Системный подход и системный анализ

Лекция 1

Основы теории систем; структура системных наук

Структура системних наук, принципи системного підходу, предмет системного аналізу

Введение: системный взгляд на мир

Характерными свойствами окружающего нас мира (в особенности мира современной человеческой цивилизации) являются сложность, взаимозависимость, изменчивость. При этом и сложность, и взаимозависимость, и изменчивость постоянно возрастают, порождая всё новые проблемы. Весьма удивительно, что окружающий нас мир существует, причём довольно долго, развивается в целом прогрессивно, в сторону усложнения. Эта проблема осознана ещё с середины XIX века, когда были созданы две фундаментальные науки, - термодинамика (Клаузиус) и теория эволюции (Дарвин), - выводы которых противоречили друг другу. Согласно классической термодинамике, теоретической науке, основанной на фундаментальных принципах, мир должен развиваться регрессивно, в сторону упрощения, приближаясь в пределе к состоянию теплового равновесия. Теория эволюции, наоборот, убедительно доказывала прогрессивное развитие живой природы Земли, что подтверждается данными, например, палеонтологии. Да и развитие человечества (особенно – техники, технологий от каменного топора к мобильному телефону спутниковой связи) свидетельствует об усложняющемся развитии, сопровождающемся, к сожалению, всё возрастающими рисками, опасностями, кризисами.

Примеры?

Ответ на вопросы возникновения, существования, развития, структуры систем в рамках классических наук дают теория систем и теория самоорганизации (синергетика). Применением основных принципов и результатов этих наук к исследованию и проектированию сложных искусственных систем занимается системный анализ на основе так называемого системного подхода. Системный анализ – комплексная, синтетическая дисциплина, системный аналитик должен быть эрудированным и объективно мыслящим человеком, хорошо владеющим как общими методами собственно системных наук, так и основными знаниями в предметной области, которую анализирует. Например, в области информационных систем и технологий, или в металлургии, или – космической техники, или – бизнес-процессов…

Системных аналитиков иногда называют генералистами в противоположность «узким» специалистам. В любом достаточно сложном деле, проекте нужны и те и другие. Крайне желательно при этом, чтобы специалист, даже самый узкий, использовал системный подход и владел системными методами в решении своих задач. А генералист (руководитель, системный аналитик, проектант, эксперт) просто обязан это делать, разбираясь при этом и в предметной области. На практике пока это, увы, не всегда так, имеется много примеров узкого, своекорыстного подхода к решению сложных проблем, что вместо решения порождает проблемы ещё более сложные и неприятные. Системный анализ учит широко и объективно мыслить, «разбирать» сложные проблемы, синтезировать рациональные, правильные решения.

Более точные определения терминов системных наук будут даны ниже.

Наш краткий курс будет иметь три составляющих.

Первая – общенаучная. Изучим современную структуру системных наук, основные понятия, проблематику, задачи.

Вторая составляющая – методологическая (методология – это набор согласованных методов исследования, решения задач). Изучим методы системного анализа, понимаемого как а) анализ систем и б) анализ проблем.

Третья составляющая – практическая. Это решение некоторых системных задач. В основном (из-за дефицита времени) ограничимся задачами структурирования и многокритериального выбора, которые, собственно говоря, и составляют «сердцевину», специфику системного анализа.

К сожалению, из-за дефицита времени и отсутствия у студентов специальностей необходимой математической подготовки, вопросы математического моделирования систем практически придётся опустить. И ряд других вопросов тоже. А жаль. В общем, это попытка создания очень краткого курса для гуманитариев с небольшим математическим багажом. Но - для специальностей, имеющей прямое отношение к прикладной информатике и, следовательно, к прикладному системному анализу.

Системный анализ (не говоря уже о комплексе системных наук) – обширная дисциплина. За пол семестра не изучишь, даже занимаясь только им. Его изучение требует общей эрудиции, широты мышления, но и весьма развивает эти полезные свойства. Системный подход и системный анализ – мощный инструмент упорядочения и эффективного использования знаний, опыта, интуиции руководителей, экспертов, специалистов, да и современно образованных людей в вопросах постановки целей и решения сложных проблем. Проблем самого различного характера.

