ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ
ЛИТЕРАТУРА 1. Перегудов Ф. И. , Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ М. : Высш. шк. , 1989 2. Антонов А. В. Системный анализ М. : Высш. шк. , 2004 3. Мухин В. И. Исследование систем управления М. : Экзамен, 2006 4. Дегтярев Ю. И. Системный анализ и исследование операций М. : Высшая школа, 1996
Глава I ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ СИСТЕМ § 1 Развитие системных представлений
Ампер Андре Мари (1775 -1836) «Опыт о философии наук, или Аналитическое изложение классификации всех человеческих знаний» 1834 -1843 гг. Кибернетика – наука об управлении государством Научный подход к управлению сложными (социальными) системами
Федоров Евграф Степанович (1853 -1919) Классификация кристаллических решёток (230 типов) Обобщение закономерностей кристаллических Обобщение структур на архитектурные, музыкальные, языковые конструкции Свойства систем: - самоорганизация - способность к приспособлению - способность к повышению сложности
Богданов Александрович (1873 -1928) Тектология – теория организации «Все объекты и процессы имеют определённый уровень организации, который тем выше, чем сильнее свойства целого отличаются от суммы свойств элементов» элементов Динамика систем Обратные связи Математические методы моделирования применительно к теории организации
Винер Ноберт (1894 -1964) Кибернетика Идеи управления и связи в живом мире, управления связи обществе, технике Несущественность для кибернетики природы системы Информация как всеобщее свойство материи Информация Моделирование и математический эксперимент с помощью ВТ
Берталанфи Людвиг фон (1901 -1972) Обобщил системную концепцию, задача которой – разработка математического аппарата описания различных типов систем Центр системных исследований (195? , Канада) Обмен систем веществом, энергией и т. д. с внешним миром «Общая теория систем»
Пригожин Илья (Романович) (1917 -2003) Нобелевская премия по химии (1977) «За работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур» Механизм самоорганизации открытых систем Неравновесные состояния систем различной природы (периодические реакции, диссипативные структуры, колебания биржевых курсов)
50 -е гг ХХ в Формирование системного анализа (теории систем) как самостоятельной прикладной дисциплины (автоматика, средства ВТ, АСУ, системы связи, …) 60 -е гг ХХ в термин «системный анализ» (США) анализ
§ 2 Основные определения теории систем
Система – упорядоченная совокупность материальных объектов (элементов), элементов объединённых какими-либо связями, связями предназначенная для достижения определённой цели (достигающая её оптимальным образом) цели основные компоненты системы
Системный анализ (теория систем) – совокупность методов, основанных на использовании ВТ и ориентированных на исследование сложных систем различной природы. Системный подход – направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем. Центральная проблема СА – принятие решения в принятие решения условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной информации различной природы.
Главные направления СА (Этапы исследования сложной системы) 1. Построение модели исследуемого объекта (формализация объекта) 2. Постановка задачи исследования задачи (формулировка формализованной цели анализа) цели 3. Решение поставленной математической Решение задачи, проверка качества решения
Основные процедуры системного анализа 1. Изучение структуры системы, анализ её компонентов, выявление связей 2. Сбор данных о функционировании системы, исследование информационных потоков 3. Построение модели 4. Проверка адекватности модели, анализ неопределённостей и чувствительности 5. Исследование ресурсных возможностей 6. Определение целей системного анализа 7. Формирование критериев 8. Генерирование альтернатив 9. Реализация выбора и принятие решения 10. Внедрение результатов анализа
§ 3 Классификации систем
I. По виду отображаемого объекта 1. технические 2. биологические 3. социальные 4. … II. По виду научного направления, используемого для моделирования 1. математические 2. физические 3. технические 4. …
III. По характеру поведения системы 1. детерминированная (определённая) (состояние системы в будущем однозначно определяется её состоянием в настоящем и закономерностями перехода из одного состояния в другое) 2. вероятностная (стохастическая) (поведение системы описывается законами теории вероятностей) 3. игровая (система осуществляет разумный выбор своего поведения; в основе выбора – заранее заданные критерии и неформальные соображения)
IV. По степени взаимодействия с внешней средой 1. открытая (система обменивается с внешней средой веществом, энергией, информацией, …) 2. закрытая (замкнутая) (система изолирована от внешней среды)
V. По степени сложности структуры и поведения 1. простая (небольшое количество компонентов системы, поведение системы легко описывается) 2. сложная (разнообразие внутренних связей и состояний, поведение системы допускает описание) 3. очень сложная (большая разветвлённость связей, невозможность выявить и проанализировать все состояния)
