Системы в нашей жизни. Часть 3

25 Декабря 2011

Часть 1    Часть 2    Часть 4

Основные положения системного подхода

Прежде чем рассматривать системную методологию, надо разобраться с понятием «системный». Сегодня широко используются такие понятия как «системный анализ», «системный подход», «теория систем», «принцип системности» и др. При этом их не всегда различают и часто применяют как синонимы.

Наиболее общим понятием, которое обозначает все возможные проявления систем, является «системность». Ю.П. Сурмин предлагает рассматривать структуру системности в трех аспектах:

  1. системная теория
  2. системный подход
  3. системный метод.

1. Системная теория (теория систем) реализует объясняющую и систематизирующую функции: дает строгое научное знание о мире систем; объясняет происхождение, устройство, функционирование и развитие систем различной природы.

2. Системный подход следует рассматривать как некоторый методологический подход человека к действительности, представляющий собой некоторую общность принципов, системное мировоззрение.

Подход – это совокупность приемов, способов воздействия на кого-нибудь, в изучении чего-нибудь, ведении дела и т.д.

Принцип – а) основное, исходное положение какой-либо теории; б) наиболее общее правило деятельности, которое обеспечивает его правильность, но не гарантирует однозначность и успех.

Итак, подход – это некоторая обобщенная система представлений о том, как должна выполняться та или иная деятельность (но не детальный алгоритм действия), а принцип деятельности – множество некоторых обобщенных приемов и правил.

Кратко суть системного подхода можно определить так:

Системный подход – это методология научного познания и практической деятельности, а также объяснительный принцип, в основе которых лежит рассмотрение объекта как системы.

Системный подход заключается в отказе от односторонне аналитических, линейно-причинных методов исследования. Основной акцент при его применении делается на анализе целостных свойств объекта, выявлении его различных связей и структуры, особенностей функционирования и развития. Системный подход представляется достаточно универсальным подходом при анализе, исследовании, проектировании и управлении любых сложных технических, экономических, социальных, экологических, политических, биологических и других систем.

Назначение системного подхода заключается в том, что он направляет человека на системное видение действительности. Он заставляет рассматривать мир с системных позиций, точнее – с позиций его системного устройства.

Таким образом, системный подход, будучи принципом познания, выполняет ориентационную и мировоззренческую функции, обеспечивая не только видение мира, но и ориентацию в нем.

3. Системный метод реализует познавательную и методологическую функции. Он выступает как некоторая интегральная совокупность относительно простых методов и приемов познания, а также преобразования действительности.

Конечная цель любой системной деятельности заключается в выработке решений, как на стадии проектирования систем, так и при управлении ими. В этом контексте системный анализ можно считать сплавом методологии общей теории систем, системного подхода и системных методов обоснования и принятия решений.

Теперь можно перейти непосредственно к излоржению сути системного подхода.

Итак, системный подход представляет собой совокупность методов и средств, позволяющих исследовать свойства, структуру и функции объектов, явлений или процессов в целом, представив их в качестве систем со всеми сложными межелементными взаимосвязями, взаимовлиянием элементов на систему и на окружающую среду, а также влиянием самой системы на ее структурные элементы.

Системный поход при исследовании любого сложного объекта, явления или процесса базируется на их целостном видении. Главной особенностью системного подхода является наличие доминирующей роли целого над частным, сложного над простым.

Системный поход делает акцент на анализе целостных, интегративных свойств объекта, выявлении его структуры и функций. Однако существенное значение также имеют протекающие в системах процессы управления, требующие исследования систем в плане циркулирующей в них информации, поведения и выбора цели.

Свойства системы как целого определяются не только свойствами его отдельных элементов, но и свойствами структуры системы.

При использовании системного подхода с точки зрения управления особое внимания заслуживают четыре важные проблемы:

  1. Определение границ системы в целом и границ окружающей ее среды, или окружения
  2. Установление целей (или назначения) системы
  3. Определение структуры
  4. Описание управления системами.

Системные теории рассматривают объект или общество как целостную систему. Причем целостность как система характеризуется тройной взаимозависимостью, а именно, взаимозависимость каждой из ее важнейших частей, затем зависимость каждой из ее частей от всей системы и, наконец, зависимость всей системы от ее части.

С этой точки зрения в структуре системы (объекта, общества) выделяются его важнейшие составные части. Так, например, в социологии общепринятым является выделение экономической, политической и культурной сфер общества. Они взаимозависимы и образуют определенный тип системы (например, общества), которая зависит от специфики каждой из этих сфер.

Системный подход подразумевает целостное, или триединое, представление об обществе как о системе экономических, политических и культурных взаимосвязанных отношений (взаимосвязанных подсистем). При этом общественные подсистемы – экономику, политику и культуру (точнее, идеологию) – можно рассматривать не как отдельные подсистемы общей системы, а как три равнозначные проекции общества. Аналогично тому, как размерность физического пространства с тремя осями координат позволяет определять объем и положение любого материального тела, так и общественные сферы представляют собой суть трех умозрительных плоскостей общества, характеризующих его «размерность». Это позволяет проанализировать в пространстве заданных координат конкретные социальные отношения. По-видимому, такое представление социума (общества) в трехмерном социальном пространстве позволит преодолеть противоречия в понимании общества как единого целого и как совокупности трех взаимосвязанных равнозначных подсистем – экономики, политики и культуры.

Системный подход – это методология специального научного познания и социальной практики, а также объяснительный принцип, в основе которого лежит исследование объектов как систем.

Методологическая специфика системного подхода определяется тем, что он ориентирует исследование на:

  • раскрытие целостности объекта и обеспечивающих его механизмов;
  • выявление многообразных типов связей сложного объекта;
  • сведение этих связей в единую теоретическую картину.

Системный подход реализует представление сложного объекта в виде иерархической системы взаимосвязанных моделей, позволяющих фиксировать целостные свойства объекта, его структуру и динамику.

Системный подход применяется для решения различного рода сложных задач, в число которых входят:

  • совершенствование системы управления организации и анализ ее деятельности;
  • подготовка к внедрению системы управления предприятием;
  • внедрение систем менеджмента качества и их сертификация;
  • оптимизация, инжиниринг и реинжиниринг бизнес-процессов;
  • внедрение информационных систем на предприятии;
  • документирование корпоративных знаний, в том числе в виде моделей прототипов.

Развернутое определение системного подхода включает также обязательность изучения и практического использования следующих восьми его аспектов:

системно-элементного, или системно-комплексного, состоящего в выявлении элементов, составляющих данную систему. Во всех социальных системах можно обнаружить вещные компоненты (средства производства и предметы потребления), процессы (экономические, социальные, политические, духовные и т. д.) и идеи, научно-осознанные интересы людей и их общностей;

системно-структурного, заключающегося в выяснении внутренних связей и зависимостей между элементами данной системы и позволяющего получить представление о внутренней организации (строении) исследуемой системы;

системно-функционального, предполагающего выявление функций, для выполнения которых созданы и существуют соответствующие системы;

системно-целевого, означающего необходимость научного определения целей и подцелей системы, их взаимной увязки между собой;

системно-ресурсного, заключающегося в тщательном выявлении ресурсов, требующихся для функционирования системы, для решения системой той или иной проблемы;

системно-интеграционного, состоящего в определении совокупности качественных свойств системы, обеспечивающих её целостность и особенность;

системно-коммуникационного, означающего необходимость выявления внешних связей данной системы с другими, то есть, её связей с окружающей средой;

системно-исторического, позволяющего выяснить условия во времени возникновения исследуемой системы, пройденные ею этапы, современное состояние, а также возможные перспективы развития.

Системный анализ – совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам социального, технического и экономического характера. Он основывается на системном подходе, а также на ряде математических дисциплин и современных методов управления. Основной процедурой системного анализа является построение обобщенной модели, адекватно отображающей интересующие исследователя свойства реальной системы и ее взаимосвязи.

Системный анализ – это методология решения крупных проблем, основанная на концепции систем. Системный анализ может также рассматриваться как методология построения организаций, поскольку организаций могут рассматриваться как то, что реализует методологию решения проблем.

Системный анализ – наиболее эффективный метод, применяемый при построении модели организации. Основополагающая концепция состоит в построении при помощи графических методов системного анализа совокупности моделей различных аспектов деятельности организации, которые дают возможность управленцам и аналитикам получить ясную общую картину бизнес-процессов.

