Лекция 1. Понятие и основные принципы системного анализа

За блага техногенной цивилизации, с которыми человечество вступило в XXI век, к сожалению, приходится расплачиваться. Плата эта в ряде случаев оказывается предельно высокой. Речь идет о жизни конкретных людей. В большинстве же случаев происходит деградация среды, окружающей технический объект, в котором случилась авария или катастрофа. В результате – потеря материальных ценностей, разрушение природной среды, стрессы и ухудшение здоровья людей, что в итоге приводит к сокращению их продолжительности жизни.

В негативном функционировании техногенных объектов часто повинен сам человек, допустивший при управлении этим объектом какую-то ошибку или неточность. Это так называемый человеческий фактор, о котором сейчас много говорят.

Как уменьшить количество ошибочных и неточных действий людей в разных ситуациях, в повседневной жизни и особенно на производстве. Понятно – их нужно учить. Учить очень многому: и как управлять объектом, и какие действия предпринимать в разнообразных нештатных ситуациях, и как защитить себя и товарищей от последствий отказов и аварий, и т.д.

Оказывается, есть метанаука над этими конкретными знаниями, которая позволяет понять общие подходы к нахождению лучших или, по крайней мере, неошибочных действий человека в разнообразных ситуациях. Эта наука называется теорией принятия решений. Конечно, в обыденной жизни пользоваться формальными методами принятия решений не всегда оправданно (хотя и здесь они не должны полностью игнорироваться). Однако если иметь в виду производственную деятельность, то там современный специалист должен опираться на научные подходы. Особенно это касается сложных ситуаций, когда последствия неэффективного решения могут носить достаточно драматичный характер, т.е. затрагивать здоровье и жизнь людей, наносить ущерб материальным ценностям и окружающей среде.

1.1. Понятие системы. Базовые категории систем

К основным понятиям системного анализа относится понятие «система», однако в настоящее время нет единства в его определении. 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 – «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 порядковым номером, совпадающим с количеством учитываемых в определении факторов.

1. Система есть нечто целое:

S=A(1, 0).

Это определение выражает факт существования и целостности. Двоичное суждение A(1, 0) либо 1, либо 0 отображает наличие или отсутствие этих качеств.

2.Система есть организованное множество (Темников Ф.Е.):

S=(орг, М),

где орг – оператор организации; М – множество.

3.Система есть множество вещей, свойств и отношений (Уемов А.И.):

S=({m}, {n}, {r}),

где m – вещи, n– свойства, r – отношения.

4.Система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды:

S=(ε, ST, BE, E),

где ε – элементы, ST – структура, ВЕ – поведение, Е – среда.

5.Система есть множество входов, множество выходов, множество состояний, характеризуемых оператором переходов и оператором выходов:

S=(X, Y, Z, H, G),

где X – входы, Y – выходы, Z – состояния, Н – оператор переходов, G – оператор выходов. Это определение учитывает все основные компоненты, рассматриваемые в автоматике.

6. Это определение системы соответствует уровню биосистем и учитывает генетическое (родовое) начало GN, условия существования KD, обменные явления KD, развитие EV, функционирование FC и репродукцию (воспроизведения) RP:

S= (GN, KD, MB, EF, FC, RP).

7. Это определение системы оперирует понятиями модели F, связи SC, пересчета R, самообучения FL, самоорганизации FO, проводимости связей СО и возбуждения моделей JN:

S=(F, SC, R, FL, FO, CO, JN).

Данное определение удобно при нейрокибернетических исследованиях.

8. Если определение 5 дополнить фактором времени и функциональными связями, то получим определение системы, которым обычно оперируют в теории автоматического управления.

S= (T, X, Y, Z, Ω, V, η, φ)

где Т – время, Х – входы, Y – выход, Z – состояния, Ω – класс операторов на выходе, V – значения операторов на выходе, η – функциональная связь в уравнении

y(t2)=η [x(t1), z(t1], t2),

φ – функциональная связь в управлении z(t2)=φ [x(t1), z(t1), t2].

9. Для организационных систем удобно в определении системы учитывать следующее: цели и планы, внешние и внутренние ресурсы, исполнители, процесс, помехи, контроль, управление, эффект.

S=(PL, RO, RJ, EX, PR, DT, SV, RD, EF),

где РL – цели и планы, RО – внешние ресурсы, RJ – внутренние ресурсы, EX – исполнители, PR – процесс, DT – помехи, SV – контроль, RD – управление, EF – эффект.

Последовательность определений можно продолжить и далее, которые учитывали 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 теории систем часто рассматривается следующее: