Системний аналіз як прикладна наукова методологія Системний

Системний аналіз як прикладна наукова методологія

Системний аналіз охвативет обидві вказані групи і по своїй суті носить міждисциплінарний характер. Це обумовлено наступними чинниками. По-перше, системні принципи, прийоми і методологія принципово застосовні при дослідженні проблем, характерних практично для всіх традиційних дисциплін 1 -ої групи.

. По-друге, системний аналіз володіє здатністю вивчення властивостей відносин між різними об'єктами, дослідження характеристик відносин між цими об'єктами в різних умовах і ситуаціях, що характерний для другої групи дисциплін.

. По-третє, системний аналіз дозволяє розглядати об'єкт, що вивчається, з цілісних позицій, надаючи для аналізу одночасно як властивості елементів об'єкту, так і властивості відносин взаємодії елементів об'єкту між ними

Безумовно, виходячи з цього визначення системний аналіз можна віднести до двовимірної наукової методології. 4 Поняття одновимірна і двовимірна наукова методологія базується на двох фундаментальних критеріях: 4 - спільність типів елементів; 4 - спільність типів відносин.

Передбачається, що критерії утворюють взаємно ортогональну систему координат. 4 Сучасним методологічним знанням не є якась однорідна гомогенна освіта. Бурхливому розвитку науки в 20 -м столітті, ускладненню її структури, істотному зростанню в ній ролі теоретичного, абстрактного мислення, широкій математизації і формалізації сучасної науки і тому подібне супроводив інтенсивний процес диференціації методологічного інструментарію досліджень разом з розвитком загальнофілософських загальнометодологічних принципів пізнання.

Ця нова ситуація в методології науки дозволяє виділити чотири її основних рівня: 4 1. Рівень філософської методології - аналіз загальних принципів пізнання і категоріального базису науки в цілому. Ця сфера методології є розділом філософського знання і розробляється спеціальними для філософії методами. 4 2. Рівень загальнонаукової методології - розробка загальнонаукових концепцій пізнання і формальних методологічних теорій (логіка науки, що розробляється на основі застосування апарату математичної логіки і тому подібне). Загальнонауковий характер методологічних концепцій по суті означає їх міждисциплінарну природу, тобто їх застосовність для різних галузей науки, на стиках традиційних дисциплін і принципову можливість перенесення засобів і методів таких концепцій з однієї галузі наукових знань в інших.

Оскільки загальнонаукові методологічні концепції не претендують на вирішення світоглядних, загально-філософських завдань, їх розробка здійснюється у сфері нефілософського знання, а саме - в рамках сучасної логіки і методології науки. 4 3. Рівень конкретно-наукової методології. На даному рівні аналізуються методи, принципи і процедури дослідження, вживані в спеціальних наукових дисциплінах. Основне завдання цього рівня методології - виявлення і опис сукупності методологічних прийомів і принципів, специфічних для тієї або іншої дисципліни - фізики, біології, хімії, психології, соціології і так далі

4. Рівень методології прикладних досліджень - опис способів отримання релевантної інформації, умов проведення експериментів, обліку погрішностей, методів обробки експериментальних даних і так далі 4 Методологічні знання на цьому рівні зводяться до вимог, регламентацій і практичних прийомів при використанні тих або інших наукових результатів. 4 Введення різних рівнів методології дає можливість охарактеризувати системний аналіз як загальнонаукове міждисциплінарне методологічне знання.

4 Відповідно до цієї класифікації системний аналіз можна віднести до другого рівня 4 загальнонаукової методології. Таким чином методологія системного аналізу має велику спільність, чим методологічні твердження, що формулюються і приймаються в конкретних галузях наукових знань, але при цьому вони не претендують на філософський рівень узагальнень і на розробки загальних принципів пізнань.

Основні поняття системного аналізу 4 Варіант ширшого тлумачення поняття “об'єкт” дає Дж. Клір [47]: “об'єктом називатимемо частину миру, що виділяється як єдине ціле протягом відчутного відрізка часу”. Проте дане визначення не відображає ролі людини при дослідженні, виборі, виробництві або інших діях. Вважаємо доцільними ввести певне доповнення і представити наступне визначення об'єкту.

Об'єктом дослідження 4 називатимемо частину миру, яку протягом кінцевого відрізка часу, як єдине ціле, досліджує, вибирає, формує, створює, використовує або виконує інші дії з ним людина (фахівець) з позиції досягнення поставлених цілей.

Далі, слідуючи підходу Дж. Кліра , розглянемо класифікацію об'єктів. Об'єкти можуть бути матеріальними і абстрактними. 4 Матеріальні об'єкти можна розділити на об'єкти природні, незалежні від людини, і штучні, створені людиною. Природними об'єктами є: Всесвіт; Сонячна система; флора і фауна певної місцевості, континенту або планети в цілому; гірські масиви, печери, ущелини, каньйони або інші геологічні об'єкти; стада диких тварин, клітки різних організмів тощо.

