ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИСТЕМ И СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

 

Система - это черный ящик,
К его запорам подходящих
Ключей никто не подберет,
Мы знаем выход лишь и вход.

К. БОУЛДИНГ

Термины теория систем и системный анализ или, более кратко — системный подход, несмотря на период более 40 лет их использования, все еще не нашли общепринятого, стандартного истолкования.

Причина этого факта заключается, скорее всего, в том, что принципы системного подхода имеют не конструктивный прагматический характер, а являются методологической основой анализа и синтеза систем любой природы.

Даже в определении самого понятия система можно обнаружить достаточно много вариантов, часть из которых базируется на глубоко философских подходах, а другая вынуждена обстоятельствами прагматического плана, побуждающими к решению практических системных задач.

Будем далее понимать термин система как совокупность (множество) отдельных объектов со связями между ними. Если мы обнаруживаем хотя бы два таких объекта: учитель и ученик в процессе обучения, продавец и покупатель в торговле, телевизор и передающая станция в телевидении и т. д. — то это уже система. Короче можно считать системы способом существования окружающего нас мира. Я бы сказал, что разбиение на системы это способ познания окружающего мира. Без познающего систем нет. Понятие система, таким образом достаточно условно, так как условна граница по связям с окружающим миром.

Более важно понять преимущество взгляда на этот мир с позиций системного подхода: возможность ставить и решать, по крайней мере, три задачи:

Хотя хронология науки относит момент зарождения теории систем и системного анализа (далее ТССА) к средине 20-го столетия, тем не менее, можно понять, что возраст ТССА составляет ровно столько, сколько существует Homo Sapiens. Зарождение ТССА и общей теории систем связано со многими выдающимися именами: Берталанфи, Богданов, Винер, Пригожин и др. istoki.htm .

Другое дело, что по мере развитие науки, прежде всего — кибернетики, эта отрасль науки сформировалась в самостоятельный раздел. Ветви ТССА прослеживаются во всех “ведомственных кибернетиках.

Но, несмотря на это, задачи и принципы системного подхода остаются неизменными, не зависящими от природы системы.

Для нас в основном предметом системного анализа будут являться вопросы сбора, хранения и обработки информации об экономических и научно-технических объектах и процессах.

Используя классическое определение кибернетики как науки об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации (кибернетика в дословном переводе — искусство управлять), можно считать ТССА фундаментальным разделом кибернетики.

 

    1. Сущность и принципы системного подхода

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 ней должны рассматриваться только как одно целое, только в совокупности, только во взаимосвязи друг с другом.

Локальные решения, учет недостаточного числа факторов, локальная оптимизация — на уровне отдельных элементов почти всегда приводили к неэффективному в целом, а иногда и опасному по последствиям, результату.

· Итак, первый принцип ТССА — это требование рассматривать совокупность элементов системы как одно целое или, более жестко, — запрет на рассмотрение системы как простого объединения элементов...

· Второй принцип заключается в признании того, что свойства системы не просто сумма свойств ее элементов. Тем самым постулируется возможность того, что система обладает особыми свойствами, которых может и не быть у отдельных элементов. Система всегда больше совокупности ее составляющих, т.е. объединение всегда дает новое качество.

При переходе от механистического мышления к мышлению системному взаимоотношения между частями и целым приобретают противоположный характер. Картезианская наука полагала, что в любой сложной системе поведение целого может быть выведено из свойств его частей. Системная же наука показывает, что живые системы нельзя понять посредством анализа. Свойства частей -- не внутренне присущие им свойства: они могут быть поняты только в контексте более крупного целого. Таким образом, системное мышление -- это контекстуальное мышление; и поскольку объяснение вещей в их контексте означает объяснение на языке окружающей среды, то можно сказать также, что все системное мышление -- это философия окружающей среды.

Ф. Капра “ТЕОРИИ СИСТЕМ” (глава из книги “Паутина Жизни”)

 

· Весьма важным атрибутом системы является ее эффективность. Теоретически доказано, что всегда существует критерий эффективности системы — в виде зависимости ее эффективности (почти всегда это экономический показатель) от условий функционирования и ресурсов.

В этом смысле система обладает следующим свойством. Пусть система обладает некоторыми ресурсами (расход ресурса - U) и критерием эффективности V.