Примеры?

Основные понятия и определения

Самое основное, первичное здесь, конечно же, – система.

Для разгона. В математике первичным понятием является понятие множества или совокупности.

Определение 1. Множество – это объединение в единое целое вполне определённых, различаемых элементов (математических объектов: точек, прямых, уравнений, операторов, элементов групп,…). Множество задаётся либо перечислением его элементов, либо указанием правила, определяющего их [Толковый математический словарь].

Система – это тоже совокупность объектов (называемых также элементами, компонентами), объектов любой природы, но не «абы какая». Эта совокупность определяется не правилами, а свойствами.

Примеры систем: организм, автомобиль, компьютер, Интернет, предприятие, государство. Ещё примеры: наука (система знаний и методов), система международного права, информационно-аналитическая система.

Примеры ещё?

Примеры «несистем» (кластеров): куча кирпичей, деталей, толпа, пассажиры в трамвайном вагоне.

Примеры ещё?

Мы видим, что системы могут быть весьма разнообразными.

Классификация систем по происхождению.

Системы по происхождению делятся на:

- естественные (природные: Солнечная система, биосфера Земли),

- искусственные (технические),

- искусственные (абстрактные),

- комплексные (сочетание в одной системе нескольких типов).

Примеры ещё?

Хорошим примером комплексной системы является компьютер с программным обеспечением («железо» и софт).

Позже мы уточним классификацию, а пока определим то главное, что отличает любую настоящую систему.

У всех объектов, образовавших систему, есть хотя бы одно свойство, которое нельзя получить простым сложением или усреднением свойств самих объектов.

Свойство автомобиля?

Свойство компьютера?

Свойство Интернета?

Свойство растения?

Свойство текста учебника?

Свойство вуза?

Свойство нормативно-правовой системы?

У большинства систем таких свойств несколько или много.

Определение 2. Свойство совокупности объектов любой (в том числе – различной) природы, которое не является суммой или средневзвешенный свойств этих объектов и при этом является свойством более высокого организационного порядка (более негэнтропийным – поясним позже), чем свойства объектов называется интегративным свойством.

Часто используются равнозначные термины: эмерджентность (эмергентность), эмерджентное свойство [Жилин, Перегудов и Тарасенко].

Integral – здесь нечто целое, неотъемлемое, существенное, цельное.

To emerge – появляться, возникать, проявляться.

Определение 3. Совокупность объектов, обладающая интегративным свойством, называется системой [Жилин].

В литературе существует много (десятки!) определений системы. На наш взгляд определения 2 и 3 дают наиболее компактное, цельное (системное!) определение системы. Потому, что все другие определения возникают из них как следствия, остановимся на них (следуя принципу «не умножения сущностей без необходимости» - такт называемому принципу «бритвы Оккама»). Это сравнительно недавно выкристаллизованное определение системы удивительным образом совпадает с утверждением (ещё!) Аристотеля: «Целое больше своих частей».

Чтобы быть эмерджентной, обладать интегративным свойством, система должна иметь некоторую структуру, то есть набор (состав) своих элементов и (главное!) взаимосвязи между элементами.

Далее мы изучим следствия из определений системы и определим понятие структуры. А сейчас зададимся вопросом: зачем всё это нужно? Зачем изучать системы вообще? Ведь существуют конкретные, «частные» науки. Например, фундаментальные науки - физика, химия, биология и соответствующие им прикладные технические науки, химико-технологические, медицинские. Они изучают конкретные объекты и даже часто называют их системами. Например, система материальных точек в механике, система питания двигателя. Зачем тогда нужны системные науки, какова их структура и как они соотносятся с конкретными науками?

Сначала «зачем?». Окружающий нас мир – огромный набор развивающихся и взаимодействующих систем, часто – иерархически встроенных друг в друга (надсистем и подсистем). Возможно, Вселенная представляет собой огромную систему, главное интегративное свойство которой – существование разумной жизни, разума (антропный принцип).