4 Прикладами штучних об'єктів є: техносфера планети, міста, аеропорти, лікарні і інша створена на планеті інфраструктура життя і діяльності людини.

Абстрактні об'єкти 4 Проте безпосередньо вони не є матеріальним об'єктом. Прикладом таких об'єктів є ідеї, оповіді, билини, пісні, танці і інші твори творчості людини. Вони можуть передаватися усно, образно, від покоління до покоління, але можуть і гинути разом з їх авторами або виконавцями.

4 Абстрактні об'єкти можуть утілюватися у формі таких матеріальних об'єктів як книги, магнітні і оптичні носії інформації і тому подібне. При цьому вказані матеріальні засоби є лише формою втілення абстрактних об'єктів, суттю яких є зміст науковою, художньою, правовою і іншій інформації.

4 Найважливішими ознаками об'єкту є його властивості. В більшості випадків об'єкти володіють практично нескінченним числом властивостей, будь-яке з яких можна цілком осмислити і вивчити і, як наслідок, можна досліджувати, оцінити об'єкт по певному кінцевому набору властивостей.

4 Проте, будь-який об'єкт неможливо вивчити повністю, досліджувати всю безліч властивостей і особливостей, включаючи властивості механізмів старіння і руйнування. Дане твердження безпосередньо виходить з першої теореми Геделя.

4 Отже, для матеріального об'єкту нереально ставити за мету дослідження всіх властивостей і особливостей. З них потрібно виділяти і вивчати тільки ті, які відносяться до заданої мети, або до досліджуваної проблеми. Це означає, що необхідно відібрати обмежене і, як правило, достатньо мале число властивостей, які з достатньою для дослідника повнотою описують даний об'єкт з позиції даних цілей.

4 Після цього необхідно визначити обмежену безліч показників кожної властивості, яка, у свою чергу, задає вектор абстрактних змінних, що представляє образ відповідної властивості.

Система як об'єкт дослідження. 4 Система є певним цілісним середовищем системного дослідження, яке з позиції досягнення поставлених цілей вибирає, формує або створює чоловік. Система може бути матеріальним об'єктом або деякою моделлю матеріального абстрактного об'єкту дослідження.

4 У першому випадку, система - це реальний матеріальний об'єкт, технологічна або організаційна структура якого є ієрархічною, багаторівневою системою різнотипних функціональних елементів або однотипних функціональних елементів, які рознесені в просторі на значні відстані.

4 Прикладом реальної системи, організаційна структура якої є ієрархічною і багаторівневою, є система державного управління у всіх країнах світу. Аналогічні системи широко поширені у виробничій, економічній соціальній і ін. сферах.

4 Наприклад, реальними системами є: багатопрофільний промисловий комбінат, залізнична мережа, телекомунікаційна мережа і інші аналогічні матеріальні об'єкти.

Модель таких об'єктів будується шляхом вивчення, опису і формалізації процесів, лежачих в їх основі з урахуванням поставлених цілей і завдань, встановлених показників і параметрів, що визначають властивості об'єктів, що вивчаються.

4 При фізичному моделюванні модель відтворює поведінка об'єкту, що вивчається, із збереженням його фізичної природи. Між об'єктом, що вивчається, і моделлю повинні бути збережені деякі співвідношення подібності, витікаючі із закономірностей фізичної природи явищ і використання відомостей, що отримуються за допомогою моделювання для оцінки властивостей і характеристик об'єкту, що вивчається, що забезпечують можливість.

4 Фізичне моделювання має обмежену сферу застосування. Свідомо ширшими можливостями володіє математичне моделювання. Це спосіб дослідження об'єктів на основі вивчення явищ, що мають різний фізичний зміст, але описуваних однаковими математичними співвідношеннями.

4 При цьому співвідношення подібності повинні зберігатися між змінними математичної моделі і найбільш важливими властивостями і характеристиками об'єкту, що вивчається.

4 На практиці часто використовуються різні різновиди математичних моделей, засновані на об'єднанні можливостей сучасної математики і обчислювальної техніки, наприклад, графічні або імітаційні моделі.

4 Так, графічна модель оперує системою взаємозв'язаних креслень і зображень для віддзеркалення реальних взаїмозалежностей, характерних для об'єкту, що вивчається.

4Імітаційна модель - є системою взаємозв'язаних комп'ютерних програм для імітації поведінки об'єкту

43) інформаційний аналіз - дозволяє визначити безліч крапок на осі, які кількісно характеризують рівень дефіциту інформації про ситуації і цілі функціонування об'єкту досліджень.