Главной задачей системного анализа является поиск путей по превращению сложного в простое, по разложению труднопонимаемой задачи на ряд задач, имеющих решение.

Принципы системного анализа:

  • Оптимальность. В результате анализа необходимо найти оптимальное решение задачи.
  • Эмерджентность. Этот принцип предполагает следующее важное свойство системы: чем больше система и чем больше различие между частью и целым, тем выше вероятность того, что свойства целого могут сильно отличаться от свойств его частей. Принцип эмерджментности позволяет выявить несовпадение локальных оптимумов целей системы с глобальным оптимумом системы. Этот фактор необходимо учитывать при проведении системного анализа деятельности организации, поскольку он играет важную роль.
  • Системность. Исследование объекта, с одной стороны, как единого целого, а с другой, как части более крупной системы, с которой объект находится в определенных отношениях.
  • Иерархичность. Определение в системе структурных отношений, характеризуемых упорядоченностью, организованностью взаимодействий между отдельными ее уровнями по вертикали. Большинство организаций представляют собой сложные системы, и необходимость иерархического построения этих систем обусловлена тем, что управление в них связано с переработкой и использованием больших объемов информации.
  • Интеграция. Изучение интеграционных свойств и закономерностей системы.
  • Формализация. Получение комплексных количественных характеристик.

Системный подход и системный анализ – это различные научные направления. Системный подход выступает по отношению к системным аналитическим исследованиям своеобразной базой идей, философской основой. В свою очередь системный анализ не просто редуцирует идеи и концепции системного подхода, а наполняет их конкретным содержанием и наделяет соответствующей интерпретацией.

Естественнонаучная методология и системный подход

Системный анализ не является чем-то принципиально новым в исследовании окружающего мира и его проблем – он базируется на естественнонаучном подходе, корни которого уходят в прошлые века.

Центральное место в исследовании занимают два противоположных подхода: анализ и синтез.

Анализ предусматривает процесс разделения целого на части. Он весьма полезен в том случае, если требуется выяснить, из каких частей (элементов, подсистем) состоит система. Посредством анализа приобретаются знания. Однако при этом нельзя понять свойства системы в целом.

Задача синтеза – построение целого из частей. Посредством синтеза достигается понимание.

В исследовании любой проблемы можно указать несколько главных этапов:

1) постановка цели исследования;
2) выделение проблемы (выделение системы): выделить главное, существенное, отбросив малозначимое, несущественное;
3) описание: выразить на едином языке (уровне формализации) разнородные по своей природе явления и факторы;
4) установление критериев: определить, что значит «хорошо» и «плохо» для оценивания полученной информации и сравнения альтернатив;
5) идеализация (концептуальное моделирование): ввести рациональную идеализацию проблемы, упростить ее до допустимого предела;
6) декомпозиция (анализ): разделить целое на части, не теряя свойств целого;
7) композиция (синтез): объединить части в целое, не теряя свойств частей;
8) решение: найти решение проблемы.

В отличие от традиционного подхода, при котором проблема решается в строгой последовательности вышеприведенных этапов (или в другом порядке), системный подход состоит в многосвязности процесса решения: этапы рассматриваются совместно, во взаимосвязи и диалектическом единстве. При этом возможен переход к любому этапу, в том числе и возврат к постановке цели исследования.

Главным признаком системного подхода является наличие доминирующей роли сложного, а не простого, целого, а не составляющих элементов. Если при традиционном подходе к исследованию мысль движется от простого к сложному, от частей – к целому, от элементов – к системе, то в системном подходе, наоборот, мысль движется от сложного к простому, от целого к составным частям, от системы к элементам. При этом эффективность системного подхода тем выше, чем к более сложной системе он применяется.

Системная деятельность

Всякий раз, когда ставится вопрос о технологиях системного анализа, сразу же возникают непреодолимые трудности, связанные с тем, что устоявшихся технологий системного анализа в практике нет. Системный анализ в настоящее время представляет собой слабосвязанную совокупность приемов и методов неформального и формального характера. В системном мышлении пока чаще господствует интуиция.

Ситуация усугубляется еще и тем, что, несмотря на полувековую историю развития системных идей, нет однозначности в понимании самого системного анализа. Ю.П. Сурминым выделяются следующие варианты понимания сущности системного анализа:

• Отождествление технологии системного анализа с технологией научного исследования. При этом для самого системного анализа в этой технологии практически не находится места.

• Сведение системного анализа к системному конструированию. По сути, системно-аналитическая деятельность отождествляется с системотехнической деятельностью.

• Очень узкое понимание системного анализа, сведение его к одной из его составляющих, например к структурно-функциональному анализу.

• Отождествление системного анализа с системным подходом в аналитической деятельности.

• Понимание системного анализа как исследования системных закономерностей.

• В узком смысле под системным анализом довольно часто понимают совокупность математических методов исследования систем.

• Сведение системного анализа к совокупности методологических средств, которые используются для подготовки, обоснования и осуществления решений по сложным проблемам.

Таким образом, то, что называют системным анализом, представляет собой недостаточно интегрированный массив методов и приемов системной деятельности.

Сегодня упоминание о системном анализе можно найти во многих работах, связанных с управлением, решением проблем. И хотя его вполне справедливо рассматривают как эффективный метод изучения объектов и процессов управления, методики системной аналитики в решении конкретных управленческих задач практически отсутствуют. Как пишет Ю.П. Сурмин: «Системный анализ в управлении представляет ныне не развитую практику, а нарастающие ментальные декларации, не имеющие какого-либо серьезного технологического обеспечения».

Методики системного анализа

Методология системного анализа представляет собой довольно сложную и пеструю совокупность принципов, подходов, концепций и конкретных методов, а также методик.

Наиболее важную часть методологии системного анализа составляют ее методы и методики.

Имеющиеся методики системного анализа еще не получили достаточно убедительной классификации, которая была бы принята единогласно всеми специалистами. Например, Ю. И. Черняк делит методы системного исследования на четыре группы: неформальные, графические, количественные, и моделирование. Достаточно глубокий анализ методик различных авторов представлен в работах В.Н. Волковой, а также Ю.П. Сурмина.

В качестве простейшего варианта методики системного анализа можно рассматривать такую последовательность:

1) постановка задачи;
2) структуризация системы;
3) построение модели;
4) исследование модели.

Вкратце рассмотрим методики ведущих специалистов системного анализа 70-х и 80-х годов прошлого столетия.

В системном анализе можно выделить следующие этапы решения проблем  по С. Оптнеру:

  • Идентификация симптомов
  • Определение актуальности проблемы
  • Определение целей
  • Определение структуры системы и ее дефектов
  • Определение возможностей
  • Нахождение альтернатив
  • Оценка альтернатив
  • Выработка решения
  • Признание решения
  • Запуск процесса решения
  • Управление процессом реализации решения
  • Оценка реализации и ее последствий

Этапы методик системного анализа по С. Янгу:

  • Определение цели системы.
  • Выявление проблем организации.
  • Исследование проблем и постановка диагноза
  • Поиск решения проблемы.
  • Оценка всех альтернатив и выбор наилучшей из них.
  • Согласование решений в организации.
  • 7 Утверждение решения.
  • Подготовка к вводу.
  • Управление применением решения.
  • Проверка эффективности решения.

Этапы методик системного анализа по Ю.И. Черняку:

  • Анализ проблемы.
  • Определение системы.
  • Анализ структуры системы.
  • Формирование общей цели и критерия.
  • Декомпозиция цели и выявление потребности в ресурсах и процессах.
  • Выявление ресурсов и процессов – композиция целей.
  • Прогноз и анализ будущих условий.
  • Оценка целей и средств.
  • Отбор вариантов.
  • Диагноз существующей системы.
  • Построение комплексной программы развития.
  • Проектирование организации для достижения целей.

Из анализа и сопоставления методик видно, что в них в той или иной форме представлены такие этапы:

  • выявление проблем и постановки целей;
  • разработка вариантов и модели принятия решения;
  • оценка альтернатив и поиска решения;
  • реализация решения.

Кроме того, в некоторых методиках имеются этапы оценки эффективности решений. В наиболее полной методике Ю.И. Черняка особо предусмотрен этап проектирования организации для достижения цели.