Тогда возможны две ситуации

Или V -> max; U<=const.

Или U -> min; V>= const.

То есть в первой ситуации система стремится достичь максимума эффективности, а ограничениями выступают ее ресурсы; во втором система стремится минимизировать свои расходы ресурсов при ограничении на критерий эффективности. В качестве критерия может выступать чистая прибыль; а в качестве ресурсов финансы, материалы, энергия и т.п.

Заметим попутно, что в условиях "уравниловки" в зарплате имеет место вторая ситуация: не имея возможности повысить зарплату работники минимизируют трудовые усилия.

При рассмотрении системы, если критерий эффективности является имманентным, т.е. присущим самой системе, то такая система является целенаправленной или телеологической.

· Четвертый принцип запрещает рассматривать данную систему в отрыве от окружающей ее среды — как автономную, обособленную. Это означает обязательность учета внешних связей или, в более общем виде, требование рассматривать анализируемую систему как часть (подсистему) некоторой более общей системы.

· Согласившись с необходимостью учета внешней среды, признавая логичность рассмотрения данной системы как части некоторой, большей ее, мы приходим к пятому принципу ТССА — возможности (а иногда и необходимости) деления данной системы на части, подсистемы. Если последние оказываются недостаточно просты для анализа, с ними поступают точно также.

СЮДА ДОБАВЛЯЮТСЯ ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КИБЕРНЕТИКИ:

ПРИНЦИП НЕОБХОДИМОГО РАЗНООБРАЗИЯ: Один из основоположников кибернетики У. Росс Эшби сформулировал принцип, смысл которого заключается в том, что для эффективного управления сложной системой необходим регулятор не меньшей сложности, чем сама система;

Все изложенное выше позволяет формализовать определение термина система в виде — многоуровневая конструкция из взаимо-действующих элементов, объединяемых в подсистемы нескольких уровней для достижения единой цели функционирования (целевой функции).

ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ

    1. Проблемы согласования целей
    2. Как уже отмечалось, в большинстве случаев (в экономических системах повсеместно), показателем полноты достижения цели “жизни” системы служит стоимостной показатель. Разумеется, что выбор показателя — критерия эффективности системы, является заключительным этапом формулировки целей и задач системы. Но нельзя упускать из виду, что от этого этапа будут зависеть наши представления о свойствах системы и результаты самого системного анализа.

      Предположим, что по отношению к некоторой системе все формальные вопросы описания уже благополучно разрешены. Что же дальше?

      А дальше надо системой управлять — точнее решать вопрос об алгоритме или тактике управления для достижения наибольшей эффективности.

      Вроде бы все очень просто — имеется предприятие, выделены его подсистемы (отделы), определены функции каждой подсистемы и каждого элемента в них, описаны связи внутри системы и по отношению к внешней среде. Так пусть каждый элемент функционирует оптимально — наиболее эффективно делает свое дело.

      Но здесь почти всегда возникают противоречия, суть которых можно определить с помощью примера, ставшего классическим.

      Рассмотрим деятельность некоторой фирмы, производящей определенные виды продукции и, естественно, стремящейся получить максимальную прибыль от ее продажи. Пусть решается простой вопрос — сколько готовой продукции хранить на складе предприятия и сколько разновидностей ее должно производиться? Посмотрим на “частные” интересы различных отделов фирмы и сразу же обнаружим их несовпадение.

      Да, каждый из отделов заинтересован в достижении глобальной цели — максимуме прибыли фирмы (если это не так, то системный подход здесь бессилен). Но!

      · Производственный отдел будет заинтересован в длительном и непрерывном производстве одного и того же вида продукции. Только в этом случае будут наименьшими расходы на наладку оборудования.

      · Отдел сбыта, наоборот, будет отстаивать идею производства максимального числа видов продукции и больших запасов на складах.

      · Финансовый отдел, конечно же, будет настаивать на минимуме складских запасов — то, что лежит на складе, не может приносить прибыли!

      · Даже отдел кадров будет иметь свою локальную целевую функцию — производить продукцию всегда (даже в периоды делового спада) и в одном и том же ассортименте, так как в этом случае не будет проблем текучести кадров.

      Вот и представьте себе сложность задачи управления такой большой системой с достижением глобальной цели — максимума прибыли.

