Реферат: Системный анализ

Далее в этом курсе мы будем рассматривать системный анализ «в узком смысле» – как науку и методологию анализа и проектирования сложных искусственных систем и управлениями ими. Системный анализ «в широком смысле» (лекция 2) далее будем называть системным подходом.

Две цитаты.

«Системный анализ – это формализованный здравый смыл».

«Системный анализ – это расширенный интеллект».

Смысл первой цитаты станет понятнее, когда мы познакомимся с методами системного анализа проблем. Хотя результаты далеко не всегда отвечают ожиданиям «здравого смысла».

Вторая цитата противопоставляет системное мышление (системный подход + системный анализ) «традиционному» вербальному мышлению с одной стороны и полностью формализованному (физикалистскому, редукционному) подходу точных, естественных наук.

Но современный системный анализ вместе с тем способен интегрировать в свою методологию как точные методы (математические модели систем) так и неформализованные «эвристические» методы и экспертные знания.

Системный анализ и синергетика позволяют определить границы применимости редукционного подхода, пересмотреть такие понятия как причинность и прогнозируемость [Чернавский]. Вместе с тем по мере своего развития системный анализ «теснит» неструктурируемые проблемы, превращая их в проблемы слабоструктурируемые.

Системное исследование, т.е. применение методологии системного анализа к существующей или проектируемой системе в общем случае имеет целью возможность объяснить, предвидеть, конструировать (для искусственных объектов) и управлять [Хомяков]. Первые две системные задачи относятся к анализу систем, а вторые — к анализу проблем.

Напомним, что проблемой (системной задачей) в системном анализе называется сложная и неопределенная задача, допускающая либо несколько приемлемых результатов решения, либо ни одного (не разрешаемая на данном этапе, в данных условиях проблема). Искусственная система создается для решения некоторой проблемы (проблем). Последовательное, скоординированное, системное решение «внешних» и «внутренних» проблем, возникающих в процессе разработки системы, и составляет ее проект.

Системный анализ как анализ систем и анализ проблем

Системный анализ («в узком смысле») имеет две ветви: анализ систем и анализ проблем. Рассмотрим схему, а затем поясним кратко ее элементы.

Базовых задач в анализе систем всего две: экспертная и конструктивная. Всё человеческое познание (особенно в системной сфере) направлено на решение этих двух задач [Жилин].

Экспертная задача: на основании знаний, имеющихся на настоящий момент, описать прошлое или предсказать будущее рассматриваемой системы, а также выявить неочевидные процессы в настоящем. Модель, созданная для решения экспертной задачи, называется познавательной моделью. Это – не обязательно математическая модель. Обязателен системный подход.

Решение экспертной задачи – сценарий. Сценарий – это описание эволюции системы с учётом её окружения. Сценарий должен обоснованно, рационально отвечать на вопросы: «что происходит в настоящее время?», «что произошло бы, если…?», «что произойдет, если…?».

Можно сказать, что экспертная задача соответствует одной стороне системного анализа – анализу систем. Другая сторона системного анализа – анализ проблем. И вот что ему соответствует.

Конструктивная (проектная) задача: создать некоторую систему с заданным интегративным свойством (свойствами). Причем – эффективную и конкурентоспособную систему. Частный случай конструктивной задачи: не допустить возникновение чего-либо с негативными свойствами и последствиями. Модель, созданная для решения проектной задачи, называется прагматической моделью. А вот здесь без математических моделей, как правило, не обойтись. И, конечно, системный подход.

Решение конструктивной задачи – проект. Проект – это совокупность действий и решений, объединённая общим замыслом и целью, с временными (ударение на «ы»!) и ресурсными ограничениями. Можно сказать, что проект – это своеобразная идеальная система, которая, будучи реализованной на практике, создаст новую систему (например, машину, технологию, фирму, бизнес-процесс). Или существенно изменит, модернизирует систему существующую.

Проект должен обоснованно, рационально отвечать на вопросы: «как сделать, чтобы…?», «какими будут затраты и результаты (то есть – какова эффективность проекта)?», «как это сделать лучшим образом?».