При этом различные авторы акцентируют свое внимание на разных этапах, соответственно более подробно их детализируя. В частности, основное внимания уделяется следующим этапам:

  • разработке и исследованию альтернатив принятия решений (С. Оптнер, Э. Квейд), выбору решения (С. Оптнер);
  • обоснованию цели и критериев, структуризации цели (Ю.И. Черняк, С. Оптнер, С. Янг);
  • управлению процессом реализации уже принятого решения (С. Оптнер, С. Янг).

Поскольку выполнение отдельных этапов может занимать достаточно много времени, возникает необходимость большей их детализации, разделения на подэтапы и более четкого определения конечных результатов выполнения подэтапов. В частности, в методике Ю.И. Черняка каждый из 12 этапов разделен на подэтапы, которых в общей сложности – 72.

Таблица. Последовательность системного анализа по Ю.И.Черняку


Этапы системного анализа

Научные инструменты системного анализа

I. Анализ проблемы

Обнаружение
Точное формулирование
Анализ логической структуры
Анализ развития (в прошлом и будущем)
Определение внешних связей (с другими проблемами)
Выявление принципиальной разрешимости проблемы

Методы: сценариев, диагностический, «деревьев целей», экономического анализа

II. Определение системы

Спецификация задачи
Определение позиции наблюдателя
Определение объекта
Выделение элементов (определение границ разбиения системы)
Определение подсистем
Определение среды

Методы: матричные, кибернетические модели

III. Анализ структуры систем

Определение уровней иерархии
Определение аспектов и языков
Определение процессов функций
Определение и спецификация процессов управления и каналов информации
Спецификация подсистем
Спецификация процессов, функций текущей деятельности (рутинных) и развития (целевых)

Методы: диагностические, матричные, сетевые, морфологические, кибернетические модели

IV. Формулирование общей цели и критерия системы

Определение целей, требований надсистемы
Определение целей и ограничений среды
Формулирование общей цели
Определение критерия
Декомпозиция целей и критериев по подсистемам
Композиция общего критерия из критериев подсистем

Методы: экспертных оценок («Дельфи»), «деревьев целей», экономического анализа, морфологический, кибернетические модели, нормативные операционные модели (оптимизационные, имитационные, игровые)

V. Декомпозиция цели, выявление потребностей в ресурсах и процессах

Формулирование целей: – верхнего ранга; текущих процессов; эффективности; развития
Формулирование внешних целей и ограничений
Выявление потребностей в ресурсах и процессах

Методы: «деревьев целей», сетевые, описательные модели, моделирования

VI. Выявление ресурсов и процессов, композиция целей

Оценка существующих технологии и мощностей
Оценка современного состояния ресурсов
Оценка реализуемых и запланированных проектов
Оценка возможностей взаимодействия с другими системами
Оценка социальных факторов
Композиция целей

Методы: экспертных оценок («Дельфи»), «деревьев целей», экономического анализа

VII. Прогноз и анализ будущих условий

Анализ устойчивых тенденций развития системы
Прогноз развития и изменения среды
Предсказание появления новых факторов, оказывающих сильное влияние на развитие системы
Анализ ресурсов будущего
Комплексный анализ взаимодействия факторов будущего развития
Анализ возможных сдвигов целей и критериев

Методы: сценариев, экспертных оценок («Дельфи»), «деревьев целей», сетевые, экономического анализа, статистический, описательные модели

VIII. Оценка целей и средств

Вычисление оценок по критерию
Оценка взаимозависимости целей
Оценка относительной важности целей
Оценка дефицитности и стоимости ресурсов
Оценка влияния внешних факторов
Вычисление комплексных расчетных оценок

Методы: экспертных оценок («Дельфи»), экономического анализа, морфологический

IX. Отбор вариантов

Анализ целей на совместимость и входимость
Проверка целей на полноту
Отсечение избыточных целей
Планирование вариантов достижения отдельных целей
Оценка и сравнение вариантов
Совмещение комплекса взаимосвязанных вариантов

Методы: деревьев целей, матричные, экономического анализа, морфологический

X. Диагноз существующей системы

Моделирование технологического и экономического процессов
Расчет потенциальной и фактической мощностей
Анализ потерь мощности
Выявление недостатков организации производства и управления
Выявление и анализ мероприятий по совершенствованию

Методы: диагностические, матричные, экономического анализа, кибернетические модели

XI. Построение комплексной программы развития

Формулирование мероприятий, проектов и программ
Определение очередности целей и мероприятий по их достижению
Распределение сфер деятельности
Распределение сфер компетенции
Разработка комплексного плана мероприятий в рамках ограничений по ресурсам во времени
Распределение по ответственным организациям, руководителям и исполнителям

Методы: матричные, сетевые, экономического анализа, описательные модели, нормативные операционные модели

XII. Проектирование организации для достижения целей

Назначение целей организации
Формулирование функций организации
Проектирование организационной структуры
Проектирование информационных механизмов
Проектирование режимов работы
Проектирование механизмов материального и морального стимулирования

Методы: диагностические, «деревьев целей», матричные, сетевые методы, кибернетические модели

Из других авторов методик системного анализа можно назвать Э.А. Капитонова и Ю.М. Плотницкого.

Примеры: Э.А. Капитонов выделяет следующие последовательные этапы системного анализа.

  1. Постановка целей и основных задач исследования.
  2. Определение границ системы с целью отделения объекта от внешней среды, разграничения его внутренних и внешних связей.
  3. Выявление сути целостности.

Близкий подход использует и Ю. М. Плотницкий, который рассматривает системный анализ как совокупность шагов по реализации методологии системного подхода в целях получения информации о системе. Он выделяет в системном анализе 11 этапов.

  1. Формулировка основных целей и задач исследования.
  2. Определение границ системы, отделение ее от внешней среды.
  3. . Составление списка элементов системы (подсистем, факторов, переменных и т.д.).
  4. Выявление сути целостности системы.
  5. Анализ взаимосвязанных элементов системы.
  6. Построение структуры системы.
  7. Установление функций системы и ее подсистем.
  8. Согласование целей системы и каждой подсистемы.
  9. Уточнение границ системы и каждой подсистемы.
  10. Анализ явлений эмерджентности.

Рассмотрим вкратце основные этапы системного анализа.

1. Анализ и синтез целей. Анализ имеет конструктивную направленность. Обычно целевой анализ начинается с синтеза основной цели (или с анализа проблемной ситуации). Основная цель раскрывается путем указания подчиненных ей главных целей (аналитический - декомпозиционный этап). В сложных задачах системного анализа, решение которых зависит от многих взаимосвязанных элементов, целесообразным является дальнейшее развертывание главных целей в многоуровневое дерево целей и задач.

2. Анализ ограничений различного рода (как ресурсных, так и иных). Характерно, что анализ целей и ограничений представляют собой взаимоувязанные процессы - задачи системного анализа решаются в условиях различного рода ограничений, налагаемых обстановкой. При этом цель должна быть достигнута именно в существующих условиях (впрочем, в число целей могут быть включены и цели, связанные с необходимостью модификации условий).  Ограничения могут иметь различный характер, в том числе и различную степень жесткости. Из числа всех ограничений, несомненно, наиболее жесткими ограничениями являются ресурсные ограничения (если не считать ограничений фундаментального характера, например - продиктованных законами физики). Однако, и анализ ограничений не может протекать без стадии синтеза - прежде должна быть создана модель системы и/или ситуации (степень формализации этой модели может быть минимальной - в ряде случаев достаточно и концептуальной модели, сформулированной на языке естественного общения). На этом этапе модель выступает в роли инструмента, посредством которого могут быть выражены и/или выявлены противоречия, существующие в предметной области.

3 . Синтез альтернативных стратегий. Альтернативные стратегии синтезируются с учетом объективно существующих и/или введенных на основе субъективных оценок ограничений и представляют собой в той или ной степени детализированные последовательности действий. На этом этапе стратегии, гипотетически позволяющие остаться в рамках установленных ограничений, включаются в множество допустимых альтернатив - пока без учета предпочтений.

4. Синтез критериев предпочтения. Критерий предпочтения - это некое правило, определяющее порядок выбора предпочтительной альтернативы из множества допустимых. Такое правило лишь в простейших случаях бывает единственным - как правило, критериев несколько. В процессе синтеза критериев предпочтения устанавливается то множество критериев, которое отвечает поставленным целям и обеспечивает реальную сопоставимость альтернативных стратегий. На этом этапе задачей аналитика является синтез критериев объективного оценивания, сводящих к минимуму субъективизм оценок. В результате синтезируется комплексный критерий выбора альтернативы, интегрирующий в себе отдельные критерии предпочтения.

