все теоретические и прикладные дисциплины так или иначе связанные с изучением сложных систем объединились в единое «системное движение». В последние годы все чаще можно слышать о «системном движении», «системном кризисе» и т. д.

В этой связи можно говорить, что ХХ век стал не только веком атомной энергии и компьютеров, но и веком становления системного мировоззрения и системного метода получения знаний. Если до сих пор основным методом познания был анализ, при котором сложный объект расчленялся на составляющие элементы и каждый элемент подвергался детальному изучению, то при использовании системного подхода основным инструментом познания стало положение о необходимости рассматривать объекты окружающего мира как целостные образования, свойства которых не являются суммой свойств составляющих их элементов.

Впервые системные представления появились в Древней Греции 2000—2500 лет назад. Слово «система» означало «сочетание», «организм», «устройство», «союз». В античной философии термин «система» характеризовал упорядоченность и целостность естественных объектов, а термин «синтагма» — упорядоченность и целостность искусственных объектов.

В начале-середине ХХ века возникает 3 варианта нового научного направления, которое пытается дать обобщенное описание организации и поведения систем любой природы и средств управления ими: тектология, общая теория систем и кибернетика.

Термин «тектология» ввел А. А. Богданов. Основная идея тектологии состоит в том, что системы различной физической природы имеют общие закономерности функционирования и развития. Исторически тектология была первой системно-методологической концепцией, но не оказала существенного влияния на формирование системного мышления вплоть до 60х гг. ХХ века.

В середине ХХ века Людвиг фон Берталанфи создает основы общей теории систем.

В 1948 г. выходит знаменитая книга Норберта Винера «Кибернетика», в которой провозглашается единство принципов управления в биологических, технических и социальных системах. В своих работах Н. Винер использовал достижения во многих областях науки: математики, логики, статистики, биологии, медицины, физиологии, нейрофизиологии, психологии, социологии, теории связи, теоретической электротехники и электроники.

Потребности практики и становление теории систем привели к возникновению области науки, занимающейся разработкой методов принятия решений в задачах организации управления. Она называется «исследованием операций».

Постепенно различные виды системных теорий интегрируются в «системологию», которая включает общую теорию систем, специальные теории систем и системотехнику.

Общая теория систем (ОТС) интегрирует наиболее обобщенное знание о системах. Основой ОТС являются философия и математика. Большую роль в развитии ОТС играют также логика, теория множеств, кибернетика.

Отраслевые теории систем раскрывают специфику систем различной природы (физических, химических, биологических, экономических, социальных).

Специальные теории систем изучают отдельные стороны функционирования и развития систем (теория переходных систем, теория эволюции систем и др).

Системотехника — это прикладная инженерная дисциплина, специализирующаяся на проблемах конструирования систем разной природы (техническая, биологическая, информационная и социальная инженерия).

Термин «системный анализ» впервые появился в разработках корпорации RAND в 1948 г. Первой разработкой, представленной как «система», стало проектирование сверхзвукового бомбардировщика B-58, начавшееся в 1952 г.

В начале 50х гг. системный анализ стал рассматриваться как направление кибернетики при исследовании сложных систем в биологии, макроэкономике и при создании автоматизированных экономико-организационных систем управления.

Системный анализ является областью деятельности, направленной на выявление проблем функционирования и развития сложных систем и выработку рекомендаций по их преодолению.

Задачи системного анализа состоят не только в понимании механизмов функционирования системы, но и в решении задач проектирования систем и управления ими.

В настоящее время системный анализ представляет собой слабосвязанную совокупность приемов и методов формального и неформального характера. Не смотря на то, что он пока не сформировался в полноценную, целостную научную дисциплину, в настоящее время системный анализ применяется практически во всех сферах человеческой деятельности.

Понятие системы

Система — это совокупность (множество) объектов и процессов, называемых элементами, взаимосвязанных и взаимодействующих между собой, образующих единое целое, обладающее свойствами, не присущими составляющим его элементам, взятым в отдельности.