4 На основі вказаної безлічі крапок будують функціональний простір умов функціонування об'єкту.

- дефіцит інформації - складність ситуації - складність цілей Рис. 2. 1 Концептуальний функціональний простір умов функціонування системи

4 Очевидно, що із зростанням складності умов функціонування зростає складність створення і функціонування відповідної складної системи. Дійсно, чим складніша мета, складніша ситуація і чим більше дефіцит інформації, тим складніше створити відповідну цим умовам систему і тим складніше управляти нею в цих умовах.

4 Залежно від рівня складності умов можна ввести якийсь класифікаційний ряд, в якому із збільшенням номера елементу ряду певним чином зростає складність умов. 4 Аналогічно можна представити багатовимірний концептуальний функціональний простір властивостей системи.

4 Це функціональний простір формується в результаті застосування наступних трьох видів процедур системного аналізу: 4 техніко-економічний аналіз визначає множину позицій на осі, які характеризують отримуваний ефект і витрати на його досягнення в заданих умовах, а також технікоекономічну ефективність об'єкту .

- техніко-економічна ефективність -складність керування - складність об'єкту Рис. 2. 3 Концептуальний функціональний простір властивостей системи

Складна багаторівнева ієрархічна система - 4 це цілісний об'єкт, утворений з функціонально різнотипних систем, структурно взаємозв'язаних ієрархічною підлеглістю і функціонально об'єднаних на користь досягнення заданих цілей за певних умов.

4 Прикладами реальних складних систем можуть бути сучасні виробничі об'єкти, космічні системи зв'язку, навігації, дистанційного зондування, сучасні системи управління регіонами, корпораціями, багатопрофільними фірмами і так далі Аналіз таких систем є практичною необхідністю, він не зводиться тільки до встановлення типу елементів або типу відносин. Істотною для них є наявність ієрархічної структури як у власній топології, так і в системах управління.

Такі системи, по-перше, 4 відрізняються як різноманіттям типів елементів (різні класи фізичних, хімічних, механічних типів елементів і ін. ), так і різноманіттям типів відносин (від технологічного, продукційного взаємозв'язку до інформаційного обміну і взаємодії).

4 По-друге, для даних класів об'єктів багаторівнева ієрархічна структура сучасних складних і великих систем характеризується наступними властивостями:

4 1. Відмінність значущості і можливостей функціональних елементів (ФЕ) для різних ієрархічних рівнів. 4 2. Вільна поведінка ФЕ кожного рівня ієрархії є в певних межах, які встановлюють заздалегідь або в процесі функціонування об'єкту. 4 3. Пріоритет дій або право на втручання ФЕ верхнього рівня у ФЕ нижнього рівня залежно від фактичного виконання ним функцій.

4 Через приведені властивості ієрархічна система володіє рядом принципових особливостей, які визначають як загальні проблеми дослідження, так і конкретні цілі проведення аналізу її структури і функцій, або структурнофункціонального аналізу (СФА).

4 Розглянемо ці особливості в об'ємі, який необхідний для розуміння основних цілей і завдань СФА ієрархічних систем. Перш за все, відмітимо, що можливе різне трактування поняття ієрархія і тому можливі різні види ієрархій. Найбільш істотна відмінність ієрархій визначається відмінністю поняття рівень в ієрархії.

4 Необхідність введення декількох понять рівень визначається складністю і різноманіттям цілей, завдань, функцій, властивостей і можливостей реальних багаторівневих ієрархічних систем, а також різноманіттям властивостей, особливостей і наслідків штатних, нештатних, критичних і надзвичайних ситуацій їх функціонування. Так, в роботі [62] введено три поняття рівня.

4 Ешелон - термін, який визначає рівень організаційної ієрархії. Ієрархічна структура об'єкту, відповідна поняттю ешелон має на увазі, що реальний об'єкт можна представити у вигляді багаторівневої організаційної ієрархічної системи, яка володіє наступними властивостями:

4 1. Складається з сімейства чітко виділених і чітко розподілених по рівнях підсистем. 4 2. Має чітко розподілені повноваження між рівнями і підсистемами одного рівня виходячи з формування, вибору і ухвалення рішень в певній сфері відповідальності. 4 3. Забезпечує прямий і зворотний зв'язок по управлінню між підсистемами різних рівнів, а між підсистемами одного рівня - прямий і зворотний зв'язок по взаємодії. Такі системи прийнято називати багаторівневими і багатоцільовими.

Страта - термін, який характеризує рівень опису або абстрагування. 4 Ієрархічна структура об'єкту, відповідна поняттю страта, припускає, що властивості реального складного об'єкту описані у формі деякої сукупності, в якій окремі описи приведені з різних точок зору і впорядковані по рівню їх значущості. Такі ієрархічні системи прийнято називати стратифікованими.