5. Синтез и анализ модели. Исследование альтернативных стратегий, как правило, производится на моделях (увы, не всегда это возможно, да и не всякий руководитель в состоянии оценить преимущества моделирования перед непосредственным действием). Как правило, для решения задач многокритериального оценивания требуется использовать несколько разнородных моделей, отражающих различные аспекты поведения системы и ее элементов. Кроме того, здесь мы снова сталкиваемся с проблемой изоляции процессов: с одной стороны - модель уже должна существовать (иначе невозможен синтез критериев), с другой -  модель необходимо синтезировать. Но есть одно обстоятельство: в одном случае речь идет о модели системы и ситуации в целом, а в другом о характере ее изменения в ходе реализации альтернативной стратегии (по существу, модель должна быть кибернетической - то есть, учитывать свойства системы с точки зрения анализа управленческих стратегий). На этом этапе оценивается эффективность реализации некоторой альтернативы и производится выбор оптимальной (или близкой к оптимальной) альтернативы из множества допустимых.

6. Собственно, моделирование. На этом этапе модель используется не в качестве объекта синтеза и анализа, а как инструмент исследования. То есть, модели полагаются адекватными и предполагается, что дальнейшие итерации по совершенствованию моделей нецелесообразны. Модели используются в качестве систем, замещающих заданные фрагменты реальности - на них проводятся вычислительные и логические операции, выражающие выявленные на предшествующих этапах отношения и зависимости, определяются значения критериев выбора, обеспечивающие возможность сопоставления альтернативных стратегий. Речь идет о вариации исходных параметров и логики, отображающей стратегию управления. В результате чего формируется блок исходных данных, включающих значения и оценки критериев выбора, рисков и т.п. данных, используемых на заключительном этапе. По завершении этого этапа могут быть получены ответы на вопрос «А что, если?»

7. Синтез рекомендаций. Это заключительный этап системного анализа, на котором формулируются выводы из проведенного исследования и указания по реализации его результатов. Именно здесь реализуется золотое правило аналитики - принцип разделения ответственности: для обеспечения качества анализа аналитик не должен находиться под грузом ответственности выбора управляющего воздействия. Его ответственность простирается на сферу, связанную с обеспечением качества и полноты проведенного анализа, разработанных рекомендаций, качества представления (оформительский аспект) аналитических материалов. На этом этапе знания, полученные в результате проведения всего цикла процедур системного исследования, должны приобрести точное и наглядное выражение. Липу, принимающему решение (осуществляющему выбор альтернативы), должны быть предоставлены аргументированные выводы и рекомендации в той форме и тех терминах, в которых он способен их воспринять.

Очевидно, что системный анализ проходит по схеме от этапа применения неформальных методов, через этап применения формальных - вновь к неформальным. Как видим, этапы анализа и синтеза чередуются, в ряде случаев процесс протекает циклически: результаты, полученные на предыдущем этапе работы, выступают в качестве исходных данных для последующего, после чего могут быть переданы на вход предыдущего этапа для уточнения данных и урегулирования выявленных противоречий. Особенно часто это происходит на начальных этапах (анализ и синтез цели на фоне существующих ограничений) и на этапах моделирования и принятия решения. Можно говорить о существовании некоего обобщенного алгоритма проведения системного исследования, относительно которого могут допускаться незначительные отклонения, но в целом сохраняющего свою структуру для большинства приложений системного анализа. Алгоритм, приблизительно отображающий схему проведения системного исследования, представлен на рисунке.

Алгоритм проведения системного исследования
Алгоритм проведения системного исследования

В центре методологии системного анализа находится операция количественного сравнения альтернатив, которая выполняется с целью выбора альтернативы, подлежащей реализации. Если требование равнокачественности альтернатив выполнено, могут быть получены количественные оценки. Но для того, чтобы количественные оценки позволяли вести сравнение альтернатив, они должны отражать участвующие в сравнении свойства альтернатив (выходной результат, эффективность, стоимость и другие). Достичь этого можно, если учтены все элементы альтернативы и даны правильные оценки каждому элементу. Так возникает идея выделения «всех элементов, связанных с данной альтернативой», т.е. идея, которая на обыденном языке выражается как «всесторонний учет всех обстоятельств». Выделяемая этим определением целостность и называется в системном анализе полной системой или просто системой. Система, таким образом, есть то, что решает проблему.

Но как выделить эту целостность, «систему», как установить, входит данный элемент в данную альтернативу или нет? Единственным критерием может быть участие данного элемента в процессе, приводящем к появлению выходного результата данной альтернативы. Коль скоро это так, понятие процесса оказывается центральным понятием системного анализа.

Таким образом, то, что прежде всего должно быть выделено, если мы хотим думать и действовать «системно», есть процесс. Не может быть системного мышления без ясного понимания процесса.

Система определяется заданием системных объектов, свойств и связей. Системные объекты – это вход, процесс, выход, обратная связь и ограничение.

Входом называется то, что изменяется при протекании данного процесса. Во многих случаях компонентами входа являются «рабочий вход» (то, что «обрабатывается») и процессор (то, что «обрабатывает»). Выходом называется результат или конечное состояние процесса. Процесс переводит вход в выход. Способность переводить данный вход в данный выход называется свойством данного процесса. Связь определяет следование процессов, т.е. что выход некоторого процесса является входом определенного процесса. Всякий вход системы, является выходом этой или другой системы, а всякий выход–входом. Выделить систему в реальном мире значит указать все процессы, дающие данный выход.

Искусственные системы это такие, элементы которых сделаны людьми т.е. являются выходом сознательно выполняемых процессов человека. Во всякой искусственной системе существуют три различных по своей роли подпроцесса: основной процесс, обратная связь и ограничение. Основной процесс преобразует вход в выход. Обратная связь выполняет ряд операций: сравнивает выборку выхода с моделью выхода и выделяет различие, оценивает содержание и смысл различия, вырабатывает решение, сочлененное с различием, формирует процесс ввода решения (вмешательства в процесс системы) и воздействует на процесс с целью сближения выхода и модели выхода. Процесс ограничения возбуждается потребителем (покупателем) выхода системы, анализирующим ее выход. Этот процесс воздействует на выход и управление системы, обеспечивая соответствие выхода системы целям потребителя. Ограничение системы, принимаемое в результате процесса ограничения, отражается моделью выхода. Ограничение системы состоит из цели (функции) системы и принуждающих связей (качеств функции). Принуждающие связи должны быть совместимы с целью.

Всякая система состоит из подсистем. Всякая система является подсистемой некоторой системы. Постулируется, что любая система может быть описана в терминах системных объектов, свойств и связей. Граница системы определяется совокупностью входов от окружающей среды. Окружающая среда–это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Проблемой называется ситуация, характеризующаяся различием между необходимым (желаемым) выходом и существующим выходом. Выход является необходимым, если его отсутствие создает угрозу существованию или развитию системы. Существующий выход обеспечивается существующей системой. Желаемый выход обеспечивается желаемой системой. Проблема есть разница между существующей и желаемой системой. Проблема может заключаться в предотвращении уменьшения выхода или же в увеличении выхода. Условие проблемы представляет существующую систему («известное»). Требование представляет желаемую систему. Решение  проблемы есть–то, что заполняет промежуток между существующей и желаемой системами. Система, заполняющая промежуток, является объектом конструирования и называется решением проблемы.

Проблемы могут проявляться в симптомах. Систематически проявляющиеся симптомы образуют тенденцию. Обнаружение проблемы есть результат процесса идентификаций симптомов. Идентификация возможна при условии знания нормы или желательного поведения системы. За обнаружением проблемы следует прогнозирование ее развития и оценка актуальности ее решения, т.е. состояния системы при нерешенной проблеме. Оценка актуальности решения проблемы позволяет определить необходимость ее решения.