      Ясно, что придется ставить и решать задачи согласования целей отдельных подсистем и хорошо еще, если показатели эффективности подсистем имеют ту же размерность, что и показатель (критерий) эффективности системы в целом. Ведь вполне может оказаться, что эффективность работы некоторых подсистем приходится измерять не в денежном выражении, а с помощью других, не числовых, показателей.

      Принцип горы: находясь в разных точках относительно вершины, каждый указывает свое направление к ней, хоть цель у всех одна. Находясь на горной дороге делай то что надо, а не следуй слепо за действиями впереди едущей машины. 26.03.99.

      ПРОБЛЕМА СОГЛАСОВАННОСТИ ЦЕЛЕЙ В ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЯХ – КАК РАЗНЫХ ПРОЕКТНЫХ ОТДЕЛОВ, ТАК И РАЗНЫХ ВЗАИМО-ИСКЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ ПРОТИВОРЕЧАЩИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ – НАПРИМЕР ТАНК.

    3. Проблемы оценки связей в системе

Рассмотрим теперь вопрос о связях системы — между отдельными элементами подсистем, подсистемами разных уровней и связях с внешней средой. Хотя бы умозрительно можно полагать наличие каналов, по которым эти связи производятся. Но чем же “наполнены” такие каналы? Скорее всего, в экономических системах можно обнаружить и выделить только следующие типы наполнителей:

Нет нужды объяснять принципиальные различия материи и денег. Что же касается информации, то можно вспомнить ответ отца кибернетики Н.Винера на вопрос — так что же такое информация: это НЕ материя и НЕ энергия!

Возникает вопрос о том, как же согласовывать эти совершенно несопоставимые по размерностям показатели, как привести их к “общему знаменателю”? Ведь без такого согласования невозможно будет установить единый показатель эффективности системы в целом. Здесь возможны различные подходы - в частности переход к относительным единицам (не путать с у.е. - шутка!) или шкалирование показателей.

Вторая проблема оценки связей при системном анализе заключается в том, что количества продукции, суммы денег и показатели информационных потоков в каналах связи системы имеют стохастичную, вероятностную природу — их значения в данный момент времени нельзя предсказать абсолютно надежно.

Поэтому при системном анализе часто приходится иметь дело не с конкретными значениями величин, не с заранее определенными событиями, а с их оценками по прошлым наблюдениям или по прогнозам на будущее (точность экономических данных +-10%) Отсюда возникает необходимость использования специальных, большей частью прикладных, методов математической статистики.

Моделирование как метод системного анализа

Одной из проблем, с которой сталкиваются почти всегда при проведении системного анализа, является проблема эксперимента в системе или над системой. Раздел математической статистики "Планирование эксперимента" позволяет построить схемы оптимального проведения экспериментов. Однако проведение экспериментов может быть весьма дорогостоящим или ограничено или запрещено разрешено моральными или юридическими законами или законами безопасности.

В таких ситуациях надо экспериментировать не над изучаемой системой, а над ее моделями.

Иногда здесь возможна "подсказка" природы - знание с точностью до параметров системы; в ряде случаев может выручить пасивный эксперимент над реальной системой или ее элементами (когда собираются статистические данные о функционировании системы) и приходится прибегать к методу “черного ящика”, предполагая некоторую статистическую связь между входом и выходом.

Завершая вопрос о моделировании при выполнении системного анализа, резонно поставить вопрос о соответствии используемых моделей реальности.

Это соответствие или адекватность могут быть очевидными или даже экспериментально проверенными для отдельных элементов системы. Но уже для подсистем, а тем более системы в целом существует возможность серьезной методической ошибки, связанная с объективной невозможность оценить адекватность модели большой системы на логическом уровне.

Иными словами — в реальных системах вполне возможно логическое обоснование моделей элементов. Но логически осмыслить взаимодействие десятков, сотен элементов человек уже не в состоянии. И именно здесь может “сработать” известное в математике следствие из знаменитой теоремы Гёделя — в сложной системе, полностью изолированной от внешнего мира, могут существовать истины, положения, выводы вполне “допустимые” с позиций самой системы, но не имеющие никакого смысла вне этой системы.

Hosted by uCoz