Сильный антропный принцип: «Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей». То есть разумных существ.

Несмотря на громадное различие своей природы и масштабов, все системы обладают рядом общих свойств, законов развития и поэтому могут изучаться общих позиций. Системы могут проектироваться, создаваться и улучшаться на основе некоторого набора общих принципов, называемого системным подходом. Человек сам по себе – система, он вынужден иметь дело с природными и искусственными системами. Поэтому умение анализировать, предсказывать, улучшать интегративные свойства систем, часто сильно облегчает жизнь и работу, помогая избегать неприятных последствий [Жилин]. Интегративные свойства часто неочевидны. Особенно для вновь создаваемых искусственных систем. Ещё менее очевидна связь этих свойств с составом и структурой системы.

Анализом систем как таковых занимается теория систем, анализом интегративных свойств систем и анализом проблем, возникающих при исследованиях и проектировании искусственных систем - системный анализ, вопросами проектирования и создания комплексных, человеко-машинных, так называемых эргативных систем занимается системный синтез (системотехника). Более подробно структуру системной науки рассмотрим ниже.

Многие жизненно важные системы демонстрируют сложное, автономное, неочевидное, «антиинтуитивное» поведение. Здесь особенно необходим системный подход и системные науки.

Определение 4. Система со сложным, автономным, неочевидным поведением называется сложной системой.

Как правило, сложная система состоит из многих элементов, имеет сложную структуру с разнообразными связями. Это иногда рассматривается как определение сложной системы. Удивительно (есть примеры), что сложное поведение могут демонстрировать и весьма простые по составу и структуре системы. Согласно нашему определению, мы их также будем называть сложными системами.

Определение 5. Система, состоящая из большого числа элементов, называется большой системой.

Большая система часто, но не обязательно является сложной. Это зависит от цели рассмотрения. Так, все материальные тела состоят из огромного количества атомов, но далеко не всегда рассматриваются как «большие системы из атомов». Сложность системы определяется в первую очередь сложностью и разнообразием связей. В этой связи (простите за тавтологию) дадим ещё два определения.

Определение 6. Элементом (компонентом) системы назовём некоторый объект (материальный, абстрактный), который обладает свойством или свойствами, важными для рассматриваемой проблемы, но внутреннее строение его в рамках этой проблемы можно не рассматривать.

Грубо говоря, это «чёрный ящик» - но только в рамках данного исследования, в рамках другой проблемы наш элемент может быть системой (подсистемой). А наша система может в свою очередь быть подсистемой более крупной системы – надсистемы. Например, вуз – это подсистема системы высшего образования, мировая экономика – надсистема для экономики национальной.

Определение 7. Связь – это важный для целей рассмотрения обмен веществом, энергией или информацией между элементами системы, или между системой и внешней средой. Связью будем также называть материальный канал такого взаимодействия (например, провод, оптическое волокно, электромагнитное поле). Связи присоединяются к элементам через входы и выходы.

Различие между элементом и связью (как каналом взаимодействия): связь только передает нечто, а элемент это нечто (вещество, энергию, информацию) существенно перерабатывает. Общее название элементов и связей: звенья системы.

Сложное, автономное поведение – критерий реальности объекта [Дойч]. Поэтому все реальные системы являются, вообще говоря, сложными. А согласно теореме Гёделя – и большинство абстрактных систем тоже. Более того, такие абстрактные системы согласно критерию реальности можно рассматривать как реальные [Дойч]. Мы видим, что системная наука имеет всеобъемлющий характер, это роднит её с философией и математикой. Но существуют и существенные отличия от этих дисциплин.

Отличие от философии – конструктивность, наличие инструментария для решения конкретных практических проблем.

Отличие от математики: «математика любит трудные задачи, а системный анализ – сложные проблемы».

Теперь мы можем дать развёрнутое определение системы (это – расширение определения 3).

Определение 8. Система – это совокупность элементов (объектов, компонентов, звеньев), обладающая следующими признаками:

а) связями, позволяющими посредством переходов по ним от элемента к элементу соединить два любых элемента совокупности (то есть систему можно представить связным графом – графом связей);

б) интегративным (эмерджентным) свойством, - назначением, функцией, поведением, - отличным от свойств элементов и не являющимся суммой (объединением) или средневзвешенным свойств отдельных элементов [Губанов и др., Жилин].

Признак а) называют связностью системы, признак б) – функцией системы. Указание элементов, связей и эмерджентных свойств (функций) конкретной системы называется описанием (заданием) системы по определению.

Все эти определения системы являются слишком общими. Чтобы сделать их более полезными для практических задач надо их уточнить, ввести определенные классы упорядоченных троек M, X, F (элементы, связи, функции). Эти классы можно ввести с помощью одного из двух фундаментальных критериев различия [Клир]:

а) системы, базирующихся на определённых типах элементов M;

б) системы, базирующихся на определённых типах отношений X.

Критерий а) соответствует традиционному разделению науки и техники на «частные науки» по все более узким специализациям: физика, механика, механика жидкости, гидравлика, … сантехника. Каждая из дисциплин задаётся определённым типом элементов. При этом определенный тип отношений не фиксируется. Отношения следуют из «законов природы» в данной предметной области.

Критерий б) соответствует именно системным наукам: класс задаётся типом отношений и структурой системы, а сами элементы могут быть различной природы. Например: иерархические структуры в обществе, экономике, технике строятся на отношении доминирования «верхних» уровней системы над «нижними».

Возможна и классификация систем, базирующаяся на определённых интегративных свойствах F. В технике и экономике системы различной природы, но с одинаковым назначением называются субститутами (заменителями), или конкурентами (например, плёночная и цифровая фотография). Вопрос о классификации по свойствам проработан ещё недостаточно.

Почему?

Частные науки имеют экспериментальную основу, а системные – теоретическую.

Почему?

Можно сказать, системные науки дают новое измерение человеческому познанию: они «ортогональны» (перпендикулярны) традиционным частным наукам [Клир]. Хорошее образное сравнение: если всё научное знание представить в виде здания, то «частные» науки – это этажи, а системные – это лестницы. Частные науки без системных – это этажи без лестниц, а системные без частных – это лестницы в пустоту [Жилин]. Добавим, что использование компьютеров и информационных технологий превращает лестницы в скоростные лифты.

Структура системной науки

Для того чтобы предсказывать, прогнозировать свойства систем, оптимизировать их, управлять ими необходимо владеть некоторым инструментарием (набором знаний и методов). Этот инструментарий создаётся комплексом системных наук, который можно назвать «системикс» (systemics, по аналогии с economics – комплексом наук по экономике). Мы чаще будем использовать термин «системная наука» - для обозначения всего комплекса системных наук. В него входят три «базовых» науки: теория систем (системология), системный анализ, системотехника (системный синтез). Смежные науки: кибернетика, исследование операций, синергетика, теория информации и информатика, искусственный интеллект.

Грамотное применение этого инструментария приносит плоды в фундаментальных науках (экономика, экология, социология и даже история), в прикладных науках и технологиях – особенно в информационных. В свою очередь, компьютеры и информационные технологии создают возможности для практического решения системных проблем практически во всех сферах человеческой деятельности. Поскольку системы и системные проблемы вездесущи, овладение инструментарием системных наук, развитие системного взгляда на мир, выработка системного подхода к решению проблем будут полезны любому человеку (особенно молодому), специалисту, конечно – руководителю.

Системная наука («системикс») – сравнительно молодая наука. Она начала складываться в XX-м веке и продолжает активно развиваться.

Конечно же, донаучный период системных знаний и практики очень велик. Каждая наука имеет свой донаучный период. Люди (в первую очередь – руководители и советники) всегда сталкивались с необходимостью решения проблем государственных, экономических, военных. Решение этих проблем сводилось к анализу сложной ситуации, формированию и изучению альтернативных вариантов решения проблемы, выбору лучшего, оптимального (по мнению решающего) варианта и выработке мер по реализации этого варианта. Вот, кстати, основные этапы системного анализа проблемы – они ещё от древних.

