Основы системного анализа (стр. 3 )

Методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов. Методы типа «мозговой атаки» или коллективной генерации идей. Методы типа «сценариев» Методы структуризации Методы типа «дерева целей» Морфологические методы. Методы типа «Дельфи».

Задача прогнозирования. Системный анализ задачи прогнозированию. Подходы к прогнозированию.

Изучив данную тему, студент должен

знать:

- что понимается под постановкой задачи;

- основные методы формализованного представления систем и методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов.

уметь:

- выбирать виды моделей для решения системных задач.

Методические рекомендации:

При изучении темы необходимо обратить внимание на следующие моменты.

Формальные методы моделирования

1. Модели в системном анализе занимают центральное место. В зависимости от стадии и целей исследования или проектирования применяются аксиологическое представление системы (отображение системы в терминах целей и целевых функционалов, связывающих цели со средствами их достижения) или каузальное (описание системы в терминах влияния одних переменных на другие).

2. Главной целью системного анализа можно считать оказание помощи в понимании и решении имеющейся проблемы, а сам системный анализ направлен на перевод проблемы в задачу принятия решения, т. е. ведет к постановке такой задачи. Поставить задачу означает, прежде всего, понять ее условия, что достигается путем выбора соответствующего представления (описания), т. е. модели.

3. Для принятия решения необходимо получить аксиологическое описание проблемы – выражение, связывающее цель со средствами ее достижения. Такие выражения получили в разных прикладных направлениях различные названия: критерий функционирования, критерий или показатель эффективности, целевая или критериальная функция, функция цели и т. п.

4. В зависимости от изученности проблемной ситуации, возможны различные подходы к формированию целевой функции:

а) если известен закон, позволяющий связать цель со средствами, то задача практически всегда решается;

б) если закон неизвестен, то стараются определить закономерности на основе статистических исследований;

в) если это не удается сделать, то выбирают или разрабатывают теорию, в которой содержится ряд утверждений и правил, позволяющих сформулировать концепцию и конструировать на ее основе процесс принятия решения;

г) если и теория не существует, то выдвигается гипотеза, и на ее основе создаются имитационные модели, с помощью которых исследуются возможные варианты решения.

5. Существующие методы формирования моделей представляют собой некий спектр методов, дающих различную степень формализации, от вербального описания до аналитических зависимостей. Этот «спектр» методов разделяют на два больших класса: методы формализованного представления систем и методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов.

6. К методам формализованного представления систем относятся: аналитические и статистические методы, методы дискретной математики и графические методы.

7. Полное математическое описание (модель) объекта обычно содержит уравнения статики и динамики.

8. Построение математических моделей сталкивается с такими проблемами как: выбор структуры модели, оценивание ее коэффициентов и выбор критерия оценки ее качества.

9. При выборе структуры математической модели возникают две подзадачи: а) выбор (разработка) алгоритма «генерации» (перебора) структур; б) формирование критерия оценки качества структуры.

10. Из алгоритмов перебора структур можно назвать следующие: алгоритмы шаговой регрессии, алгоритмы метода группового учета аргументов и алгоритм эволюционной идентификации.

11. Для задач управления в основу критерия оценки качества структуры математической модели можно заложить требование близости значений выхода модели и объекта при одинаковых значениях входных переменных.

12. В качестве критерия качества готовых моделей или для сравнения моделей, построенных с помощью различных алгоритмов, предлагается использовать среднеквадратичную ошибку на контрольных точках.

13. Выделяют следующие методы построения математических моделей:

• аналитический – модель строится на основании известных законов, действующих в объекте;

• статистический (экспериментальный) – модель объекта строится на основании наблюдений за входными и выходными переменными;

• экспериментально-аналитический – исходная структура модели строиться на основании анализа процессов в системе, а коэффициенты определяются по экспериментальным данным.

14. Экспериментальное исследование объектов проводится с помощью активного или пассивного экспериментов.