VI. По степени организованности 1. хорошо организованная (выявлены все компоненты системы, система допускает формализацию) 2. плохо организованная (нет возможности или необходимости описывать все компоненты системы) 3. самоорганизующаяся (система адаптируется к изменению условий внешней среды, изменяет структуру, сохраняя целостность)
§ 4 Типовые постановки задач системного анализа
1. Задача распределения ресурсов работы (операции), подлежащие выполнению и (или) ресурсы -----------------------------а) распределить ресурсы между работами: прибыль → max (издержки → min) b) определить состав работ при заданных ресурсах: эффективность → max с) определить ресурсы для выполнения заданных работ: издержки → min
2. Задача управления ресурсами определить количество запасов: затраты на хранение → min потери при нехватке → min 3. Транспортная задача 4. Организация обслуживания оборудования - назначение времени проведения проверок исправности оборудования - проведение профилактического обслуживания - выбор оптимального количества запасных частей и приборов для обслуживания - …
5. Задача массового обслуживания образование и функционирование очереди 6. - Задача анализа риска и безопасности использования новых технологий измерение риска определение допустимого уровня риска меры по предотвращению риска управление в условиях аварийной ситуации … 7. …
§ 5 Принципы и закономерности исследования и моделирования систем
(1) Закономерности взаимодействия части и целого Эмерджентность (целостность) (emergence — возникающий, неожиданно появляющийся) появление у системы свойств, отсутствующих у элементов - физическая аддитивность
Интегративность(целостность) наличие у системы факторов, обеспечивающих сохранение её целостности, в т. ч. - неоднородность и противоречивость элементов - стремление элементов вступать в коалиции (взаимодействие)
(2) Закономерности иерархической упорядоченности систем в т. ч. закономерности взаимодействия системы со средой Коммуникативность единство со средой, наличие множества связей (коммуникаций) Среда: - надсистема (метатсистема) – система более высокого порядка, задающая требования и ограничения исследуемой системе - подсистемы (нижележащие системы) - системы одного уровня
Иерархичность Людвиг фон Берталанфи (учёт функциональных уровнями) взаимоотношений между - коммуникативность проявляется не только между системой и средой, но и между уровнями исследуемой системы - эмерджентность проявляется на каждом уровне системы
(3) Закономерности осуществимости систем Эквифинальность характеристика предельных возможностей системы, устойчивость по отношению к начальным и граничным условиям Берталанфи: «способность … достигать … не зависящего от времени состояния, которое не зависит от её начальных условий и определяется исключительно параметрами системы»
Закон «необходимого разнообразия» Уильям Росс Эшби (William Ross Ashby 1903 – 1972) N (ЛПР, исследователь), D (проблема) - множество (разнообразие) возможных решений проблемы - множество (разнообразие) мыслей (альтернатив) Теорема
(4) Закономерности развития систем учёт изменения систем во времени Историчность возникновение → → развитие (функционирование) → → упадок (старение) → → (гибель) - выявление и учёт периодов - предупреждение старения системы, разработка механизмов реорганизации системы
Закономерность самоорганизации систем способность противостоять энтропийным тенденциям способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды … II закон термодинамики ↔ закон эволюции (развития)
СИНЕРГЕТИКА междисциплинарное научное направление, изучающее закономерности процессов самоорганизации, эволюции, взаимодействия (кооперации) Цель: построение общей теории сложных систем - множество неоднородных компонентов - активность (целенаправленность) компонентов - множество различных взаимосвязей (в т. ч. слабоформализуемой природы) - открытость - динамичность, обучаемость - неопределённость параметров среды
– комплекс наук о И. Р. Пригожин: синергетика возникающих системах !!! спонтанное образование упорядоченных структур различной природы в процессах взаимодействия, когда исходные системы находятся в неустойчивых состояниях Эволюция ≡ последовательность неравновесных фазовых переходов Развитие – последовательное прохождение критических областей (точек бифуркации) Принципиальная непредсказуемость зоны бифуркации (выбора) !!! Возможность возникновения порядка из хаоса
(5) Закономерности лирования целей возникновения и форму- Зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии познания объекта (процесса) и от времени ▪ Активная роль цели в познании и управлении ↔ Необходимость реалистичности цели (направленности на результат) ▪ По мере развития представлений об объекте цель может переформулироваться
внешних Зависимость цели от и внутренних факторов - внешние: внешние требования, программы - внутренние: потребности, цели исполнителей Проявление в структуре целей з-ти целостности достижение цели вышестоящего уровня ≠ достижение подчинённых подцелей Закономерности формирования иерархических структур целей «дерево целей»