Но история системных наук короче многих других. Становление математики началось задолго до нашей эры (от египтян и вавилонян до Евклида), естественных наук – в XVII-м веке (Галилей, Ньютон). А становление системных наук – это XX-й век, хотя предпосылки были ещё у древних (как примеры - греки Аристотель и Плутарх, китайский историк Сыма Цянь). Создателей системной науки в современном виде (как формализованной системы знаний с методологией и математическим аппаратом) много. Это - А.А Богданов («Тектология»), Людвиг фон Берталанфи. Наши современники: М. Месарович, Я. Такахара, Дж. Форрестер, Д. Медоуз, Т.Л. Саати, Р. Аккофф, Дж. Клир, П.Б. Чекленд. Отечественные учёные: Н.Н. Моисеев, В.М. Глушков, Н.П. Бусленко, О.И. Ларичев. Ведущие международные организации: Международный институт прикладного системного анализа, Римский клуб. Правительства и большие корпорации имеют аналитические центры со штатом системных аналитиков, информационно-аналитическим обеспечением.

Колоссальным стимулом к развитию системной науки и смежных дисциплин стала научно-техническая революция: разработка в середине XX-го века ракетно-космических систем, атомной техники, электронных вычислительных машин. В свою очередь ЭВМ (компьютеры) стали основным инструментом математического моделирования сложных систем и процессов, то есть инструментом системного анализа и синтеза. Интернет создал новые революционные возможности для прикладного системного анализа.

Какие?

Право на существование и полезность системных наук объясняются тем удивительным фактом, что в системах из элементов различной природы наблюдаются похожие (изоморфные) структуры и процессы. Системы, как правило, являются развивающимися, причём они проходят похожие этапы развития. Сам факт устойчивого существования системы накладывает очень важные ограничения на формы и характер этого существования.

Ознакомившись кратко с системами, рассмотрим, какие науки их изучают, то есть систему системной науки и её «окружения».

От общего к частному это:

- системный подход;

- теория систем;

- системный анализ;

- системный синтез;

- системотехника.

Основные «соседи»:

- кибернетика и теория управления;

- теория самоорганизации (синергетика);

- информатика и теория информации;

- исследование операций;

- искусственный интеллект.

Системный подход – это скорее философская, гносеологическая (познавательная) и методологическая установка на поиск и применение общих принципов и исследования систем. Известно около двух десятков таких принципов. Вот главные.

1. Объекты надо рассматривать как системы.

2. Систему следует рассматривать:

а) отграниченной от внешней среды;

б) с учётом всех существенных связей с внешней средой.

3. Цели и оценки исследуемой системы следует устанавливать с позиций системы более высокого порядка (надсистемы).

4. Проблемы (сложные, комплексные задачи) надо рассматривать как системы, структурируя их.

Более подробно принципы системного подхода будут рассмотрены в следующей лекции.

Теория систем (другие названия: общая теория систем, теория сложных систем) – теоретическая дисциплина, посвященная общим вопросам исследования систем («а не только к проблеме принятия решений, как это имеет место в системном анализе» [Губанов и др.]). Теория систем изучает возможные структуры естественных и искусственных систем, типы процессов в системах, общие законы развития систем.

Системный анализ (СА) – прикладная дисциплина, посвященная методам исследования и проектирования сложных искусственных систем. Два основных аспекта системного анализа: анализ систем и анализ проблем. Основная задача системного анализа: исследование проблемы принятия решения в сложной системе [Губанов и др.], то есть решение сложной проблемы. Сложные проблемы имеют несколько рациональных решений (альтернатив), но, как правило, ни одно из них не является лучшим по всем критериям. Поэтому можно сказать, что центральной проблемой системного анализа является проблема многокритериального выбора. Рассмотрим в части № 2 курса.

Термин «прикладной системный анализ» (сам СА – прикладная наука) относится к системному анализу с использованием компьютеров и специального программного обеспечения (CASE-технологии, OLAP-технологии [Марка, Мак-Гоуэн]), технологии data mining («разработка данных» - обнаружение закономерностей, интеллектуальный анализ больших массивов данных [Дюк, Самойленко]). Рассмотрим в части № 3 курса.