Экспертные методы моделирования

1. К методам, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов, можно отнести: методы индивидуальной экспертизы, методы групповой экспертизы, методы выработки коллективных решений, методы структуризации, морфологические методы, методы организации сложных экспертиз.

2. Методы индивидуальной экспертизы предполагают индивидуальную работу исследователей с каждым из привлеченных экспертов. К таким методам можно отнести анкетирование, интервьюирование, аналитическую экспертную оценку и метод «индивидуального блокнота».

3. Групповые методы предполагают коллективную работу экспертов (очную или заочную), они требуют согласования мнений всех экспертов и разработку общего экспертного вывода на основе консенсуса.

4. Методы структуризации предусматривают отображения исследования в виде структурных моделей, к которым можно отнести различные «деревья» (целей, проблем, решений) и методы структурного системного анализа.

5. Основная идея морфологических методов подхода – систематически находить наибольшее число, а в пределе – все возможные варианты решения поставленной проблемы или реализации системы путем комбинирования основных (выделенных исследователем) структурных элементов системы или их признаков. Наиболее известный и популярный морфологический метод – метод морфологического ящика.

6. Методы организации сложных экспертиз реализуются на базе методики ПАТТЕРН, метода парных сравнений Т. Саати, метода решающих матриц и др. Суть методов заключается в декомпозиции большой неопределенности на более мелкие, лучше поддающиеся осмыслению.

Системный подход к прогнозированию

1. Процесс разработки прогнозов называется прогнозированием. Прогнозирование означает предсказание состояния какого-либо объекта, процесса или явления в будущем. Фактически любое моделирование дает прогноз, т. е. отвечает на вопрос: «Что будет, если...?».

2. По времени упреждения прогнозирование разделяется на текущее, краткосрочное, среднесрочное, долгосрочное и сверхдолгосрочное. В зависимости от характера и цели прогнозирования диапазон каждого из видов прогноза может простираться от долей секунды (например, в физике) до миллиардов лет (в космологии).

3. Основой любого прогнозирования является гипотеза об инерционности объекта. Причем инерционность можно рассматривать не только временную, но и более широко – инерционность функциональную, когда функциональная зависимость прогнозируемого показателя от факторов на него влияющих, известная на некотором интервале изменения этих факторов, продолжается за пределами интервала. На инерционности построен метод научного исследования – экстраполяция – распространение результатов, полученных из наблюдений над одной часть явления, на другую его часть

4. Причины изменения прогнозируемого показателя можно разбить на две группы: внешние причины (возмущения, управления и помехи) и внутренние (нестационарность, активность и динамизм).

5. Можно выделить следующие основные подходы к прогнозированию: экстраполяционный (единственной причиной изменения прогнозируемого показателя считается время), модельный (ищется функциональная зависимость прогнозируемого показателя от факторов на него влияющих) и экспертный (прогноз на основании мнений экспертов).

6. Одной из проблем прогнозирования представляет вопрос оценки качества прогнозной модели.

7. Важной проблемой построения прогнозных моделей является ограниченность количества данных предыстории (длина предыстории должна как минимум втрое превышать интервал прогноза), что затрудняет применение таких моделей в условиях частой смены тенденций изменения системы.

Литература: [1-4, 8, 14, 16].

Вопросы для самопроверки по теме

1.  Поясните, в каком случае отсутствует проблема принятия решения.

2.  Объясните, что понимается под постановкой задачи.

3.  Объясните, в каких случаях задача принятия решения становиться проблемой.

4.  Объясните суть целевой функции (функции цели).

5.  Укажите, какие действия предпринимаются в случае, если отсутствует закон, связывающий цель со средствами ее достижения.

6.  Укажите, какие действия предпринимаются в случае, если нет возможности установить закономерность, связывающую цель со средствами ее достижения.

7.  Перечислите формальные методы построения моделей.

8.  Раскройте суть, особенности и проблемы аналитических методов построения моделей.

