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.