Основы системного анализа Системный подход методология

Основы системного анализа

Системный подход – методология науки на уровне общенаучных принципов и форм исследования. Системный подход заключается в рассмотрении и исследования объекта (процесса, явления) во всем многообразии его внутренних и внешних связей. Системный подход ориентирует исследователя на рассмотрение объекта как системы. Применение системного подхода при разработке систем – каждый компонент системы должен разрабатываться так, чтобы обеспечивать требуемую эффективность системы в целом (в условиях существующих ограничений ресурсов и внешней среды) Процесс применения системного подхода – тоже система, следовательно, это процесс должен строиться на основе системного подхода

Системный анализ – это методология выбора решений сложных проблем, возникающих в целенаправленной деятельности и совокупность методов выбора. Методология системного анализа опирается на системный подход Системный анализ используется при необходимости выбора определенных методов, средств, способов действия в рамках решения любой задачи или проблемы В рамках системного анализа для обеспечения лучшего выбора характеристик системы по сути производится сокращение исходного множества альтернатив Сокращение множества альтернатив до единственной альтернативы производится с учетом целей системы более высокого уровня

Анализ и синтез системы Анализ системы – процесс исследования системы, в процессе которого по известным параметрам системы и внешней среды определяются показатели функционирования системы Синтез системы – процесс исследования системы, при котором по требуемым показателям функционирования системы и имеющимся ограничениям на ресурсы в известных условиях внешней среды (в том числе и меняющихся) требуется определить параметры системы На практике синтез систем проводится путем многократного анализа системы при изменяющихся наборах параметров и (или) структуры системы. Это приводит к чрезвычайно большим (практически не реализуемым) потребностям в вычислительных мощностях для получения решения задачи синтеза системы. Основным инструментом анализа и синтеза систем является математическое моделирование

Инструментарий СА • Строгие формальные методы (математика, вычислительная техника, моделирование) • Неформальные эвристические методы (экспертные оценки, морфологический анализ, др. ) • Натурные наблюдения и эксперименты • Практически подтвержденные полезные приемы, рекомендации, советы

Основные этапы исследования систем • Постановка задачи – Формирование модели цели системы – Выбор (формализация) критерия предпочтения • Разработка математической модели • Проведение расчетов • Выработка рекомендаций Постановка задачи является наиболее важным и наименее формализованным из этапов исследования системы Наиболее формализованными этапами являются разработка математической модели и проведение расчетов Процедура исследования системы является рекуррентной – всегда возможен возврат к любому из предыдущих этапов

Постановка задачи исследования системы Задачи этапа • Составление (выбор, определение) модели цели системы т. е. списка функциональных требований к системе • Формирование системы допущений, используемых при исследовании системы • Формирование множества альтернатив и выявление ограничений этого множества • Выбор показателей свойств системы, которые должны определяться количественно • Построение критерия предпочтения • Формулировка постановки задачи

Особенности процесса постановки задачи Процесс является сложным и не формализуемым математически. Обусловлен объективными свойствами исследуемой систем и субъективными данными исследователя. В результате различные исследователи могут формировать различные постановки задачи исследования одной и той же системы (то же может относиться и к другим этапам системного анализа) Постановка задачи является итеративным процессом 1. Обусловлено итеративностью процесса мышления (различные варианты принятия решений, некоторые могут заводить в тупик, что требует возврата) 2. Обусловлено итеративностью процесса исследования вследствие появления новой информации из внешней среды и в процессе исследования, что может потребовать пересмотра принятых ранее решений.

Этапы постановки задачи • Постановка задачи в первоначальном виде: опирается на неполную информацию, часто на интуитивные представления, обычно формулируется не четко и в дальнейшем подвергается существенным изменениям • Развитие постановки задачи: требует сбора и обработки дополнительной информации, конкретизации цели исследований, целесообразно проводить с содержательной (расширение постановки задачи по горизонтали и вертикали) и организационной (анализ располагаемых ресурсов, определение порядка проведения работ) точек зрения • Сужение задачи, сформированной на втором этапе, с учетом ограниченных ресурсов: обычно формируется несколько суженных постановок, которые анализируются совместно с лицом, принимающим решения.