9.  Раскройте суть, особенности и проблемы статистических методов построения моделей.

10.  Перечислите методы построения моделей, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов.

11.  Раскройте суть методов «Мозгового штурма»

12.  Раскройте суть методов «Сценариев».

13.  Дайте определение понятию «сценарий».

14.  Раскройте суть метода экспертных оценок.

15.  Раскройте суть методов «Дельфи».

16.  Раскройте суть методов структуризации.

17.  Раскройте суть морфологических методов.

18.  Раскройте суть решающей матрицы Поспелова.

19.  Раскройте суть задачи прогнозирования.

20.  Объясните, в чем заключается суть системного подхода к задаче прогнозирования.

21.  Перечислите основные подходы к решению задачи прогнозирования

22.  Раскройте суть метода экстраполяции.

23.  Опишите технологию применения экстраполяционного подхода к прогнозированию.

24.  Объясните суть метода скользящего среднего.

25.  Покажите примеры кривых роста.

26.  Покажите, как можно оценить точность экстраполяционного прогноза.

27.  Опишите суть модельного подхода к прогнозированию и его проблемы.

28.  Опишите экспертные методы прогнозирования.

Тема 8. Методология системного анализа

Системность. Естественнонаучная методология. Системная деятельность. Предмет и границы системного анализа. Подходы к анализу и проектированию систем. Методики системного анализа. Этапы системного анализа.

Изучив данную тему, студент должен

знать:

- основы системного подхода;

- методики системного анализа;

- этапы системного анализа.

уметь:

- выстраивать методику системного анализа.

Методические рекомендации:

При изучении темы необходимо обратить внимание на следующие моменты.

1. Любая научная, исследовательская и практическая деятельность проводится на базе методов (приемов или способов действия), методик (совокупности методов и приемов проведения какой-либо работы) и методологий (совокупности методов, правил распределения и назначения методов, а также шагов работы и их последовательности).

2. Наиболее общим понятием, которое обозначает все возможные проявления систем, является «системность», которую предлагается рассматривать в трех аспектах:

а) системная теория – дает строгое научное знание о мире систем и объясняет происхождение, устройство, функционирование и развитие систем различной природы;

б) системный подход – выполняет ориентационную и мировоззренческую функции, обеспечивает не только видение мира, но и ориентацию в нем;

в) системный метод – реализует познавательную и методологическую функции.

3. Системный анализ не является чем-то принципиально новым в исследовании окружающего мира и его проблем – он базируется на естественнонаучном подходе. В отличие от традиционного подхода, при котором проблема решается в строгой последовательности вышеприведенных этапов (или в другом порядке), системный подход состоит в многосвязности процесса решения.

4. Главным признаком системного подхода является наличие доминирующей роли сложного, а не простого, целого, а не составляющих элементов. Если в традиционном подходе к исследованиям мысль движется от простого к сложному, от частей – к целому, от элементов – к системе, то в системном подходе, наоборот, мысль движется от сложного к простому, от целого к составным частям, от системы к элементам.

5. Все проблемы можно представить как хорошо, плохо и слабоструктурированные, но только последние составляют основной предмет системного анализа.

6. Открытым остается вопрос о границах системного анализа. Если практически все признают, что к системному анализу прибегают при наличии проблемы, то окончание его вызывает дискуссии: одни считают, что системный аналитик должен полностью решить проблему, другие – что он должен только подсказать пути ее решения.

7. При анализе и проектировании действующих систем различных специалистов могут интересовать разные аспекты: от внутреннего устройства системы до организации управления в ней, что порождает следующие подходы к анализу и проектированию: системно-элементный, системно-структурный, системно-функциональный, системно-генетический, системно-управленческий и системно-информационный.

8. Методология системного анализа представляет совокупность принципов, подходов, концепций и конкретных методов, а также методик.

9. На сегодня известно много авторских методик системного анализа, которые в чем-то близки, в чем-то разнятся, но ни одну из них нельзя взять в качестве базовой. В конкретной предметной области для конкретного класса проблем системному аналитику придется вырабатывать собственную методику.