Система состоит как минимум из двух элементов. Понятие системы представляет собой дискретную модель человеческого бытия.

Систему можно описать в виде множества элементов, связей и их свойств.

Свойства

Свойство — это сторона объекта, обуславливающая его различие или сходство с другими объектами и проявляющееся во взаимосвязи с ними.

Особенности свойств:

— Любое свойство относительно.

— Совокупность свойств составляет качество объекта.

— Свойства объектов могут быть отделены от них только умозрительно.

— Свойства дают возможность описывать объекты системы количественно, выражая их в единицах, имеющих определенную размерность.

Параметр — это количественное выражение свойства.

Элементы системы

Элемент системы — это объект, выполняющий определенные функции и не подлежащий дальнейшему разделению в рамках поставленной задачи.

Элемент не тождественен понятию «часть». «Часть» указывает на внутреннюю принадлежность чего-либо объекту, а «элемент» обозначает функциональную единицу.

Совокупность элементов может образовывать подсистему.

Подсистема — это система, являющаяся элементом данной системы.

Надсистема — это система, элементом которой является данная система.

Состав — это совокупность всех элементов, из которых состоит система.

Классификация элементов

По степени самостоятельности:

— программный — действует по жесткой программе;

— адаптивный — обладает способностью приспособления к изменениям в других элементах и окружающей среде;

— инициативный — обладает способностью целенаправленно изменять собственное состояние и состояние других элементов системы.

По длительности существования:

— постоянный — имеет относительно длительное время существования;

— временный — существующий временно.

По временной принадлежности:

— элемент прошлого (атавизм) — остался от прошлых этапов жизни системы;

— элемент настоящего — характерен для настоящего времени существования системы;

— элемент будущего — свойственен для будущего данной системы (инновационный элемент).

Система развивается в направлении отмирания атавизмов и постепенной трансформации элементов настоящего под воздействием связей с элементами будущего.

По роли в системе:

— основной — играет главную роль в системе;

— неосновной — играет второстепенную роль в системе;

По активности в системе:

— активный — воздействует на процессы в системе;

— пассивный — слабо воздействует на процессы в системе.

По характеру воздействия на систему:

— определенный (предсказуемый) — оказывает вполне определенное воздействие на систему;

— неопределенный (непредсказуемый) оказывает непредсказуемое воздействие на систему.

Связи

Связи элементов обеспечивают возникновение и сохранение целостности свойств системы.

Связи — компоненты системы, осуществляющие взаимодействие между ее элементами, а также между системой в целом и внешней средой.

Типы связей:

материальные — обеспечивают передачу вещества между элементами системы;

энергетические — обеспечивают передачу энергии между элементами системы;

информационные — обеспечивают передачу информации между элементами системы.

Связи первого порядка реализуют основные функции системы, связи второго порядка — вспомогательные функции, а связи третьего порядка — это излишние, противоречивые связи, как правило, мешающие нормальному функционированию системы.

По характеру (виду) различают связи подчинения, порождения (генетические), равноправные и связи управления.

Связи обеспечивают перетекание материальных, энергетических и информационных потоков между элементами, а также между элементами системы и внешней средой. Это означает, что у каждого элемента есть входы и выходы, через которые эти потоки перетекают от одного элемента к другому. Поэтому с кибернетической точки зрения:

Связь — это способ взаимодействия входов и выходов элементов системы между собой и с окружающей средой.

Прямая связь — непосредственное воздействие одного элемента на другой (связь между выходом одного элемента и входом другого).

Обратная связь — воздействие результатов функционирования элемента на характер этого функционирования (связь между выходом и входом одного элемента).

Обратная связь характеризует, как изменения во входящих в элемент потоках сказываются на его функционировании и формировании выходных потоков элемента.