Шар - термін, який визначає рівень складності ухвалення рішення. 4 Ієрархічна структура об'єкту, відповідна поняттю шар припускає, що загальна процедура ухвалення рішення реалізується у вигляді певної послідовності приватних процедур, кожна з яких забезпечує отримання вирішення з певним ступенем обгрунтованості і достовірності при рівнях неповноти, невизначеності, нечіткості і суперечності початкової інформації, що розрізняються. Таку ієрархічну структуру прийнято називати багатошаровою, багаторівневою, ієрархічною системою ухвалення рішень.

4 Найважливіша особливість даних об'єктів полягає в тому, що багато процедур формування і аналізу ієрархічної структури є такими, що принципово не формалізуються, а їх реалізація носить суб'єктивний характер. Ця особливість відноситься, насамперед, до загальної структури ієрархії. Такі процедури, як вибір кількості рівнів (страт, ешелонів, шарів) в ієрархії; виділення елементів на кожному рівні; вибір опису елементів кожного рівня; вибір апарату опису взаємозв'язків в ієрархічній структурі повністю залежить від ЛПР.

4 У практиці проектування реальних, складних об'єктів, таких як космічних систем різного призначення загальну організаційну ієрархію об'єкту (ділення об'єкту в цілому на підсистеми 1 -го рівня або виділення двох верхніх ешелонів (об'єкт і підсистеми) по вказаній вище термінології) визначає Генеральний конструктор об'єкту.

4 Ділення підсистем 1 -го рівня на підсистеми 2 -го рівня виконує Головний конструктор відповідної підсистеми 1 -го рівня і так далі Такий підхід дозволяє здійснити системну інтеграцію організаційних завдань проектування - планування робіт, формування колективів розробників, координацію робіт різних колективів і так далі 4 Наступними важливими системними поняттями є поняття мети системи і характеристики системи щодо мети.

4 Мета - це кількісна або якісна міра первинних або вторинних властивостей системи, яку за даних обставин дослідник вважає найбільш переважним. Таким чином, складна система може розглядатися з погляду різних цілей. У цьому сенсі система задовольняє безлічі цілей.

4 Ця особливість, що називається характеристикою системи щодо мети, може бути виміряна близькістю дійсних і бажаних проявів тих властивостей системи, які передбачені метою. Зазвичай вона визначається в термінах відповідної функції, званою характеристичною функцією.

4 Позначимо через X безліч систем, що відрізняються властивостями, які в даному випадку визначають поняття мети (решта властивостей співпадає). Тоді характеристична функція, позначимо її w, має вид w(x, x*): X X [0, 1], де w(x, x*) є ступенем відповідності даної системи x X цільовій системі x* X.

4 Характеристичну функцію зручно визначати відповідною функцією відстані δ: X X R. Наприклад, визначати функцію відстані за допомогою співвідношення w(x, x*) = де

Відмітимо, що можливі і інші визначення відстаней, отже, і інші формули розрахунку. 4 Припустимо, що тип мети і відповідна характеристична функція визначені для деякої безлічі систем. З кожною системою з такої множини зв'язано значення характеристичної функції, що визначає ступінь відповідності системи заданій меті. Це дозволяє визначити поняття ціленапрямлених систем, для яких характеристика щодо заданої мети більше деякого заданого порогу.

4 Формально для двох заданих систем x і у одного і того ж типу, певній меті x* і відповідній характеристичній функції w система x є ціленапрямленою відносно системи у і цілі x* з урахуванням характеристичної функції w тоді і тільки тоді, коли w(x, x*)> w(у, x*).

4 Назвемо різницю 4 w(x, y|x*)= w(x, x*) - w(у, x*) ступенем ціленапрямленості x відносно у при заданій меті x*. Таким чином, мету системи можна визначити різними способами, що дозволяє вважати, що мета знаходиться “ у руках користувача”. Поняття мети і характеристики є базовими для визначення поняття ціленапрямлених систем.

4 Система з позитивним ступенем ціленапрямленості щодо іншої системи повинна володіти деякими властивостями, відмінними від властивостей останньої, тобто властивостями, що пов'язаними з метою і визначають поліпшення характеристики цієї системи.

4 Називатимемо їх властивостями вибору мети. 4 Такими властивостями, наприклад, є деякі додаткові змінні або полягання в системах, що породжують, додаткові елементи або з'єднання в структурованих системах, додаткові елементи або процедури в метасистемах і ін.

4 Отже системи, що володіють властивостями ціленапрямленості, характеризуються відділенням змінних вибору мети від решти змінних і вимогою того, щоб змінні вибору мети сприяли її досягненню. Дослідження різних способів породження станів змінних вибору мети надзвичайно важливе для розуміння природи такого класу систем і, зокрема, для розвитку методів їх проектування.