Чтобы хорошо решить проектную задачу (её «потребителя» называют Заказчиком), проектанты и системные аналитики должны сформулировать и решить одну или ряд экспертных задач. Распространённая ошибка – проект, для которого не решена экспертная задача. Такой проект называется утопией[Жилин].

Почему ошибка и почему распространённая?

Для конкретной системы экспертную и конструктивную задачу можно сформулировать так. Экспертная задача: какими свойствами будет обладать данная совокупность элементов, связей, входов и выходов, как она будет развиваться во времени? Конструктивная задача: как создать или сохранить такую взаимосвязанную совокупность объектов, чтобы получить или сохранить нужное интегративное свойство.

В исследовании операций (где, как мы помним, используют полностью формализованные, математические модели) экспертная и конструктивная задачи называются прямой и обратной задачами исследования операций соответственно. Для решения прямой задачи исследования сложной системы создаётся (как правило) имитационная модель, а для решения обратной задачи – оптимизационная модель.

Перейдем к схеме системного анализа «в узком смысле».

Системный анализ

Анализ систем Анализ проблем

Экспертная задача Проектная задача

Познавательная модель Прагматическая модель

Моделирование (прямая задача ИО) Структурирование

Сценарий: Оптимизация

объяснение, прогнозирование (обратная задача ИО)

Оптимизация Проект

Экспертная задача (по крайней мере, для технических систем) основана на D-N модели, описанной в лекции 2. Эта задача имеет своими целями понимание, объяснение и прогнозирование (предвидение). Объяснение проводятся на основе понимания, объяснение непонятных и (или) непонятых вещей – это сфера отнюдь не системного анализа. На основании данных о состоянии системы в определённый момент настоящего или прошлого и знаний предметной области («универсально верных обобщений») ставится задача описать прошлое и (или) предсказать будущее, а также понять неочевидные процессы, если они имеют место в настоящем.

Проектная задача (иногда ее называют конструктивной, мы пока не будем вдаваться в различия между проектированием и конструированием) – создать систему с заданными интегративными свойствами, функциями, назначением. Систему, соответствующую некоторой сформулированной явно цели (или целям – есть и многоцелевые системы), выполняющую требования и ограничения. При этом – систему, в некотором смысле наилучшую, оптимальную, рациональную. Цели проектной задачи: проектирование и управление.

Решением проектной задачи является проект. Проект должен отвечать на вопросы: «каков облик системы?», «как ее создать?», «какие ресурсы необходимы?». Решение проектной задачи должно сопровождаться постановкой и решением экспертной задачи: «что будет, если проект будет реализован?».Такая задача позволяет уточнить реализуемость проекта и оценить возможные последствия, в том числе и негативные, чтобы не получилось «как всегда» не смотря на цель «сделать как лучше».

На основании решения этой экспертной задачи проект при необходимости должен быть доработан. Часто необходимы последующие итерации: доработки – экспертная задача – доработки. Пока результаты экспериментов (в первую очередь – компьютерных, а это реализация сценариев на имитационной модели, например) не покажут, что проект правильно и эффективно решает конструктивную задачу.

Основным методом решения и экспертной и проектной задачи является математическое моделирование. Виды математических моделей, применяемых на различных этапах решения этих задач, будут рассмотрены в следующей лекции. Вопросы структурирования проблем – во второй части курса.

Основные этапы системного исследования

1. Предварительная формулировка проблемы.

2. Установление объекта исследования: выделение системы из окружающей среды и (или) надсистемы и установление связей между ней и «контекстом» (окружающая среда, надсистема, другие системы).

3. Определение цели исследования и точки зрения.

4. Определение ресурсов и ограничений.

5. Организация группы детального изучения проблемы.

6. Декомпозиция системы (проблемы).

7. Моделирование частных проблем.

8. Синтез модели.

9. Исследования полномасштабные (компьютерный эксперимент).

10. Анализ результатов и выпуск отчетных или проектных материалов.