Контрольная работа: Структура системного анализа

Контрольная работа: Структура системного анализа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КЕМЕРОВСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ФАКУЛЬТЕТ ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

Кафедра вычислительной техники и информационных технологий

Контрольная работа по дисциплине

“Теория систем и системный анализ”

“Структура системного анализа”

Выполнил:

студент группы ПИс-061

Жилкова Ольга Анатольевна

г. Кемерово 2007 г.

Содержание

1. Основные принципы системного подхода

2. Основные понятия о системах

3. Системный подход к анализу проблем

4. Декомпозиция

5. Анализ подпроблем

6. Решение подпроблем и выявление альтернатив

7. Выбор оптимальных решений

Литература

1. Основные принципы системного подхода

Методология анализа сложных объектов, изучения и познания процессов, протекающих в них, неразрывно связаны с теорией познания. Подход к сложному объекту, как к системе, т. е. как к совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих его частей, формировался вместе с диалектическим пониманием процессов природы, в том числе процессов, протекающих в таком сложном объекте, как живой организм.

Основные принципы системного подхода к анализу объектов.

Поскольку под понятием система понимается совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем, анализ следует начинать с выявлением ее структуры, т. е. состава подсистем и связей (отношений) между ними. Исследование отдельных подсистем надо вести не изолировано, а с учетом их связей. Поэтому важно суметь выделить существенные, так называемые системообразующие связи, заметно влияющие на результат исследования.

Система представляет собой не простой набор (сумму) подсистем, а целостный объект, многие свойства и возможности которого не являются простой совокупностью (суммой) возможностей ее подсистем. Из этого следует, что в ходе анализа все свойства и показатели систем должны быть разделены на целостные и аддитивные в зависимости от влияния на них эффекта взаимодействия подсистем.

Целостными называют такие свойства, функции и показатели, которые присущи только системе как целостному объекту; так, например, в химической промышленности, где синтез новых продуктов, разработку технологии и проектирование осуществляют в основном отраслевые институты, проблема развития производства и постановки новой продукции на производство должна рассматриваться как целостная подотраслевая проблема, а не проблема отдельных предприятий.

Аддитивными называют такие свойства и показатели систем, которые определяют только возможностями подсистем и представляют собой их сумму; так, например, прибыль или объем производства нормативно-чистой продукции (НЧП) отрасли равна сумме этих показателей ее предприятий и не зависит от внутренних связей системы, в отличие от выпуска товарной продукции, определяемого по заводскому методу.

При разделении свойств на целостные и аддитивные необходимо учитывать относительность многих аддитивных показателей. Так, в частности, относительность аддитивности приведенного выше показателя НЧП проявляется в том, что реализация мер по кооперированию и специализации предприятий в рамках подотрасли как системы может обеспечить повышение производительности труда и соответственно рост НЧП без увеличения численности персонала предприятий; такой рост обусловлен общесистемными (целостными) факторами.

Подсистемы взаимодействуют в процессе целенаправленного функционирования системы. Из этого следует, что при анализе систем важно выявить и тщательно изучить цель (цели) функционирования отдельных подсистем и убедиться в их соответствии целям системы. т. е. в соблюдении принципа единства цели. Если этот принцип не соблюдается, его необходимо восстановить, это существенный ресурс повышения эффективности функционирования системы.

Система связана с другими системами, т. е. с внешней средой, с помощью входных и выходных внешних связей. Из этого следует, что при анализе системы необходимо рассматривать и учитывать влияние этих связей, в том числе: учитывать воздействия внешней среды на исследуемую систему и последствия этих воздействий; оценивать функционирование системы с учетом ее воздействий на другие системы (внешнюю среду) за счет выходных связей, учитывать последствия этих воздействий.

При анализе внешних связей (так же, как это было отмечено выше, применительно к внутренним связям) важно выделить существенные.

Сложная система как объект анализа и другие системы, с которыми она связана (внешняя среда), чаще всего представляют собой развивающиеся динамические системы. Из этого следует, что при анализе систем существенную роль играет учет фактора времени. В свою очередь, фактор времени подлежит двоякому учету. Во-первых, при анализе системы и оценке ее возможностей необходимо исследовать не только статические, но и динамические свойства и характеристики. Во-вторых, особое внимание должно быть уделено исследованию ее развития и движущим силам этого развития. Такой анализ важен для познания целей и движущих сил развития, понимание закономерностей которых необходимо для обоснованного прогноза как перспектив развития системы, так и изменений ее взаимодействия с внешней средой. При исследовании движущих сил развития необходимо тщательно рассмотреть внутренние противоречия и их причинные связи.

Системный подход к исследованию сложных объектов как самостоятельное методологическое направление формировался одновременно с развитием прикладной математики и в значительной мере в результате использования количественных методов исследования. Отсюда следует, что глубина и эффективность исследования систем зависят от полноты использования этих методов для описания внешних и внутренних связей, процессов функционирования, целей системы.

Иерархическая структура сложных систем обуславливает целесообразность сочетания при их исследовании индуктивного метода (от частного – к общему) и дедуктивного (от общего – к частному).

Сопоставление сложных систем разной природы (в том числе биологических, технических и социально-экономических) показывает, что некоторые их признаки и закономерности функционирования сходны, т. е. для них в известной степени характерен изоморфизм (независимость от природы и строения системы). Поэтому при исследовании систем правомерно пользоваться методом аналогий, не доводя, разумеется, его до вульгаризации.

Таковы в общих чертах основные признаки системного подхода к исследованию объектов. Хотелось бы подчеркнуть прикладной характер и недостаточную полноту приведенного выше перечня признаков.

2. Основные понятия о системах

Функционирование систем. Система как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем может быть упрощенно представлена схемой, показанной на рисунке 1.1. Общими признаками сложных систем (биологических, технических, социально-экономических) является то, что каждая их них представляет собой структурно организованную целостную совокупность более простых частей (подсистем), взаимосвязанных и взаимодействующих в процессах целенаправленного функционирования системы.

     x1    y1

         x2

        x3              y2

       x4

                                 y3

          x5                  y4

Рисунок 1.1

1-6 подсистемы старших рангов; 6.1-6.3 – подсистемы младших рангов

В общем случае подсистемы связаны между собой материальными, энергетическими и информационными потоками; их именуют внутренними связями. С другой стороны, каждая система связана с другими системами того же и старших рангов. Эти связи для данной системы правомерно именовать внешними. Легко убедиться, что в соответствии с принципом иерархичности внутренние связи системы будут внешними по отношению к подсистемам.

В свою очередь, все внешние связи любой системы (подсистемы) можно подразделить на входы (x1, x2, …, xi, …, …xm), которыми принято называть внешние связи (потоки), направленные к системе и реализующие внешние воздействия на систему, и выходы (y1,y2,…,yi…,yn), которыми будем называть внешние связи (потоки), исходящие от системы и представляющие собой результат ее функционирования, воздействия на другие системы, т. е. на внешнюю по отношению к данной системе среду.

Основная функция системы состоит в преобразовании (переработке) входов в выходы. Реализацию такого преобразования будем именовать процессами основной текущей деятельности системы или процессами ее функционирования в узком смысле этого понятия.

Применительно к промышленным предприятиям процессы основной текущей деятельности означают переработку ресурсов, поступающих на вход системы, в конечные результаты продукцию и услуги. Результатами деятельности исследовательских и проектных институтов является информация, содержащаяся в выпускаемой (на выходе) научной и технической документации.

Кроме целевых (позитивных) конечных результатов, выходами системы могут быть и негативные результаты ее деятельности, например, сточные воды и выбросы в атмосферу, загрязняющие окружающую среду.

Соответственно и на входе системы наряду с ресурсами, необходимыми для ее функционирования, различают также негативные, нежелательные воздействия, нарушающие ее нормальную деятельность; их именуют возмущающими воздействиями или внешними возмущениями. Типичными примерами внешних возмущений для промышленных систем могут служить нарушения сроков поставок сырья и материалов, отклонения качества сырья от номинального, сбои в энергообеспечении и т. п.

Кроме внешних (на входе в систему), имеются и внутренние возмущения, нарушающие нормальное течение процессов функционирования, типичными примерами внутренних возмущений в производстве могут служить нарушения технологической дисциплины, аварийный выход из строя оборудования и т. д.

Важная особенность системы – целеноправленность основной деятельности проявляется в стремлении предотвратить, преодолеть или скомпенсировать возмущения, сохранить высокие целевые конечные результаты, уменьшить негативные последствия своей деятельности и экономно использовать ресурсы.