10. Представляет интерес методика системного анализа, предложенная , состоящая из 12 этапов переход из состояния проблемной ситуации в состояние желаемой конечной цели – решения проблемы.

Литература: [1-4, 8].

Вопросы для самопроверки по теме

1.  Перечислите последовательность шагов при естественнонаучном подходе к исследованию проблемы.

2.  Объясните суть методологии элементаризма.

3.  Укажите отличия системного подхода от естественнонаучного.

4.  Раскройте суть системно-элементарного подхода к анализу и проектированию систем.

5.  Раскройте суть системно-структурного подхода к анализу и проектированию систем.

6.  Раскройте суть системно-функционального подхода к анализу и проектированию систем.

7.  Раскройте суть системно-генетического подхода к анализу и проектированию систем.

8.  Раскройте суть системно-управленческого подхода к анализу и проектированию систем.

9.  Раскройте суть системно-информационного подхода к анализу и проектированию систем.

Словарь терминов (глоссарий)

Динамическая система – система, изменяющая свое состояние во времени.

Динамическая характеристика – реакция системы на возмущение (зависимость изменения выходных переменных от входных и времени).

Документооборот – движение документов в организации, сопровождаемое их обработкой и использованием, с момента их создания или получения до завершения их исполнения и передачи в архив или отправки в другие организации.

Закрытая или замкнутая система лишена возможности обмениваться с окружающей средой массой, энергией и информацией, т. е. полностью изолирована от среды.

Измерение – алгоритмическая операция, которая данному наблюдаемому свойству объекта ставит в соответствие определенное обозначение: число, номер или символ.

Измерительная шкала – множество обозначений, используемых для регистрации свойств наблюдаемого объекта, называется.

Интегративные свойства – свойства, которые имеются у системы в целом, но отсутствуют у ее элементов.

Макроскопический анализ заключается в игнорировании деталей структуры системы и наблюдении только общего поведения системы как целого.

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

Микроскопический анализ детально описывает каждый из компонентов системы; центральным при этом является понятие элемента; изучаются связи и функции элементов, структура системы и др.

Интерес – реальная причина деятельности социальных субъектов, направленная на удовлетворение определенных потребностей.

Надсистема – система, элементом которой является данная система.

Нестационарная система – система, в которой ее функция изменяется со временем.

Обратная связь – воздействие результатов функционирования элемента на характер этого функционирования (связь между выходом и входом одного и того же объекта).

Объект – пассивный участник направленной деятельности.

Окружающая среда – совокупность объектов, которые окружают исследуемый объект и прямо или косвенно взаимодействуют с ним.

Организация (в узком смысле) – объединение людей, действующих на основе определенных правил и процедур и совместно реализующих программы или цели (коммерческие или некоммерческие).

Организация (в широком смысле) – объединение людей, совместно реализующих программы или цели (коммерческие или некоммерческие) и соответствующая инфраструктура.

Открытая система - система, способная обмениваться с окружающей средой массой, энергией и информацией.

Отрицательная (уравновешивающая) обратная связь уменьшает тенденцию изменения выхода системы.

Переходная (временна́я) функция – реакция выходной переменной звена на изменение входа.

Переходный режим (процесс) – процесс движения динамической системы из некоторого начального состояния к какому либо ее установившемуся режиму – равновесному или периодическому.

Периодический режим – режим, в котором система через равные промежутки времени приходит в одни и те же состояния.

Подсистема – система, являющаяся элементом данной системы.

Положительная (усиливающая) обратная связь усиливает тенденцию изменения выхода системы.

Принцип компенсации энтропии гласит, что энтропия неизолированной системы может быть уменьшена только в том случае, если система взаимодействует с другой или другими системами таким образом, что в процессе взаимодействия происходит компенсирующее увеличение энтропии.