Процесс нахождения решения концентрируется вокруг итеративно выполняемых операций идентификации условия, цели и возможностей для решения проблемы. Результатом идентификации является описание условия, цели и возможностей в терминах системных объектов (входа, процесса, выхода, обратной связи и ограничения), свойств и связей, т.е. в терминах структур и входящих в них элементов. Если структуры и элементы условия, цели и возможностей данной проблемы известны, идентификация имеет характер определения количественных отношений, а проблема называется количественной. Если структура и элементы условия, цели и возможностей известны частично, идентификация имеет качественный характер, а проблема называется качественной или слабоструктуризованной. Как методология решения проблем системный анализ указывает принципиально необходимую последовательность взаимосвязанных операций, которая (в самых общих чертах) состоит из выявления проблемы, конструирования решения проблемы и реализации этого решения. Процесс решения представляет собой конструирование, оценку и отбор альтернатив систем по критериям стоимости, времени, эффективности и риска с учетом отношений между предельными значениями приращений этих величин (маргинальных отношений). Выбор границ этого процесса определяется условием, целью и возможностями его реализации. Наиболее адекватное построение этого процесса предполагает всестороннее использование эвристических заключений в рамках постулированной структуры системной методологии.

Редуцирование числа переменных производится на основе анализа чувствительности проблемы к изменению отдельных переменных или групп переменных, агрегирования переменных в сводные факторы, выбором подходящей формы критериев, а также применением там, где это возможно, математических способов сокращения перебора (методов математического программирования и т.п.). Логическая целостность процесса обеспечивается явными или скрытыми предположениями, каждое из которых может являться источником риска. Постулируется, что структура функций системы и решения проблемы является стандартной для любых систем и любых проблем. Меняться могут только методы выполнения функций. Совершенствование методов при данном состоянии научных знаний имеет предел, определяемый как потенциально достижимый уровень. В результате решения проблемы устанавливаются новые связи и отношения, часть которых обусловливает желаемый выход, а другая часть определяет непредвиденные возможности и ограничения, которые могут стать источником будущих проблем.

Таковы в общих чертах основные представления системного анализа как методологии решения проблем.

Применение системного анализа на практике может происходить в двух ситуациях: когда исходным пунктом является появление новой проблемы и когда исходным пунктом является новая возможность, найденная вне непосредственной связи с данным кругом проблем. Решение проблемы в ситуации новой проблемы проводится по следующим основным этапам: обнаружение проблемы, оценка ее актуальности, определение цели и принуждающих связей, определение критериев, вскрытие структуры существующей системы, определение дефектных элементов существующей системы, ограничивающих получение заданного выхода, оценка веса их влияния на определяемые критериями выходы системы, определение структуры для построения набора альтернатив, построение набора альтернатив, оценка альтернатив, выбор альтернатив для реализации, определение про­цесса реализации, согласование найденного решения, реализация решения, оценка результатов реализации решения.

Реализация новой возможности проходит другим путем. Использование данной возможности в данной области зависит от наличия в ней или в смежных областях актуальной проблемы, нуждающейся для своего разрешения в такой возможности. Использование возможностей в отсутствие проблем может таить в себе, как минимум, бесполезную растрату ресурсов. Использование возможностей при наличии проблем, но игнорирующее проблемы, превращающееся в самоцель, может способствовать углублению и обострению проблемы. Развитие науки и техники приводит к тому, что возникновение ситуации новой возможности становится заурядным явлением. Это требует серьезного анализа ситуации при появлении новой возможности. Возможность утилизируется, если лучшая альтернатива включает в себя эту возможность. В противоположном случае возможность может остаться неиспользованной. Внедрение новой техники на основе одного только критерия срока самоокупаемости может быть примером подхода, когда утилизация новой технической возможности осуществляется вне анализа проблем.

Рассмотрим теперь, каким образом системный анализ представляет организацию. Несвоевременное, расточительное решение или же обострение проблемы и возникающие, как следствие, потери свидетельствуют о том, что механизм контроля состояния системы, в которой возникла проблема, выработки и реализации необходимых решений работает неудовлетворительно. Например, это могло быть при определении перспективной для данного рынка продукции или при принятии на вооружение данной технической системы. Но неудовлетворительная работа этого механизма означает неудовлетворительную работу организации, реализующей этот механизм. Улучшение его работы может быть достигнуто улучшением выполнения функций решения проблем, предусматриваемых системным анализом. Для этого необходимо рассматривать организацию не как структуру подчинения с установленными или сложившимися отношениями, а как процесс решения проблемы. Такой подход позволяет рассматривать организацию как систему, а для ее описания, изучения и улучшения использовать концептуальный аппарат системного анализа.

Структура и структурное исследование

Понятие структуры – одно из многозначных понятий. Оно, как и любое другое понятие достаточной степени общности, содержит в себе различные смысловые уровни, соответствующие до некоторой степени этапам его исторического развития в человеческом познании. Проблема состоит в том, чтобы за этой многозначностью усмотреть единое содержание, выявить смысл, объединяющий самые различные и порой противоположные значения этого слова.

Невозможно даже перечислить все значения понятия структуры, в которых оно выступает у разных авторов. Отметим лишь те из этих значений, которые, как нам кажется, характерны для научного объяснения и которые, несмотря на их существенные различия, позволяют выявить в них общее содержание.

Часто структура понимается как рисунок, как некоторая внешняя картина явления или объекта исследования. Ясно, что картина объекта позволяет лишь так или иначе описать его, но сама по себе не дает еще его объяснения. И тем не менее, в картине явления или объекта исследования, составленной по определенному принципу, с самого начала может усматриваться некоторая целостность. Структура – это устойчивая картина взаимных отношений элементов целостного объекта (Овчинников Н.Ф. Структура и симметрия // Ежегодник «Системные исследования». 1969).

Исходным элементом в анализе структуры объекта могут быть различные понятия. В частности, в истории философии таким первоначальным понятием было понятие формы, противопоставленной содержанию. Понятие формы исторически предшествует развитому понятию структуры. И тем не менее, уже в этом понятии абстрактным образом выражается идея структурного исследования. С современной точки зрения можно сказать, что форма – это структура содержания. Однако такое утверждение может получить определенный смысл только тогда, когда мы знаем, что такое структура, т.е. если структура будет определена независимо от формы.

Наряду с понятием формы анализ понятия структуры объекта может начинаться, например, с понятия системы, которое в познании этой структуры выступает как первоначальное и достаточно общее понятие. Если известна система, то структура предстает как некоторый аспект системы, а именно как единство ее инвариантных свойств. В процессе исследования объект первоначально представляется как некоторая система, а затем выявляется закономерная картина устойчивых отношений элементов в заданной системе. Возможность представления любого объекта в качестве системы опирается, с одной стороны, на факт неисчерпаемого многообразия мира и любого его элемента и, с другой стороны, на свойственную человеческому познанию способность отвлекаться от всей полноты этого многообразия, ограничивать его рамками определенных практических и теоретических задач. Любой объект всегда может быть представлен в качестве системы. Точка в евклидовом пространстве – это система координат x, у, z. Атом – это определенная система элементарных частиц. Живой организм – это система органов, тканей и т.п.

Для того чтобы на первом этапе познания представить объект как систему, необходимо так или иначе расчленить объект, выявить, например, его пространственно ограниченные части или найти другие формы расчленения объекта, а затем констатировать существование отношений этих частей в целостной картине объекта. Представляя объект как систему, мы даем предварительную картину составных частей объекта в их взаимных отношениях. Система часто определяется как некоторая совокупность отношений частей или элементов, и такое определение способствует более определенному формулированию задачи исследования, с тем чтобы в дальнейшем перейти к структурному анализу системы. При этом в зависимости от условий задачи и опираясь на предварительные данные эмпирического знания, можно представить один и тот же объект в качестве самых различных систем. Число способов системного представления объекта не имеет ограничений, как не имеет ограничений само название. Однако, изображая объект как систему, мы лишь получаем возможность подойти к структуре объекта, но еще не знаем действительной картины его структурных отношений. Дальнейший, более глубокий шаг в познании заключается в поисках закономерностей системных отношение целостного объекта.