4 Для таких систем завжди властивий принцип (схема, форма) в термінах породжуваних станів змінних пошуку мети. Виходячи з викладеного можна сформулювати поняття ціленапрямлених систем.

4 Ціленапрямлені системи - це системи, орієнтовані розробником на виконання строго певної мети. Вони мають чітко певне цільове призначення для заданих умов, а також характеризуються набором обмежень по номенклатурі цілей і заданим діапазоном допустимих змін умов функціонування.

4 Прикладами таких систем є прості напівавтомати і автомати з жорсткою програмою управління або прості механізми.

4 До них можна, зокрема віднести верстати -автомати по виробництву тільки певних механічних деталей, побутові і промислові холодильники, автономні системи опалювання будівель з напівавтоматичною підтримкою температури в певному діапазоні, автомобілі різного цільового призначення. 4 Принципово іншим є клас цілеспрямованих систем.

Цілеспрямовані системи - це системи, які володіють наступними властивостями: 4 - сприймати вимоги зовнішнього по відношенню до системи середовища і формувати цілі для досягнення цих вимог за умови істотних змінних ситуацій; 4 - визначати альтернативи всіх дій зовнішнього середовища і здійснювати доцільний вибір альтернативи для досягнення цілей в умовах, що складаються.

4 Найважливішою властивістю цілеспрямованих систем є здатність динамічно змінювати цілі і способи їх досягнення у відповідність із зміною ситуації. Цілеспрямовані системи принципово відрізняються від ціленапрямлених систем високою гнучкістю, динамічністю і здатністю реагувати на зміну зовнішнього середовища шляхом адаптації потреб, цілей і дій в ситуаціях, що складаються.

4 Cистеми даного класу можуть змінювати функції, властивості і навіть структуру як функціональних елементів, так і системи в цілому. 4 Принциповою особливістю цілеспрямованих систем є те, що вони володіють інтелектом - природним або штучним, або їх поєднанням.

4 Більшість відомих цілеспрямованих систем відносять до класу організаційно-технічних або експертних, в яких головними елементами є оператори, а також різного роду технічні засоби підтримка рішень, що володіє інтелектуальною складовою.

4 Як приклади таких систем можна привести: гнучкі автоматизовані виробництва, здатні в процесі функціонування змінювати номенклатуру і об'єм продукції, що випускається, диспетчерські служби крупних аеропортів, морських портів, здатні одночасно обслуговувати від декількох десятків до декількох сотень повітряних або морських судів в ході погодних умов, що змінюються, і ін.

4 Ілюстрацією здатності цілеспрямованих систем до адаптації, до умов зовнішнього середовища, є дії персоналу електростанцій, крупних металургійних, гірничодобувних, хімічних і ін. виробництв в критичних і аварійних режимах.

4 Структурована система - об'єкт дослідження, представлений у вигляді певної, ієрархічної структури функціональних елементів з урахуванням взаємозв'язків, взаїмозавісимостей і взаємодій між ними.

4 Структурована початкова система є набором початкових даних систем, систем даних або таких, що породжують систем, що мають загальну параметричну множину. Системи, створюючі структуровану систему, зазвичай називаються її елементами. Деякі змінні у них можуть бути загальними. Загальні змінні зазвичай називаються зв'язуючими змінними. Вони є взаємодією між елементами структурованої системи.

4 Загальні змінні використовуються як при дослідженні, так і при проектуванні складних систем. При дослідженні реальних об'єктів як елементи приймаються його технологічні і конструктивні складові, які реалізують певні технологічні процеси або певні функції управління.

4 Наприклад, при дослідженні АЕС, що діє, як елементи системи можна виділити атомний реактор, турбомашину, електрогенератор, кожен з яких є конструктивно і технологічно цілісним об'єктом і реалізує відповідно наступні технологічні процеси: перетворення атомної енергії на теплову, тепловій енергії в механічну і електричну. Слід особливо відмітити, що кожен з перерахованих елементів АЕС є складною механічною системою.

4 Тому при проектуванні нового об'єкту, наприклад, чергової АЕС, може паралельно вирішуватися декілька системних завдань. Серед них необхідно виділити наступні: проектування АЕС в цілому, проектування кожного з вказаних вище функціональних елементів, а також проектування системи забезпечуючої інфраструктури: житлові, торгові і інші будівлі, сховища і інші підсобні приміщення, і так далі

4 У загальному випадку такі завдання містять системні формулювання різних вимог і умов, пов'язані з взаєминами між різними частинами і між частинами і об'єктом в цілому. Проблеми типу частка -ціле і частина-частина, що виникають при дослідженні і проектуванні складних систем, істотно відрізняються один від одного.

4 Так, при проектуванні головна трудність полягає в тому, щоб при виборі структури і елементів системи забезпечити досягнення заданих цілей на основі раціонального компромісу суперечливих вимог до об'єкту в цілому. 4 При дослідженні має місце наступна проблема: як на основі раціонального управління функціонуванням реального об'єкту певної структури, що складається з конкретних елементів забезпечити виконання заданих вимог в реальних умовах експлуатації.

4 Першим етапом проектування є визначення так званої системи, що породжує. Вона є задумом завдання, яке повинна виконати дана система. У загальному випадку цим завданням є перетворення станів відповідних вхідних змінних в стан вихідних (параметрів) змінних. Таким чином, отримана система, що породжує, завжди є цілеспрямованою.

4 При зборі початкової інформації про об'єкт аналізу необхідно враховувати, що всі практичні об'єкти є відкритими системами. 4 Під відкритими розумітимемо такі системи, для яких свойственен обмін різними ресурсами, зокрема енергією і інформацією, із зовнішнім середовищем. Тому завжди важливо визначити межі відкритої системи, або просто кажучи встановити, де закінчується досліджуваний об'єкт і починається навколишнє середовище.

4 При цьому визначальним чинником завжди виступає мета аналізу. Наприклад, якщо метою системного аналізу є визначення джерела втрат електроенергії в деякій системі, то необхідно аналізувати всю електроенергетичну мережу цієї системи. Якщо ж метою системного аналізу є, наприклад, створення економічного електрогенератора, то всі функціональні елементи за його межами можна вважати зовнішнім середовищем.

4 Проте, дані приклади швидше виключення, чим правило. У переважній більшості практичних завдань системного аналізу визначити фізичні межі об'єкту дослідження по відомій сукупності цілей досить складно. Суперечливі цілі указують на різні межі, а орієнтація на супремум цих меж веде не тільки до надмірного їх розширення, але, і що істотно важливіше - до істотного ускладнення даного завдання.

4 Крім того, у ряді випадків, наприклад, на ранніх стадіях розробки унікального об'єкту, практично невідомі кількісні дані щодо ступеня впливу різних функціональних елементів на рівень досягнення цілей і фізичні межі об'єкту дослідження. Більш того часто не можна стверджувати, що об'єкт дослідження визначений повністю, оскільки кожен функціональний елемент описується, як правило, певною сукупністю показників, які характеризують певну безліч властивостей.

4 Але ступінь впливу різних властивостей на різні цілі системного завдання істотно розрізняється. Тому, природне прагнення аналітика виключити з розгляду властивості тих функціональних елементів, ступінь впливу яких достатньо малий. Проте в таких випадках виникає питання - що прийняти за критерій “обмежений вплив”?

4 Відповідь на нього неоднозначна, причому він ускладнюється у разі, коли аналіз необхідно виконати для цілеспрямованих систем. 4 Для заданої структурованої системи існує інша, пов'язана з нею система, визначувана всіма змінними, вхідних в неї елементів. Ця система розглядається як якась повна система, тобто система, представлена у вигляді деякого об'єднання всіх вхідних змінних.

4 З цієї точки зору елементи будь-якої структурованої системи інтерпретуються як підсистеми відповідної повної системи, а повна система - як суперсистема по відношенню до цих елементів. Отже структуровані системи стають, по суті, представленнями повних систем у вигляді різних підсистем.

4 Статус повної системи або підсистеми, зрозуміло, не є однозначним. Наприклад, якась система в одному контексті може розглядатися як елемент структурованої системи, а в іншому - може розглядатися як повна система, підсистеми якої утворюють структуровану систему. Аналогічна неоднозначність характерна для початкових систем, систем даних або таких, що породжують, систем.

4 Подібна подвійність дає можливість представити будь-яку повну систему як багатократне вкладення структурованих систем. Наприклад, як структурована система може мати елементи, які у свою чергу є структурованими системами, елементи яких також є структурованими системами і так далі, аж до елементів, що складаються з простих змінних.

4 Необхідність представлення повної системи у вигляді сукупності її підсистем обумовлена багатьма причинами. Однією з головних є її складність, яка, у свою чергу, пов'язана з осяжністю даної системи. Інша причина має відношення до спостережень і вимірювань. Якщо параметри системи залежать від часу, то часто буває технічно неможливо або недоцільно одночасно спостерігати всі змінні, що мають відношення до мети дослідження.

4 В цьому випадку можна зібрати дані тільки частково, для найбільшої можливої підмножини змінних. У інших випадках дослідник вимушений використовувати непрямі дані, зібрані різними опосредственнимі способами і що покривають тільки частину змінних, необхідних для роботи.

4 При формалізації і вирішенні реальних системних завдань необхідно використовувати конструктивний і зручний спосіб представлення початкових даних, умов і властивостей об'єкту з метою узгодження по цілях, завданнях, очікуваних результатах і ресурсах обчислювальних процесів і емпіричних процедур вирішення поставлених завдань, що витрачаються.

4 Умови функціонування об'єкту системних досліджень доцільно представити за допомогою концептуального функціонального простору в наступній системі координат: 4 Вісь α 1 - визначає рівень складності мети функціонування об'єкту; із збільшенням α 1 складність мети зростає. 4 Вісь β 1 - визначає рівень складності ситуацій, в яких функціонує об'єкт; із збільшенням β 1 зростає складність ситуації. 4 Вісь γ 1 - визначає ентропію інформації, тобто рівень дефіциту інформації про складність цілей і умов функціонування об'єкту (тобто рівень дефіциту інформації про кожну точку площини 0 α 1β 1).

Властивості системних завдань і системної методології 4 Серед них найважливішими є: 4 · неоднозначність і суперечність вимог до виробу; 4 · суперечність цілей і неоднозначність умов застосування виробу; 4 · невизначеність і непередбачуваність можливих дій конкурентів; 4 · необмеженість і непрогнозованість безлічі ситуацій ризику на різних стадіях життєвого циклу виробу.

Системне завдання - це завдання аналізу певної сукупності властивостей об'єкту дослідження з єдиної позиції цілісного підходу для досягнення заданих цілей в умовах, що складаються. 4 Відмінність завдань можна характеризувати рядом 4 4 чинників, зокрема: · структурою впорядкованості і взаємозалежності зв'язків між безліччю початкових даних завдання і безліччю кінцевих результатів її рішення; · узгодженістю і впорядкованості вимог до вказаних множин; · рівнем обчислювальної складності завдання; · ступенем структурізуємості і рівнем потенційного формалізуємості завдання.

4 Системні завдання можуть виникати в двох основних контекстах: при дослідженні і при проектуванні складних систем. 4 Завданням дослідження систем є накопичення знань про стани їх внутрішніх елементів і зв'язків між ними, а також про характер взаємодії цих систем із зовнішнім середовищем виходячи з конкретних цілей дослідження. Завданням проектування складних систем є їх створення на основі використання накопичених знань для досягнення нових властивостей цих систем і нових цілей при їх взаємодії із зовнішнім середовищем.

4 Існує два основні методи дослідження систем. Перший метод грунтується на тому, що відповідні системи (або системи вищих рівнів), що породжують, які базуються на певних вимогах, виводяться із заданої системи даних. Цей метод зазвичай називається методом відкриття.

4 У іншому методі гіпотетичну систему, що породжує, (або система більш високого рівня), постулюються, а потім її правильність перевіряється шляхом порівняння породжуваних нею (за відповідних початкових умов) даних з емпіричними даними. Якщо система не витримує перевірки, заснованої на деякому конкретному критерії правильності, то вона відкидається і постулюють нову систему. Цей підхід зазвичай називають методом постулатів.

4 Основні властивості системної методології. До найважливіших властивостей методології слід віднести результативність, ефективність і масштабність.

Звернемо увагу на ряд фундаментальних принципів яким необхідно слідувати при вирішенні завдань системного аналізу: Принцип системної узгодженості 4 - методи, підходи, методики, алгоритми, пакети прикладних програм повинні бути функціонально і структурно взаємозалежними і взаємозв'язаними в єдиній системній методології.

4 Принцип процедурної повноти - системна методологія повинна забезпечити виконання всіх процедур від формалізації постановки системного завдання до верифікації отриманих результатів її рішення.

Принцип процедурної повноти 4 - системна методологія повинна забезпечити виконання всіх процедур від формалізації постановки системного завдання до верифікації отриманих результатів її рішення.

Принцип функціональної ортогональності 4 - кожна процедура в системній методології реалізується у вигляді сукупності функцій, які незалежні від функцій інших процедур.

Принцип інформаційної взаємозалежності 4 - початкова інформація і результати виконання кожної процедури повинні бути взаємоузгодженими інформаційно з іншими взаємозалежними процедурами цієї методології.

Принцип цілеспрямованої відповідності 4 процедури і прийоми методології повинні бути взаємно узгоджені і взаємно відповідати досягненню єдиної мети забезпечення необхідної достовірності і обгрунтованості отриманих результатів рішення задачі.

Принцип функціональної раціональності 4 - в системній методології не повинно бути взаємного дублювання виконуваних функцій.

Принципи багатоцільової спільності 4 - методи і прийоми методології повинні володіти достатнім рівнем спільності і забезпечувати вирішення різнотипних класів системних завдань, що розрізняються призначенням, цілями, сферою застосування, природою об'єктів і іншими аналогічними чинниками.