Производство – процесс превращения ресурсов организации в готовую продукцию: товары и/или услуги.

Пространство состояний (или фазовое пространство) системы – множество возможных состояний системы.

Процесс – последовательная смена состояний.

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

Равновесный режим (равновесное состояние, состояние равновесия) – такое состояние системы, в котором она может находиться сколь угодно долго в отсутствии внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях).

Репеллер (от лат. repello – отталкиваю, отгоняю) – область в фазовом пространстве, где траектории, даже начинающиеся очень близко от особой точки, отталкиваются от нее.

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

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

Система – а) упорядоченное представление об объекте исследования с точки зрения поставленной цели;

б) совокупность (множество) объектов и процессов, называемых элементами, взаимосвязанных и взаимодействующих между собой, которые образуют единое целое, обладающее свойствами, не присущими составляющим его элементам, взятым в отдельности;

в) совокупность взаимодействующих элементов, упорядоченная для достижения одной или нескольких поставленных целей.

Состояние системы в определенный момент времени – множество ее существенных свойств в этот момент времени.

Состояние устойчивости (устойчивое состояние) – это такое равновесное состояние системы, в которое она возвращается после снятия возмущающих воздействий.

Социальное взаимодействие – процесс воздействия индивидов, социальных групп или общностей друг на друга в ходе реализации их интересов.

Социальные отношения – отношения между социальными субъектами по поводу их равенства и социальной справедливости в распределении жизненных благ, условий становления и развития личности, удовлетворения материальных, социальных и духовных потребностей.

Социальная система – объединение людей, связанных социальными отношениями, для реализации своих интересов.

Социальная система (как набор социальных мероприятий) – совокупность мероприятий, направленных на социальное развитие людей.

Социальная ситуация – совокупность социальных факторов, влияющих на поведение, чувства и представления индивида или группы в системе взаимодействия в определенный период времени.

Статическая система – система, состояние которой практически не изменяется в течение определенного периода ее существования.

Стационарная система – система, функция которой практически не изменяется в течение определенного периода ее существования.

Стратификация – представление системы семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения соответствующего уровня абстрагирования.

Структура системы – устойчивая упорядоченность в пространстве и во времени ее элементов и связей между ними.

Субъект – активный участник направленной деятельности.

Техническая система – совокупность взаимосвязанных физических элементов.

Технология – это формализованное описание деятельности, включающее набор ресурсов, инструментов, приемов их использования, и способов ее организации – необходимое и достаточное для воспроизводства процесса получения определенных продуктов, предметов, услуг, изменений или любых иных значимых результатов с заранее заданными параметрами.

Устойчивость – свойство системы возвращаться к равновесному состоянию или циклическому режиму после устранения возмущения, вызвавшего нарушения последних.

Флуктуации – случайные процессы, при которых система переходит из более вероятного состояния в менее вероятное.

Формальная структура – совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для достижения системой поставленных целей.

Функционирование системы – процесс переработки входной информации в выходную (процесс реализации системой своих функций).

Функция – а) в философии – внешнее проявление свойств объекта;

б) в кибернетике – способ (правило, алгоритм) преобразования значений входных координат в значения выходных в установившемся режиме.

Целевая среда организации – совокупность условий и факторов, действующих в непосредственном окружении организации и оказывающих прямое воздействие на установление целей и способов их реализации.

Экономика – сфера отношений, связанная со сменой прав личной собственности на объект, который при обмене становится товаром.

Экономическая система – совокупность экономических отношений, возникающих в процессе производства, распределения, обмена и потребления экономических продуктов.