Первоначально объект предстает как некоторая система свойств, которые характеризуют внешние отношения объекта в его целостных проявлениях. Уже здесь имеет место системное рассмотрение, хотя еще не известна структура объекта, предполагающая прежде всего внутренние отношения элементов. Переход от системы целостных свойств к структуре может быть осуществлен при условии, если найдены элементы и их устойчивые отношения, которые связаны с природой этих свойств, что и позволяет объяснить эти свойства. Этот переход от системы к структуре может быть длительным процессом, в котором элементы системного и структурного анализов переплетены и неотделимы друг от друга. Они могут быть отличимы только на уровне метатеоретической абстракции. Оставаясь на уровне системного анализа, можно осуществлять поиски элементов системы и их взаимных отношений. Уже здесь открывается возможность поиска внутренних отношений частей объекта в соответствии с теми или иными заданными условиями исследования. Задание этих условий определяется исторически сложившейся системой знания, вытекает из этой системы. Однако,  поскольку речь идет о постановке проблемы, это задание не может определяться однозначным образом. Отсюда возникают множественность системного подхода, возможность рассмотрения объекта в качестве самого различного набора систем.

Важно подчеркнуть, что эта множественность не только открывает путь всестороннему анализу, но и заключает в себе возможность произвольной интерпретации объекта познания. В силу этого в научном познании часто возникает такая ситуация, когда объект как некоторая объективная целостность исчезает из рассмотрения и остается лишь предмет исследования, определяемый целиком условиями данной задачи. И хотя сама постановка задачи детерминируется закономерностями познавательной деятельности, тем не менее, поскольку такого рода закономерности, составляя предмет особой области философского знания, не исследуются в рамках данной специальной области науки, объект в его целостности и объективной данности остается вне сферы специальной области научного знания, если исследователь не переходит от системного рассмотрения к познанию структуры. Ибо структурный подход позволяет сформулировать принципы отбора необходимых отношений среди многообразия системных рассмотрений.

Таким образом, системный подход открывает возможность свободных гипотетических построений. Структурные исследования заключают научное познание в рамки строгих закономерностей. В классическом естествознании этим двум различным типам научного исследования соответствовали метод гипотез и метод принципов. Последний получил разработку и систематическое развитие в аксиоматическом методе. Разумеется, не следует превозносить системный поход за счет структурного, как не следует и преувеличивать значение структурных исследований, пренебрегая системным рассмотрением. Структура немыслима вне системы, равно как и система в своей основе всегда структурна.

Собственно структурный анализ системы начинается с выявления определенного состава системы, с детального исследования частей, или, иначе, элементов, с открытия их неделимости в определенном отношении. Это отношение при дальнейшем анализе рассматриваемой системы предстает как структурное отношение. Понятие элемента, строго говоря, не совпадает с понятием системы. Структурный анализ идет от понятия части к понятию элемента. Выявляя первоначально части системы, исследуя ее состав, мы затем уточняем это знание состава и переходим к поискам элементов системы. Тем самым от системного рассмотрения мы начинаем переходить к структурному. Понятие части системы можно рассматривать как первоначальную ступень в процессе формирования понятия элемента структуры. Может оказаться, что часть и элемент – это один и тот же объект и их различие определяется лишь уровнем исследования. Однако, вообще говоря, в реальном научном познании открытие элементов исследуемой системы уточняет понятие части данной системы таким образом, что эти понятия оказываются совершенно различными по содержанию.

Таким образом, структура как понятие, работающее в научном познании, может рассматриваться, как мы уже отмечали, в качестве неизменной стороны системы. Выявляя структуру объекта, мы прежде всего рассматриваем объект как систему, т.е. усматриваем в нем некоторый комплекс частей. Затем выявляем элементность этих частей, и уже эта элементность частей дает первую структурную характеристику системы. Структурные отношения важны не сами по себе, но только в той связи, в какой они характеризуют устойчивость системы, выявляя тем самым еще один ее структурный инвариант. Наконец, целостные свойства системы дают в некотором отношении итог исследования. Правда, рассматриваемые в предварительном плане целостные свойства, предстают как внешняя картина объекта. Однако научный анализ дает возможность понять их как результат структуры объекта. Структура, таким образом, есть устойчивое единство элементов, их отношений и целостности системы.

Выявляя в понятии структуры различные его аспекты, мы осуществляем аналитический способ рассмотрения. Расчленение объекта познания на элементы, их отношения и выявление целостных свойств объекта представляют собой характерную черту научного исследования. Однако аналитическое рассмотрение необходимо дополнять синтетическим. Более того, наиболее ценны и действительно новые результаты достигаются на пути последующего синтеза. Аналитически расчлененное понятие структуры синтезируется на основе идеи сохранения или инвариантности в самом широком значении этого последнего термина. Эта идея служит тем объединяющим принципом, который позволяет синтезировать элементы, их отношения и целостные свойства системы в едином понятии структуры. Подобного рода синтетическое соединение различных аспектов в одном понятии на основе какого-либо единого принципа составляет характерную черту многих научных понятий.

Посредством понятия структуры принципы сохранения становятся весьма общими принципами науки. Эти принципы в силу того, что понятие структуры является весьма общим понятием, находят свое применение не только в области физики, но и во всех других областях научного исследования. Понятие структуры в качестве инвариантного аспекта системы приобретает категориальный смысл. Можно сказать, что критерием научного подхода в исследовании выступают именно принципы сохранения, принимающие в той или иной области науки свои специфические формы. Там, где удается найти структуру объекта, выделив те или иные и инварианты, открывается возможность развитой системы законов, обладающих общностью и необходимостью в данной области исследования.

Можно сказать, что для современного естествознания типичен структурный подход. Современная наука, сохраняя методы причинного анализа, на первый план выдвигает принцип структурного объяснения, который в некотором отношении может быть понят как дальнейшее развитие принципа причинности. Принцип структурности приобретает весьма общее значение и находит свое применение в самых различных областях науки.

Поиски структурных инвариантов, или, иначе, исследование структуры природы, становятся в современной науке не менее вдохновляющей задачей, чем поиски причины явлений. Современное естествознание, прорываясь сквозь причинную сетку явлений, идет дальше к структуре и симметрии природных процессов. Макс Планк говорил, что поиски устойчивого и абсолютного в качестве альтернативы относительного и изменчивого представляются самой прекрасной задачей исследователя. Известны слова А. Эйнштейна о той загадочной гармонии природы, которая находит свое отражение в стремлении ученого к внутреннему совершенству научной теории. Это внутреннее совершенство теоретических построений науки связано с таким фундаментальным понятием всего естествознания, каким является структура.

Еще раз следует обратить внимание на следующую особенность.

Понятия «система» и «структура» отождествлять нельзя. Если под структурой следует понимать сеть взаимосвязанных элементов, качественная природа которых не учитывается, и главное внимание направлено на их связи, то под системой понимается объект в целом со всеми присущими ему внутренними и внешними связями и свойствами. Говоря о системе, мы прежде всего подчеркиваем целостный характер материального объекта, в котором главное внимание направляется на качественную специфику элементов (Методологические проблемы современной науки / Отв. ред. В.С. Молодцов и др. М.: Изд-во МГУ, 1970). Эта специфика понятий приводит к появлению нетождественных понятий системного и структурного исследования.

Итак, определить систему можно, последовательно перебирая один элемент ее за другим и все их возможные пары для установления отношений между ними. Но это невозможно, если число элементов велико. Чтобы представить систему в целом, вводят понятие структуры – частичное упорядочение элементов или отношений между ними по единому какому-либо признаку. Структура ТС есть уже не отношения элементов, а отношения их отношений, которое образует ступенчатую, иерархическую конструкцию.

Структура системы – это дальнейшая абстракция. В зависимости от ее познания классифицируют проблемы систем. Если структура системы известна, то задача исследователя сводится к определению значения переменных, отображающих элементы и их отношения. Если структура известна лишь частично, то проблема слабо структуризирована и требует своего решения  методами системного анализа. Знание структуры системы – это знание закона, по которому порождаются элементы системы и отношения между ними. Структуры есть устойчивое единство элементов, их отношений и целостности системы.

Понятие элемента обычно представляется интуитивно ясным. Однако надо иметь в виду, что для каждой данной системы это понятие не является абсолютным, однозначно определенным, поскольку исследуемая система может расчлениться существенно различными способами, и говорить об элементе можно лишь применительно к определенному из этих способов: другое расчленение может быть связано с выделением другого образования в качестве исходного элемента. При заданном способе расчленения под элементом понимается такой минимальный компонент системы, совокупность которых складывается прямо или опосредованно в систему. Поскольку элемент выступает как своеобразный предел возможного членения объекта, собственное его строение (или состав) обычно не принимается и во внимание в характеристике системы: составляющие элементы уже не рассматриваются как компоненты данной системы. Можно утверждать, что в общем случае элемент не может быть описан вне его функциональных характеристик: с точки зрения системы важно в первую очередь не то, каков субстрат элемента, а то, что делается, чему служит элемент в рамках целого. В системе, представляющей органичное целое, элемент и определяется прежде всего по его функции как минимальная единица, способная к относительно самостоятельному осуществлению определенной функции. С такой функциональной характеристикой связано представление об активности, самодействии элемента в системе, причем эта активность обычно рассматривается как одна из решающих его характеристик.