Алгоритм постановки задачи исследования системы Первоначальная постановка задачи Выбор расширенной задачи Описание цели системы Описание внешней среды Описание системы Выбор множества альтернатив Декомпозиция задачи Описание операций Выбор показателей и критериев Определение объектов моделирования Постановка решаемой задачи Подготовка исходных данных

Содержание блоков алгоритма • Первоначальная постановка задачи – проводится по данным заказчика работ • Выбор расширенной задачи – содержание указано ранее • Описание цели системы – опирается на изучение цели вышестоящей системы, должно обеспечить обоснование цели исследуемой системы, возможна корректировка ранее сформулированной цели. Необходимо участие заказчика в выборе цели. Заканчивается описанием цели системы в виде списка функциональных требований к системе • Описание системы – включает описание состава и структуры системы, перечень основных функций системы и ее компонентов • Описание внешней среды – описание условий и возможных вариантов взаимодействия системы с внешней средой, характеристик внешней среды, подлежащих учету • Описание операций системы – формирование логической модели операции по достижению цели и/или поддержанию структуры системы

Содержание блоков алгоритма (продолжение) • Выбор множества альтернатив – формирование множества допустимых значений управляющих (и управляемых) параметров системы • Выбор показателей и критерия предпочтения – составление перечня и формализация оцениваемых показателей и критерия, формирование перечня информации, необходимой для расчета показателей и критерия • Определение объектов моделирования и синтеза – обеспечивает сужение задачи за счет исключения компонентов системы и воздействий внешней среды, слабо влияющих на решение задачи • Декомпозиция задачи – разделение расширенной задачи на составные части • Подготовка исходных данных – сбор необходимой информации для решения задачи • Формулировка постановки решаемой задачи – формализованная запись альтернатив с ограничениями и критерия

Список функциональных требований к системе • Является моделью цели системы • Должен учитывать функциональные, технические, конструктивные, технологические, эксплуатационные, экономические, организационные и т. д. требования • Включает две группы показателей – Результаты функционирования системы – Важнейшие свойства и/или параметры системы, обеспечивающие достижение цели • Формализуется в виде – qi = qiтреб – qi ≥ qiтреб – qi → min (qi ≤ qiтреб) (qi → max) • Формируется из качественных требований к системе путем их конкретизации

Классификационные шкалы Простейший вид шкал - определяет различимость любых двух объектов по какому-либо признаку. Все объекты относятся к одному из классов (обозначению), внутри класса объекты неразличимы (по определяющему признаку) В рамках классификационной шкалы отношения между состояниями объектов (и их обозначениями) удовлетворяют аксиомам тождества 1. Либо А=В, либо А≠В 2. Если А=В, то В=А 3. Если А=В и В=С, то А=С (Здесь символ «=» - обозначение эквивалентности, если А, В, С – числа, то данный символ означает равенство) Множество классов образуют шкалу

Классификационные шкалы (продолжение) Измерение в классификационной шкале (иначе – шкале наименований) определение принадлежности объекта к тому или иному классу Обозначения классов – символы, в том числе обозначения могут быть количественными, т. е. обозначения классов – числа. Если обозначение класса число – с ним нельзя производить математические операции Возможные операции с результатам измерений по классификационной шкале: Определение количества наблюдений класса Определение относительных частот классов Сравнение частот классов между собой Выполнение статистических процедур с частотами классов Пример классификационной шкалы – возраст, т. п. (дискретизация непрерывных параметров, измерения дискретных объектов), результаты социологических опросов

Порядковые (ранговые) шкалы Аксиомы упорядоченности: 4. Если A>B, то BB и B>C, то A>C Если символы, обозначающие классы, удовлетворяют аксиомам 1 -5 – порядковая шкала В порядковых шкалах: Первичная обработка данных – вычисление ранга; Вторичная обработка данных – как с классификационными шкалами, а также определение медиану, квантили любого порядка