Таким образом, оценкой функционирования системы может служить ее эффективность, которая характеризуется отношением целевых конечных результатов к ресурсам, использованным как для получения этих результатов, так и для устранения (ограничения в допустимых пределах) негативных последствий функционирования.

Чтобы оценивать эффективность системы, осуществлять меры по ее поддержанию и повышению, необходимо располагать сведениями о закономерностях процессов функционирования. Целенаправленность процессов функционирования проявляется в стремлении поддерживать и повышать высокую эффективность системы, приспособляясь (адаптируясь) к изменениям внешней среды. Процессы функционирования системы (в широком смысле) – это совокупность процессов основной деятельности и разных по масштабам процессов развития и совершенствования системы.

Процессы функционирования систем нуждаются в управлении. Управление реализуется за счет целенаправленных воздействий органа управления на объект управления и обратной связи объекта с органом управления. Каждый контур управления предусматривает сбор информации о состоянии объекта (учет), ее сопоставление с заданными значениями (контроль), анализ информации и выработку управляющего воздействия (подготовку и принятие решений), а также реализацию воздействия. Совокупность органа управления системы и органов управления ее подсистем всех рангов вместе с их информационными внутренними и внешними связями составляет иерархическую систему управления.

Математическое описание процессов функционирования. Значения выходов зависят от свойств системы, от входных воздействий на нее и, как правило, от совокупности параметров внутреннего состояния системы. Кроме того, учитывая, что системы являются динамическими, входы (xi), параметры состояния системы (zi) и ее выходы (yi) изменяются во времени (t).

Математические выражения зависимостей выходов от входов и параметров состояния принято называть математическим описанием системы. Если описание достаточно правильно (адекватно) отображает фактическое поведение системы, его особенности, важные для исследования или управления, то его можно использовать для моделирования (воспроизведения) протекающих в системе процессов; в таком случае его называют математической моделью системы.

Модель системы, описывающая процессы ее функционирования в установившемся режиме, отражает статические свойства системы и называется статической моделью. График зависимости выходного показателя от соответствующего входного параметра (чаще всего основного) называют статической характеристикой. Типичными примерами статических характеристик конкретного производства могут служить зависимости объема выпуска продукции (A), себестоимости (С) и других важнейших показателей от нагрузки, т. е. от расхода (G1) основного сырья на входе в систему.

Если математическая модель описывает изменения выходов и параметров состояния системы в неустановившихся режимах (во времени), то она характеризует динамические свойства системы и называется динамической моделью. Соответственно графики изменения выходных параметров во времени при определенных воздействиях на входе принято именовать динамическими характеристиками звена (системы, подсистемы). Динамические свойства циклических процессов характеризуются также графиками, иллюстрирующими повторяемость циклов, их период, регулярность, характер колебания параметров и т. д.

Модели сравнительно простых технических систем стараются строить на основе изученных закономерностей физических и химических процессов, их функционирования; такие модели называются детерминированными.

Модели систем, которые также являются сравнительно простыми, но закономерности функционирования которых не изучены, могут быть построены в результате статической обработки результатов экспериментов. Такую систему с неизвестной структурой и свойствами иногда условно именуют “черным ящиком”, а модели, полученные указанным выше способом, в отличие от детерминированных называют статическими. При стабильности процессов, протекающих в системе, такие модели могут давать описание системы, близкое к адекватному.

Иначе обстоит дело со сложными системами. К ним относятся биологические, социально-экономические, некоторые технические системы. Для них характерно большое число подсистем многих уровней иерархии, сложность связей между ними, наличие случайных факторов, влияющих на поведение отдельных подсистем и системы в целом. В связи с этим процессы функционирования сложных систем относятся к категории так называемых случайных или стохатических процессов, а результаты функционирования не всегда предсказуемы с достаточной точностью.

Стохатические процессы характеризуются функцией распределения вероятностей рассматриваемых событий. Если эта функция стабильна, т. е. не изменяется во времени, то стохатический процесс называется строго стационарным. Для стационарных стохатических процессов функция распределения вероятностей может быть установлена экспериментально. Это позволяет, используя методы теории вероятностей, построить стохатическую модель системы; свойства таких систем характеризуются не однозначными (функциональными), а корреляционными зависимостями, позволяющими установить наиболее вероятные значения выходов и других показателей функционирования системы.