Системотехника – применение теории систем и системного анализа к области техники [Губанов и др.]. Она изучает проблемы анализа и проектирования сложных автоматизированных технических систем – энергетических, транспортных, информационных, комплексных. Системный синтез (сравнительно новый термин) исследует проблемы проектирования сложных организационно-технических систем и процессов (производственных систем и процессов, бизнес-процессов), акцентируя внимание на новых, инновационных направлениях. Основная задача этих дисциплин – создание сложных человеко-машинных (эргативных) систем, в частности – создание программного обеспечения для таких систем.

С системной наукой тесно связаны и даже пересекаются такие комплексные науки: кибернетика, информатика, синергетика, исследование операций. Их рассмотрение поможет уточнить область собственно системных наук и системного анализа в частности.

Кибернетика – наука об управлении в сложных системах различной природы на основе обратных связей и преобразования информации. Видно, что граница между кибернетикой и системной наукой весьма условна. Иногда её рассматривают как часть теории систем [Губанов и др.]. Но проблема управления (сфера кибернетики) не совпадает полностью с проблемой решения (сфера системного анализа). Кибернетика изучает формализованные процедуры (описанные на языке математики), а системный анализ – совокупность процессов и процедур, включающих в себя плохо формализуемые процессы постановки целей (целеполагания), формирования альтернатив, принятия решений. Можно сказать, что главная разница между кибернетикой и системным анализом – это разница между управлением (которое может быть и автоматическим) и принятием решения, которое требует мыслительного и волевого усилия, осознания неполноты знаний и ответственности, на что способен человек или консолидированная группа людей. Напомним соответствующий термин – лицо, принимающее решение, ЛПР.

Теория систем и системный анализ позаимствовали у кибернетики много понятий и терминов, например: структуры и структурные схемы, связи, потоки, входы и выходы, управление.

Синергетика изучает процессы возникновения и развития (усложнения) систем различной природы, но не целенаправленных. Поскольку система возникла, то у неё появилось интегративное свойство, а с прогрессивным развитием системы это свойство усиливается, и могут возникать новые. Поэтому можно утверждать, что интегративное свойство – это синергетическое свойство, эмерджентность – следствие самоорганизации. Системный анализ изучает, как правило, целенаправленные системы. Цель системного анализа и системного синтеза – построить эффективную систему с заданным интегративным свойством. Можно сказать, что синергетика в исследованиях естественных систем играет примерно ту же роль, что системный анализ – в исследованиях искусственных систем. Использование достижений синергетики при создании искусственных, целенаправленных, эргативных систем – актуальная научная и прикладная проблема. Это – одна из главных задач системного синтеза.

Информатика очень тесно связана с кибернетикой и прикладным системным анализом. Она занимается проблемами измерения количества информации, проблемами хранения, передачи, преобразования информации с помощью технических средств (включая, конечно, компьютеры) и каналов связи различной природы. Информатика имеет теоретический (теория информации), системный (сети, структуры, процессы) и технический (компьютеры) аспекты.

Искусственный интеллект можно определить как область компьютерной науки, занимающуюся автоматизацией разумного поведения [Люгер]. В той своей части, которая занимается решением сложных, плохо формализуемых проблем, искусственный интеллект, несомненно, близок прикладному системному анализу. В частности, он постоянно поставляет новые методы и компьютерные технологии решения таких проблем.

Исследование операций – это комплекс математических дисциплин, охватывающих разработку и изучение математических моделей особого вида – оптимизационных моделей. Эти модели позволяют определить число, вектор (набор чисел), функцию доставляющие максимум (или минимум – в зависимости от задачи) некоторой функции (называемой целевой функцией или критерием) или функционалу при заданной системе ограничений в виде равенств и неравенств. То есть определяется экстремум в заданной области аргументов и значения аргументов, дающие этот экстремум. Оптимизацией функций многих переменных при ограничениях занимается комплекс математических наук, называемый математическое программирование. Это намеренно искажённый перевод англоязычного термина mathematical planning – математическое планирование. Например, линейное программирование – здесь и целевая функция и все ограничения линейны. Оптимизацией функционалов занимаются вариационное исчисление и теория оптимального управления.