Модели и моделирование

Исследуя объекты окружающего мира, мы вынуждены как-то отображать результаты исследования для того, чтобы, с одной стороны, представить их и виде, удобном для анализа, а с другой для их хранения и передачи в пространстве или времени. Проектируя, создавая что-то новое, мы первоначально формируем некоторый образ этого нового. Управляя чем-либо, мы, как правило, пытаемся анализировать, к каким последствиям приведет управление. Перечисленные задачи требуют фиксации (представления) информации об объекте в виде некоторого образа (словесного, графического и т.п.).

В связи с этим в познавательной и практической деятельности человека большую, если не ведущую, роль играют модели и моделирование. Особенно незаменимо моделирование при работе со сложными объектами (в частности, экономическими). Все это делает моделирование важнейшим инструментом системного анализа.

Модель в широком понимании – это образ (в том числе условный или мысленный) какого-либо объекта или системы объектов, используемый при определенных условиях в качестве их «заместителя» или «представителя».

Модель – это упрощенное подобие объекта, которое воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики объекта-оригинала или объекта проектирования.

Примеры. Моделью Земли служит глобус, а звездного неба – экран планетария. Чучело животного есть его модель, а фотография на паспорте или любой перечень паспортных данных - модель владельца паспорта.

Моделирование связано с выяснением или воспроизведением свойств какого-либо реального или создаваемого объекта, процесса или явления с помощью другого объекта, процесса или явления.
Моделирование – это построение, совершенствование, изучение и применение моделей реально существующих или проектируемых объектов (процессов и явлений).

Почему мы прибегаем к использованию моделей вместо попыток «прямого взаимодействия с реальным миром»? Можно назвать три основные причины.

Первая причина – сложность реальных объектов. Число факторов, которые относятся к решаемой проблеме, выходит за пределы человеческих возможностей. Поэтому одним из выходов (а часто единственным) в сложившейся ситуации является упрощение ситуации с помощью моделей, в результате чего уменьшается разнообразие этих факторов до уровня восприимчивости специалиста.

Вторая причина – необходимость проведения экспериментов. На практике встречается много ситуаций, когда экспериментальное исследование объектов ограничено высокой стоимостью или вовсе невозможно (опасно, вредно, ограниченность науки и техники на современном этапе).

Третья причина – необходимость прогнозирования. Важное достоинство моделей состоит в том, что они позволяют «заглянуть в будущее», дать прогноз развития ситуации и определить возможные последствия принимаемых решений.

Среди других причин можно назвать следующие:

  • исследуемый объект либо очень велик (модель Солнечной системы), либо очень мал (модель атома);
  • процесс протекает очень быстро (модель двигателя внутреннего сгорания) или очень медленно (геологические модели);
  • исследование объекта может привести к его разрушению (модель самолета, автомобиля).

Цели моделирования. Человек в своей деятельности обычно вынужден решать две задачи – экспертную и конструктивную.

В экспертной задаче на основании имеющейся информации описывается прошлое, настоящее и предсказывается будущее. Суть конструктивной задачи заключается в том, чтобы создать нечто с заданными свойствами.

Для решения экспертных задач применяют так называемые описательные модели, а для решения конструктивных – нормативные.

Описательное моделирование. Описательные модели (дескриптивные, познавательные) предназначены для описания свойств или поведения реальных (существующих) объектов. Они являются формой представления знаний о действительности.

Примеры. План города, отчет о деятельности фирмы, психологическая характеристика личности.

Можно назвать следующие цели описательного моделирования в зависимости от решаемых задач:

  1. изучение объекта (научные исследования) – наиболее полно и точно отразить свойства объекта;
  2. управление – наиболее точно отразить свойства объекта в рабочем диапазоне изменения его параметров;
  3. прогнозирование – построить модель, способную наиболее точно прогнозировать поведение объекта в будущем;
  4. обучение – отразить в модели изучаемые свойства объекта. Построение описательной модели происходит по следующей схеме: наблюдение, кодирование, фиксация.

Модель объекта можно построить, только наблюдая за ним. То, что мы наблюдаем, необходимо закодировать либо с помощью слов, либо символов, в частности, математических, либо графических образов, либо в виде физических предметов, процессов или явлений. И наконец, закодированные результаты наблюдения надо зафиксировать в виде модели.

Отражение свойств объекта в модели не является полным в силу разных причин: особенностей восприятия, наличия и точности измерительных приборов, потребности и, наконец, психического состояния субъекта.

Хотелось бы обратить внимание на субъективный характер моделей. Во все, что ни делает человек, в том числе и построение моделей, он вкладывает свою точку зрения. Это, в частности, может привести к тому, что мы принимаем свою точку зрения за единственную, а карту местности – за саму местность, которую она представляет. Существуют следующие субъективные факторы, влияющие на качество создаваемых моделей.

Избирательность. Модель строится на основании наблюдений за объектом, но человек замечает свойства объекта избирательно. На это влияют образование, мировоззрение, опыт, а также настроение, чувства, заботы и общее самочувствие. В результате формируется модель, не отвечающая целям моделирования.

Конструирование – обратный аналог избирательности: мы начинаем видеть то, чего нет. Мы заполняем пробелы в информации о мире, чтобы он приобрел некий смысл и предстал перед нами в том виде, каким, по нашему мнению, он должен быть. Длительная эволюция воспитала нас дополнять увиденные фрагменты до полного образа: если мы видим из-за дерева голову волка, то мысленно дорисовываем его туловище и хвост. Поэтому когда при исследовании объекта мы получаем неполную информацию о нем, то невольно заполняем информационные «пробелы», исходя из своего опыта. В результате можем получить модель, не адекватную объекту.

Искажение. Искажение проявляется в том, что мы строим модели окружающего мира, выделяя одни его составляющие за счет замалчивания других. В частности, искажение лежит в основе творческих способностей (поэта, художника, композитора) и некоторых болезней, например паранойи.

Обобщения. Пользуясь обобщением, мы создаем мысленные модели, взяв за основу один случай и обобщив его на все возможные случаи. Обобщение является основой статистических выводов, но при условии так называемой репрезентативной (представительной) выборки ситуаций. Опасность обобщения состоит в том, что, взяв какую-либо ситуацию, человек расценивает ее как типичную и распространяет извлеченные из нее выводы на все сходные, по его мнению, ситуации (что, в частности, и является основой суеверия).

Таким образом, не все свойства объекта нам доступны из-за свойств окружающей среды, а из доступных не все мы можем измерить или оценить. Из тех, что можем измерить, не все нам необходимы. Из необходимых свойств мы не все из них адекватно воспринимаем из-за психического состояния (невнимательности, субъективного предпочтения, страха и т.п.).

Следует заметить, что для моделирования свойственны некоторые парадоксы. Поскольку к моделированию мы прибегаем из-за сложности изучаемого объекта, то модель заведомо проще оригинала. Целевая избирательность отсекает несущественные, на наш взгляд, качества объекта. Однако в процессе исследования никогда нет 100%-ной уверенности в том, что несущественные качества действительно являются несущественными с точки зрения конкретной исследовательской задачи, поэтому есть угроза «с водой выплеснуть ребенка».

Другой парадокс, который можно назвать парадоксом «одноразовой посуды», связан с тем, что каждая модель создается под определенную исследовательскую задачу и не всегда применима к решению других, какой бы привлекательной модель ни была. Распространенный в науке перенос моделей с одной задачи на другую далеко не всегда оправдан и обоснован.

Нормативное моделирование. Моделировать можно не только то, что существует, но и то, чего еще нет. Нормативные модели (прескриптивные, прагматические) предназначены для указания целей деятельности и определенного порядка (алгоритма) действий для их достижения.

Цель – образ желаемого будущего, т.е. модель состояния, на реализацию которого и направлена деятельность.

Алгоритм – образ (модель) будущей деятельности.