Принцип адаптивності багаточинника 4 - процедури і прийоми методології повинні адаптуватися як до особливостей і властивостей системних завдань, що розрізняються рівнем складності, ступенем повноти початкової інформації і рядом інших чинників, так і до вимог ЛПР на користь якого вирішується системне завдання.

Принцип процедурної відвертості 4 - методи і прийоми повинні зберігати структурний взаємозв'язок і функціональну взаємодію і забезпечувати загальну результативність методології як при заміні певних процедур іншими, так і при їх структурній або функціональній агрегації.

Принцип раціонального доповнення 4 - методологія повинна забезпечувати можливість введення додаткових методів, прийомів, принципів на користь розширення сфери її застосовності за умови їх несуперечності між собою і по відношенню до початкової методології.

До найважливіших властивостей, якими повинна володіти загальна методологія системного аналізу, слід віднести: 4 1) цілісність методології з позиції досягнення заданих цілей дослідження; 4 2) системність обліку чинників, властивих реальним початковим умовам функціонування об'єкту, - неповнота, невизначеність, неточність початкової інформації, суперечність і неоднозначність цілей; 4 3) можливість пояснення, обгрунтування і реалізації здійснення раціонального компромісу при рішенні системної задачі з позиції отримання якнайкращих результатів досягнення цілей і зниження ризику; 4 4) можливість попереднього прогнозування ефективності різних альтернативних рішень і подальшої верифікації ухваленого рішення в реальній ситуації.

Додатково до приведених властивостей необхідно сформулювати ряд евристичних гіпотез, достовірність яких інтуїтивно очевидна і виходить з досвіду практичних досліджень. 4 Гіпотеза 1. Об'єкт системного аналізу характеризується своїм загальним призначенням, визначуваним позицією ЛПР, його розумінням цілей і завдань дослідження об'єкту. 4 Гіпотеза 2. Об'єкт системного аналізу вивчається тільки в процесі його взаємодії з навколишнім середовищем.

4 Гіпотеза 3. Цілі і завдання системного аналізу відносно об'єкту визначаються з позиції суб'єктивного розуміння ЛПР раціонального компромісу між цими суперечливими цілями (або вимогами), ступенем і рівнем допустимого ризику. 4 Гіпотеза 4. Вважається, що штатним режимом для об'єкту є режим усталеного функціонування. 4 Гіпотеза 5. Непередбачений вихід з режиму усталеного функціонування вимагає застосування спеціальних методів системного аналізу для таких режимів.

Визначимо суб'єктивний підхід дослідника до вирішення реальних системних завдань у вигляді його методологічної парадигми. 4 Методологічна парадигма - це системно узгоджена безліч ідей, підходів, методів, припущень і обмежень, вибираних дослідником для вирішення конкретного системного завдання.

4 Визначимо також термін “змістовна парадигма”, під якою розумітимемо безліч ідей, підходів, методів і припущень, що гарантує можливість вирішення всіх конкретних завдань даного типу. 4 Вивчення зв'язків між можливими методологічними парадигмами і класами системних завдань є предметом метаметодології систем - це нова область досліджень, в якій поки що мало що зроблене.

Класифікація завдань і процедур системного аналізу У системному аналізі в загальному випадку прийнято розрізняти три види неопределенностей. 4 1. Невизначеність цілей. 4 2. Ситуативна і природна невизначеності (невизначеність наших знань про можливі ситуації в процесі експлуатації). 4 3. Інформаційна невизначеність (невизначеність поведінки навколишнього середовища, дій реального партнера або супротивника).

Перш за все, сформулюємо змістовне формулювання загального завдання системного аналізу. 4 1. Завдання формалізоване на основі деякого Технічного завдання, сформульованого розробником; 4 2. Завдання полягає в створенні матеріального об'єкту у вигляді багаторівневої ієрархічної складної системи.

Хай відомі початкові дані, представлені у формалізованому вигляді, технічні завдання, які визначають призначення, загальні характеристики і властивості системи, а також задані основні вимоги до її технічних, технологічних, конструктивних, експлуатаційних і економічних показників. 4 Потрібно: визначити структуру і властивості у вигляді багаторівневої ієрархічної системи, обгрунтувати вимоги до кожного функціонального елементу (ФЕ) всіх ієрархічних рівнів, вибрати і обгрунтувати функції кожного функціонального елементу всіх ієрархічних рівнів виходячи з умови

Основне завдання системного аналізу розбивається на дві: 4 1. Раціональна декомпозиція загальних вимог до системи на вимоги до функціональних підсистем і до функціональних елементів всіх ієрархічних рівнянь. 4 2. Агрегація результатів аналізу, реалізовується вимог на кожному ієрархічному рівні для кожної функціональної підсистеми і кожного функціонального елементу в підсумковий результат, що визначає технічні характеристики системи і раціональні параметри її функціонування при заданих вимогах в заданих і прогнозованих ситуаціях.