Пример. В зависимости от текущей температуры окружающей среды (входной информационный поток) воздушный кондиционер будет стремиться повысить или снизить температуру: изменить интенсивность нагрева/охлаждения воздуха — собственное состояние, которое приведет к изменению выходного материального потока — температуры воздуха.

Отрицательная обратная связь (ООС) уменьшает влияние входного воздействия на интенсивность выходных потоков.

Примеры ООС.

1) Сливной бачок. По мере наполнения уровень воды поднимается, поплавок всплывает и блокирует дальнейшее поступление воды.

2) Едем по дороге, где разрешена скорость 60 км/час. Спидометр показывает 65 км/час. Снижаем скорость до разрешенной.

3) Волки ловят и съедают зайцев. Зайцев становится меньше — меньше простор для охоты. Часть волков вымирает, поскольку им нечего есть.

4) Спрос на товары падает. Поставщики видят, что склады переполняются и выдают меньше заказов их производителям. Производство сокращается.

5) По реакции собеседника видим, что тема разговора его не очень интересует. Переходим к другой теме.

Положительная обратная связь (ПОС) увеличивает влияние входного воздействия на интенсивность выходных потоков.

Примеры ПОС.

1) Чем больше раковых клеток — тем больше их появляется.

2) Чем больше питания — тем больше плодится популяция.

3) Чем больше спрос на товар — тем выше его цена, которую готовы за него платить потребители.

4) Чем больше на Земле людей — тем больше рождается новых.

5) Чем больше пользователей социальной сети — тем больше желающих к ней примкнуть.

6) Чем выше интерес собеседника к вашему рассказу — тем больше желания продолжить говорить на эту тему.

Положительная обратная связь, как правило, временная, действующая до исчерпания некоторого ресурса. Потом вступает в действие отрицательная обратная связь.

ПОС (1): Раковые клетки плодятся до тех пор, пока организм не умирает. Вместе с ним умирают и они.

ПОС (2): Популяция плодится до тех пор, пока питания в избытке. Как только избыток кончается — вступает в силу ООС. См. пример ООС (3).

ПОС (3): Товара все больше, уже все купили, вступает в действие ООС (4).

ПОС (6): У вас и собеседника кончились рассказы на интересующую тему. Приходится переходить к новой теме.

Упреждающая связь — влияние предвидимых в будущем событий на текущее состояние объекта.

Примеры.

Слухи о грядущем дефиците или подорожании товара приводят к избыточному спросу. Срабатывает ПОС (3). В итоге цены растут и/или действительно наступает дефицит.

Многократно проверенный психологический закон: чем больше чего-то боишься — тем вероятнее это случится.

Финансовый гуру предрек падение цены на финансовый инструмент (сам продал заранее). Все поверили и стали его продавать. Цена действительно упала. Гуру опять купил, но уже по низкой цене. Потом предрек, что цена достигла дна и теперь будет расти.

Структура

Системы, имеющие одинаковый состав могут обладать разными свойствами. Это обуславливается различиями в структуре системы.

Структура — устойчивая упорядоченность в пространстве и времени элементов и связей системы.

Структура является важнейшей характеристикой системы, поскольку при одном и том же составе элементов, но при различном взаимодействии между ними меняется назначение системы и ее возможности.

Примеры.

Вода, лед и пар. Молекулы (элементы) — одни и те же. Структура системы различна, поскольку при разной температуре элементы взаимодействуют по-разному.

Общество. Элементы люди. Но структура общества при рабовладении, феодализме, капитализме и социализме различна, поскольку взаимодействие элементов реализовано по-разному.

Детский конструктор. Элементы одни и те же. Но из них могут быть составлены разные по структуре объекты из-за различий в порядке соединения.

Существуют материальные и формальные структуры.

Материальная структура — носитель конкретных типов и параметров элементов системы и их взаимосвязей.

Примеры. Дом, автомобиль, дерево, человек.