Если стохатические процессы, влияющие на поведение системы, нестационарны, то ее поведение не всегда может быть описано математически, т. е., как принято говорить, оказывается неформализуемым. Для количественной характеристики неформализуемых свойств и связей таких систем, для прогноза результатов их функционирования приходится использовать экспертные оценки специалистов и другие эвристические методы.

3. Системный подход к анализу проблем

Нередко к проблемам относят лишь очень крупные научные и хозяйственные задачи. Термин проблема” в процессе с греческого означает задачу, задание.

Системный подход используется в ходе анализа и решения широкого круга проблем, касающихся не только управления, но и многих других областей науки и техники. В химической технологии объектом системных исследований являются главным образом структурно сложные многостадийные химико-технологические комплексы.

Каждая область применения системных исследований накладывает соответствующий отпечаток на методологию решения проблем. Существует две категории проблем: стабилизации и развития.

Проблемы стабилизации – это проблемы, решение которых направлено на предотвращение, устранение или компенсацию возмущений, нарушающих текущую деятельность системы. К решению проблем стабилизации относится также совокупность мер, которые без изменения основных характеристик системы корректируют процессы текущей деятельности; при этом учитываются изменяющиеся условия протекания установившегося производственного процесса (в том числе возникающие дополнительные возможности использования ресурсов) и колебания потребности в продукции, в том числе ее различных сортовых разновидностей.

На уровне предприятия, подотрасли и отрасли решение этих проблем обозначают термином управление производством, понимая под этим совокупность мер по управлению основным и вспомогательным производствами, материально-техническим снабжением и сбытом, а также по их текущему планированию.

Проблемами развития и совершенствования систем называются такие, решение которых направлено на повышение эффективности функционирования за счет изменения характеристик объекта управления или системы управления объектом. Решение этих проблем можно рассматривать, как совокупность мер по переводу системы из исходного состояния в новое, отличающееся от прежнего лучшими техническими характеристиками, лучшей организацией. Это обеспечивает более высокую эффективность системы.

На решение проблем развития и совершенствования промышленных систем направлено перспективное планирование производства; управление научно-исследовательскими и опытными работами, проектированием, капитальным строительством; обеспечение технического и организационного прогресса, в том числе внедрение новой техники; планирование и реализация организационно-технических мероприятий; весь комплекс работ по совершенствованию планирования и управления.

Общность проблем стабилизации процессов функционирования и проблем развития систем обусловлена единством целей, а также иногда общностью условий и средств их решения.

4. Декомпозиция

Основной операцией анализа является разделение целого на части. Задача распадается на подзадачи, система – на подсистемы, цели – на подцели и т. д. При необходимости этот процесс повторяется, что приводит к иерархическим древовидным структурам. Обычно (если задача не носит чисто учебного характера) объект анализа сложен, слабо структурирован, плохо формализован, поэтому операцию декомпозиции выполняет эксперт. Если поручить анализ одного и того же объекта разным экспертам, то полученные древовидные списки будут различаться. Качество построенных экспертами деревьев зависит как от их компетенции в данной области знаний, так и от применяемой методики декомпозиции. Декомпозиция подпроблем проводится до уровня элементарных, т. е. таких, дальнейшая конкретизация которых приводит к выявлению определенных вариантов их решения.

Обычно эксперт легко разделяет целое на части, но испытывает затруднения, если требуется доказательство полноты и безызбыточности предлагаемого набора частей. Объяснение состоит в том, что основанием всякой декомпозиции является модель рассматриваемой системы.

Операция декомпозиции представляется как сопоставление объекта анализа с некоторой моделью, как выделение в нем того, что соответствует элементам взятой модели. Поэтому на вопрос, сколько частей должно получиться в результате декомпозиции, можно дать следующий ответ: столько, сколько элементов содержит модель, взятая в качестве основания. Вопрос о полноте декомпозиции – это вопрос завершенности модели.

Итак, объект декомпозиции должен сопоставляться с каждым элементом модели-основания. Однако и сама модель-основание может с разной степенью детализации отображать исследуемый объект. Например, в системном анализе часто приходится использовать модель типа “жизненный цикл”, позволяющую декомпозировать анализируемый период времени на последовательные этапы от его возникновения до окончания. В жизни человека принято различать молодость, зрелость и старость, но можно выделять и более мелкие этапы, например детство, отрочество и юность. Такое же разнообразие может иметь место и при декомпозиции жизненного цикла любой проблемы. Разбиение на этапы дает представление о последовательности действий, начиная с обнаружения проблемы и кончая ее ликвидацией (иногда такую последовательность рассматривают как “алгоритм системного анализа”).