Связи между исследованием операций и системным анализом наиболее тесны. В моделях исследования операций критерий, как правило, один (скалярная целевая функция). Системное аналитическое исследование часто можно свести к решению однокритериальной задачи исследования операций, или к последовательному решению ряда таких задач. Но когда критериев несколько, существуют неустранимые неопределённости, необходимы плохо формализуемые экспертные знания - то это сфера собственно системного анализа. Сферой системного анализа является также анализ результатов исследования операций. Таким образом, системный анализ можно рассматривать как обобщение исследования операций, он включает в себя исследование операций со всем арсеналом его средств и методов.

Схема системного исследования: «Сначала системный анализ, затем исследование операций, в конце – системный анализ результатов». Системный анализ определяет, что нужно делать (и чего делать не нужно), а исследование операций – как это сделать оптимальным образом.

Рассмотрев (очень кратко!) комплекс системных наук и их «окружения», перейдём к основному практическому вопросу: а как же изучают и проектируют системы?

Лекция 2

Системный подход и системный анализ

В современной науке термин «системный анализ» (СА) имеет два различных значения [ФЭС, с.587].

1) СА «в широком смысле» – это синоним термина «системный подход» (СП).

2) СА «в узком смысле» – это наука о методах и технологиях, используемых для исследования сложных (как правило, искусственных, целенаправленных) систем и для поддержки обоснования решений по сложным проблемам технического, экономического, социального, политического характера.

Далее в курсе лекций для системного анализа «в широком смысле» всегда будет использоваться термин «системный подход». А под термином «системный анализ» всегда будет пониматься системный анализ в указанном выше «узком смысле».

Системный подход (СП) – это методология (т.е. согласованный набор методов) рационального научного познания и практики. В основе СП лежит принцип системности, который указывает на необходимость и полезность исследования объектов как систем.

Объекты – это сущности, существующие помимо человека. Но объекты могут восприниматься человеком («исследователем») через свои ощущения (или показания приборов), они могут изучаться, конструироваться. От окружающих объектов человек получает те или иные ощущения, сведения, знания (одним словом информацию). Во взаимодействии с объектами человек достигает или не достигает своих целей. Более того, только взаимодействие с объектами позволяет ему судить, достиг ли он своих целей или нет.

Того кто обладает сознанием, ощущениями, способностью ставить цели и планировать свои действия, в системных науках называют субъектом. В системных науках используется также термин «актор» (от англ. to act – действовать). Этот термин подчеркивает способность субъекта не только познавать и планировать, но и действовать, активно влиять на ситуацию.

Возникает интересный вопрос: а другие люди, группы, коллективы – это объекты или субъекты системного исследования?

Конечно же, каждый человек – субъект (это определение, а не оценка). Субъектами являются и высшие животные – это известно любому владельцу собаки или кошки. Но они (люди, их группы, коллективы и организации, собаками и кошками в курсе заниматься не будем) могут быть и объектами системного исследования. Это – объекты равные по сложности субьекту-исследователю [Лефевр]. И существуют методы исследования таких «объектов-субъектов».

Таким образом, системный подход – это методологическая основа исследования сложных объектов любой природы, не только тех, что изучаются в системном анализе. СП помогает правильно, адекватно ставить проблемы науки и практики, вырабатывать эффективные стратегии их решения [ФЭС, с.587]. Понятия «проблема» и «стратегия» определим позже.

Системный подход основан на достижениях теории систем, системологии, системной философии. Но в еще большей мере – на человеческой практике. Основная ценность СП для других наук, в том числе – для системного анализа заключается в наборе некоторых основных положений, которым он предписывает следовать в изучении и проектировании систем. Это – так называемые «принципы системного подхода» (иногда их называют «системные принципы»).

Принципы системного подхода

Разные авторы дают весьма различные наборы этих принципов. Ниже приведен достаточно полный, но не избыточный набор принципов.