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

5. Примерный перечень практических работ

№ п\п	Наименование практических работ	Объем, часов
Заочная форма обучения	Заочно-ускоренная форма обучения
1	Цель и закономерности и проблемы целеобразования	1	1
2	Модели и моделирование	1	0,5
3	Объект и окружающая среда, система	1	1
4	Свойства и их измерения. Измерения и шкалы. Конструктивные свойства систем. Статические и динамические характеристики системы.	1	1
5	Классификация систем	1	1
6	Закономерности функционирования и развития систем	1	1
7	Модели в системном анализе. Методы формализованного представления систем. Методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов. Системный подход к прогнозированию	1	1
8	Методики системного анализа	1	0,5
Всего	8	6

6. Методические указания к выполнению контрольных работ

Целью выполнения контрольной работы является систематизация, расширение, углубление и закрепление знаний студентов, полученных при теоретическом изучении дисциплины, а так же формирование практических навыков проведения системного анализа.

Студенты выполняют контрольную работу в сроки, установленные графиком учебного процесса. Выполнение контрольной работы является завершающим этапом в изучении дисциплины и позволяет студенту продемонстрировать знания и навыки, приобретенные за время обучения по дисциплине, а также возможность их применения в практической деятельности.

Для своей организации или ее подразделения (объект анализа) необходимо раскрыть следующие вопросы.

1.  Сформулировать цель функционирования объекта.

2.  Построить дерево целей и дерево проблем для организации.

3.  Выделить какую-либо систему в объекте.

4.  Определить, какие объекты входят в целевое окружение системы.

5.  Определить границу системы. Изобразить кибернетическую модель системы в виде «черного ящика» (модель вход-выход). Перечислить входные переменные, разбив их на возмущения, управления и помехи. Перечислить выходные переменные, выделив среди них целевые.

6.  Выделить элементы в выбранной системе и показать схематически их взаимодействие.

7.  Для 4-5 элементов системы подобрать элементарные динамические звенья, в наибольшей степени характеризующие динамические свойства элементов.

8.  Провести классификацию системы по разным основаниям с обоснованием отнесения системы к тому или иному классу (например, система является линейной, динамической, дискретной и т. д.).

7. Вопросы к экзамену

1.  Цель в системном анализе. Цель и потребность.

2.  Проблемы целеобразования.

3.  Модель. Назначение моделей. Формы моделей.

4.  Моделирование. Виды моделирования. Компьютерное моделирование. Целенаправленная деятельность и моделирование.

5.  Объект, субъект и окружающая среда. Связь объекта с окружающей средой. Классификация входов объекта.

6.  Измерение и шкалирование. Типы шкал.

7.  Понятие системы. Выделение системы из окружающей среды.

8.  Система как совокупность элементов.

9.  Системный анализ и системный подход.

10.  Типы структур. Эффективность структур.

11.  Многоуровневые иерархические структуры.

12.  Связи. Прямая и обратная связь. Положительная и отрицательная связь.

13.  Закономерности функционирования и развития систем: состояние, поведение, равновесие, устойчивость, функционирование, рост и развитие.

14.  Статические и динамические модели систем.

15.  Элементарные динамические звенья.

16.  Переходный процесс и переходная функция.

17.  Безынерционное звено. Звено чистого запаздывания.

18.  Инерционное звено. Колебательное звено.

19.  Дифференцирующее звено. Интегрирующее звено.

20.  Вещество, энергия, информация. Энтропия системы.

21.  Закономерность развития во времени. Закономерность осуществимости систем.

22.  Закономерности взаимодействия части и целого.

23.  Классификация систем. Разновидности действующих систем.

24.  Централизованные и децентрализованные системы. Открытые и закрытые системы.

25.  Динамичность, размерность, линейность, стационарность, непрерывность, целенаправленность системы.

26.  Сложность и детерминированность.

27.  Классификация систем по степени организованности.

28.  Подходы к анализу и проектированию систем.

29.  Классификация методов моделирования систем.

30.  Формальные методы моделирования систем.

31.  Эвристические методы моделирования систем.

32.  Постановка задачи и проблемы построения математических моделей.

33.  Экстраполяционный подход к прогнозированию.

34.  Временные ряды и кривые роста.

35.  Модельный подход к прогнозированию.

36.  Прогнозирование на основании экспертных оценок.