Установив, что декомпозиция осуществляется с помощью некоторой модели, сквозь которую мы как бы рассматриваем расчленяемое целое, далее следует ответить на естественно возникающие вопросы:

модели какой системы следует брать в качестве оснований декомпозиции;

какие именно модели надо брать.

Выше упоминалось, что основанием декомпозиции служит модель “рассматриваемой системы”, но какую именно систему следует под этим понимать? Всякий анализ проводится для чего-то, и именно эта цель анализа и определяет, какую систему следует рассматривать. Система, с которой связан объект анализа, и система, по моделям которой проводится декомпозиция, не обязательно совпадают, и хотя они имеют определенное отношение друг к другу, это отношение может быть любым: одна из них может быть подсистемой или надсистемой для другой, они могут быть и разными, но как-то связанными системами.

Например, анализируется цель “выяснить этиологию и патогенез ишемической болезни сердца”, в качестве исследуемой системы можно взять сердечно-сосудистую систему, а можно выбрать конкретный кардиологический институт. В первом случае декомпозиция будет порождать перечень подчиненных целей научного, во втором организационного характера.

Иногда в качестве оснований декомпозиции полезно не только перебирать разные модели целевой системы, но и брать сначала модели надсистемы, затем самой системы и, наконец, подсистем. Например, при системном анализе функций Минвуза РСФСР декомпозиция глобальной цели высшего образования страны сначала проводилась по моделям вузовской системы в целом, а в конце – по моделям функционирования министерского аппарата. Можно также рассматривать и такую процедуру анализа, когда перед каждым очередным актом декомпозиции заново ставиться вопрос не только о том, по какой модели проводить декомпозицию, но и о том, не следует ли взять модель иной системы, нежели ранее.

Однако чаще всего в практике системного анализа в качестве глобального объекта декомпозиции берется нечто, относящееся к проблемосодержащей системе и к исследуемой проблеме, а в качестве оснований декомпозиции берутся модели проблеморазрещающей системы.

При всем практически необозримом многообразии моделей формальных типов моделей немного: это модели “черного ящика”, состава, структуры, конструкции (структурной схемы) каждая в статическом или динамическом варианте. Это позволяет организовать нужный перебор типов моделей, полный или сокращенный, в зависимости от необходимости.

Однако основанием для декомпозиции может служить только конкретная, содержательная модель рассматриваемой системы. Выбор формальной модели лишь подсказывает, какого типа должна быть модель-основание; формальную модель следует наполнить содержанием, чтобы она стала основанием для декомпозиции. Это позволяет несколько прояснить вопрос о полноте анализа, который всегда возникает в явной или неявной форме.

Полнота декомпозиции обеспечивается полнотой модели-основания, а это означает, что прежде всего следует позаботиться о полноте формальной модели. Благодаря формальности, абстрактности такой модели часто удается добиться ее абсолютной полноты.

5. Анализ подпроблем

Если выявление путей достижения целей можно отнести к этапам качественного анализа проблемы, то оценка значимости каждой из подпроблем, трудоемкости ее решения, ожидаемых затрат, требуют уже количественного подхода.

Использование количественных оценок в решении организационных проблем является характерной особенностью системного анализа, важным его отличием от волевого принятия управленческих решений.

При анализе проблем управления источником количественных оценок служат в основном результаты статической обработки накопленных данных или специально собранных в ходе диагностического обследования системы, а также экспертные оценки. Нередко пользуются комбинацией двух этих источников.

Статические методы успешно используются для факторного анализа, для выявления причин отдельных нарушений и количественной оценки влияния каждого из факторов. Экспертные оценки являются основным методом ранжирования подпроблем по их значимости. Более того, экспертиза целесообразна и на стадии выявления основных недостатков функционирования системы и их причинно-следственных связей. Экспертиза широко применяется также для оценки ожидаемой трудоемкости работ, затрат на отдельные мероприятия, сроков выполнения, потребительских свойств продукции и т. д.

Весьма важным и самостоятельным направлением экспертизы является формирование различных прогнозируемых данных. Экспертные методы могут дать ориентировочные, но достаточно надежные оценки, лишь при условии методически правильной организации экспертизы.

При экспертизе относительной значимости выявленных подпроблем сущест