1) Принцип системности (о нем сказано в самом начале): объекты следует изучать и проектировать как системы, то есть как связные структуры с интегративным свойством (свойствами).

2) Принцип взаимодействия системы и среды: систему следует рассматривать отдельно от среды, но с учетов всех существенных связей между ней и средой («контекстом», «окружением»). Обычно принимается, что среда может влиять на систему, а влиянием системы на среду можно пренебречь. Если же нельзя – то систему следует расширить, включив в нее необходимую часть среды. Система проявляет свой свойства взаимодействуя со средой, в том числе – с другими системами.

3) Принцип целостности: принципиально нельзя свести интегративные свойства системы к сумме свойств ее элементов.

4) Принцип структурности: систему можно описать и изучать через установление ее структуры – сети связей и отношений (т.е. через построение структурной модели системы). Интегративные свойства системы можно выявить и объяснить, изучая систему в целом как совокупность элементов, связей и процессов.

5) Принцип иерархичности: система является частью надсистемы, состоит из подсистем, те – из подсистем второго порядка и т.д. – до элементов. Из принципа иерархичности следует два главных метода изучения и проектирования систем: декомпозиция (анализ) и агрегирования (синтез).

6) Принцип множественности описания: адекватное описание и познание системы требует построения набора моделей различной сложности, каждая из которых описывает определенный аспект системы. Этот набор, как правило, – иерархия моделей. Основными «этапами» иерархии являются структурная, функциональная и динамическая модели (определим позже).

7) Принцип зависимости: свойства и функции каждого элемента (подсистемы) зависят не только (и не столько) от его природы, но и от его места и связей в составе системы.

8) Принцип обусловленности: поведение системы обусловлено не столько поведением ее отдельных элементов, сколько свойствами ее структуры («примат структуры над содержанием»).

9) Принцип ограниченности: система ограничена в пространстве и во времени. Соответственно, системное исследование должно иметь временные рамки. Все параметры (численные характеристики) системы должны иметь конечные значения.

10) Принцип развития во времени: при изучении и проектировании системы необходимо учитывать этапы ее жизненного цикла.

Следующие несколько принципов СП имеют отношение к проектированию искусственных систем, т.е. к системному анализу «в узком смысле» и к системотехнике (системной инженерии, системному проектированию).

11) Принцип приоритета надсистемы и глобальной цели: система должна создаваться исходя из потребностей и целей системы более высокого уровня.

12) Принцип единства рассмотрения (проектирования): систему надо рассматривать и как целое и как совокупность компонентов. Каждый компонент (подсистема, элемент) изучается, проектируется вместе со своими связями исходя из его места в системе и его задач. Из принципа единства следует итеративность процесса проектирования системы: система и ее задачи уточняются в процессе проектирования.

13) Принцип функциональности: структура и функции системы должны рассматриваться совместно. При этом функции имеют приоритет над структурой.

14) Принцип модульности (иерархичности или объектной декомпозиции): систему целесообразно создавать из подсистем модулей, которые могут быть использованы (или используются) в других системах.

15) Принцип децентрализации: необходим компромисс между единством системы в целом и самостоятельностью ее подсистем (то есть между иерархией и горизонтальными связями).

16) Принцип обратной связи: устойчивое функционирование сложной системы невозможно без необходимых отрицательных и (иногда) положительных обратных связей.

17) Принцип многофакторности: при исследовании и проектировании систем необходимо учитывать все существенные факторы, как качественные, так и количественные. Необходимо рассматривать все аспекты проблемы, для решения которой создается система. Среди этих факторов и аспектов особое внимание следует уделять факторам неопределенности и риска, а также – «человеческому фактору»

Все эти принципы являются не догмами, а, скорее, разумными советами. Они находятся частью в определенных противоречиях друг с другом. Это вполне естественно: системы ведь сложные изучаются и проектируются. Поэтому можно дать еще один принцип СП.

18) Принцип осторожности: все указанные выше принципы применять надо осторожно и с умом!

Лекция 3

Дата добавления: 2015-10-23