При нормативном моделировании обычно не используют слово «модель» – чаще говорят «проект», «план».

Примеры. Проекты машин, зданий; планы застройки; законы; уставы организаций и должностные инструкции, бизнес-планы, программы действий, управленческие решения.

Подведем итог. Описательные модели отражают существующее, их развитие направлено на приближение модели к реальности (в структурном системном анализе такая модель называется моделью «Как есть» – «As-Is»).

Нормативные модели показывают не существующее, но желаемое. Здесь решается задача приближения реальности к модели, поскольку модель играет роль стандарта или образца, под который «подгоняются» как сама деятельность, так и ее результаты (в структурном системном анализе она называется моделью «Как должно быть» – «То-Ве»).

Классификация моделей

Выше была рассмотрена классификация моделей по целевому назначению. Кроме того, познавательные и прагматические модели можно классифицировать по характеру выполняемых функций, форме, зависимости объекта моделирования от времени.

Функциональное назначение моделей. Можно выделить следующие функции, выполняемые моделями:

  • исследовательская – применяется в научном познании;
  • практическая – применяется в практической деятельности (проектировании, управлении и т.п.);
  • тренинговая – используется для тренировки практических умений и навыков специалистов в различных областях;
  • обучения – для формирования у обучаемых знаний, умений и навыков.

Формы представления моделей. Модели по форме бывают:

  • физические – материальные объекты, имеющие сходство с оригиналом (модель самолета, которая исследуется в аэродинамической трубе; модель плотины);
  • словесные (вербальные) – словесное описание чего-либо (внешность человека, принцип работы устройства, структура предприятия);
  • графические – описание в виде графических изображений (схемы, карты, графики, диаграммы);
  • знаковые – описание в виде символов и знаков (дорожные знаки, условные обозначения на схемах, математические соотношения). Разновидностью знаковых моделей являются математические модели.

Математическая модель (или математическое описание) – это система математических соотношений, описывающих изучаемый процесс или явление.

Примеры математических моделей: X > 5; U = IR; 34y+5x=0.

Следует обратить внимание на то, что естественные языки, на которых говорят различные народы, являются своеобразными моделями мира. Язык не только обозначает объекты, воспринимаемые, представляемые или мыслимые, но он организует наше восприятие, наши представления и наше понимание мира. Говоря об объектах, процессах, явлениях мира (внешнего или внутреннего, реального или воображаемого, воспринимаемого или мыслимого), мы пропускаем его через «сита» языка. Организующая роль языка сразу становится явной, когда обнаруживается, что разные языки по-разному организуют вселенную и, соответственно, ее восприятие, представление и понимание.

Язык отражает в своей структуре определенные действительные свойства и отношения реальности. Он устроен так, как устроен реальный мир. Но мир бесконечно богаче любой своей ограниченной модели, в том числе и языка. Структура действительности имеет многие всеобщие свойства и отношения. Язык отражает в своих лингвистических значениях только некоторые из этих свойств и отношений. И человек волей-неволей начинает воспринимать и представлять реальность преимущественно в рамках этих категорий.

Язык конкретной предметной области (ее тезаурус) также является моделью этой предметной области. Исследование этого языка стало частью системных исследований, что нашло свое воплощение в онтологическом анализе.

Виды моделирования

Моделирование широко распространено, поэтому достаточно полная классификация возможных видов моделирования крайне затруднительна хотя бы в силу многозначности понятия «модель», широко используемого не только в науке и технике, но и, например, в искусстве. Применительно к естественно-техническим, социально-экономическим и другим наукам принято различать следующие виды моделирования:

  • концептуальное моделирование, при котором с помощью некоторых специальных знаков, символов, операций над ними или с помощью естественного или искусственного языков истолковывается основная мысль (концепция) относительно исследуемого объекта;
  • интуитивное моделирование, которое сводится к мысленному эксперименту на основе практического опыта работников (широко применяется в экономике);
  • физическое моделирование, при котором модель и моделируемый объект представляют собой реальные объекты или процессы единой или различной физической природы, причем между процессами в объекте-оригинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений;
  • структурно-функциональное моделирование, при котором моделями являются схемы, (блок-схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования:
  • математическое (логико-математическое) моделирование, при котором моделирование, включая построение модели, осуществляется средствами математики и логики;
  • имитационное (программное) моделирование, при котором логико-математическая модель исследуемого объекта представляет собой алгоритм функционирования объекта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

Перечисленные выше виды моделирования не являются взаимоисключающими и могут применяться при исследовании сложных объектов либо одновременно, либо в некоторой комбинации. Отдельно следует сказать о компьютерном моделировании, являющемся развитием имитационного моделирования.

Компьютерное моделирование. Первоначально под компьютерным моделированием (или, как говорили, моделированием на ЭВМ) понималось лишь имитационное моделирование. Исторически случилось так, что первые работы по компьютерному моделированию были связаны с физикой. Затем разработанные подходы распространились на задачи химии, электроэнергетики, биологии и некоторые другие дисциплины, причем схемы моделирования не слишком отличались друг от друга. Этот вид моделирования все еще широко распространен и в научных, и прикладных исследованиях.

Однако сегодня понятие «компьютерное моделирование» чаще связывают не с фундаментальными дисциплинами, а в первую очередь с системным анализом. Следует заметить, что компьютер может быть весьма полезен при всех видах моделирования (за исключением физического моделирования, где компьютер тоже может использоваться, но, скорее, для целей управления процессом моделирования). Изменилось и понятие компьютерной модели. Раньше под компьютерной моделью чаще всего понимали имитационную модель – отдельную программу, совокупность программ или программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта. В настоящее время под компьютерной моделью чаще всего понимают структурно-функциональную модель – условный образ объекта, описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта.

Таким образом, мы видим, что понятие «компьютерное моделирование» значительно шире традиционного понятия «моделирование на ЭВМ» и нуждается в уточнении, учитывающем сегодняшние реалии.

Компьютерное моделирование – это метод решения задачи анализа или синтеза объекта на основе использования его компьютерной модели.

Суть компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов по имеющейся модели. Качественные выводы, получаемые по результатам анализа, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства объекта. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснения прошлых значений переменных, характеризирующих систему.

Предметом компьютерного моделирования могут быть: экономическая деятельность фирмы или банка, промышленное предприятие, информационно-вычислительная сеть, технологический процесс, любой реальный объект или процесс, например процесс инфляции. Цели компьютерного моделирования могут быть различными, однако наиболее часто моделирование является, как уже отмечалось ранее, центральной процедурой системного анализа.

Итак, подведем итоги.

1. Необходимость фиксации информации об объекте исследования или проектирования для хранения и передачи в пространстве или времени приводит к задаче моделирования.

2. Моделирование направлено на построение, совершенствование, изучение и применение моделей реально существующих или проектируемых объектов.

3. Модель представляет собой упрощенное подобие объекта, которое воспроизводит только интересующие нас свойства.

4. Необходимость моделирования связана со многими причинами, основные из которых: сложность изучаемых объектов, необходимость экспериментировать и прогнозировать, несоответствие пространственных и временных масштабов объекта и наших возможностей.

5. В практической деятельности применяются два основных вида моделей: описательные – для описания свойств реально существующих объектов и нормативные – в задачах проектирования новых объектов.
6. Описательные модели применяются для научных исследований, управления, прогнозирования и обучения.

7. При описательном моделировании, в силу объективных (ограниченной информационной проницаемости среды и ограниченной измерительной возможности) и субъективных (в силу целевой и психологической избирательности) ограничений, происходит лишь частичное отражение информации об объекте в модели. Исходя из этого, модель всегда проще оригинала и есть опасность, что в модели не отражены важные для целевой задачи свойства.

8. Психологическая избирательность связана с такими факторами, как избирательность, конструирование, искажение и обобщение.

9. Основные функции моделей: исследовательская, практическая, тренинговая и учебная.

По форме модели бывают: физические, вербальные, графические и знаковые. При этом математические модели являются разновидностью знаковых.

10. Из основных видов моделирования, применяемых в естественно-технических, социально-экономических и других науках, различают: концептуальное, интуитивное, физическое, структурно-функциональное, логико-математическое и имитационное (программное). Особое место сегодня занимает компьютерное моделирование.

Модели в системном анализе

Модели в системном анализе занимают центральное место. Они помогают представить систему в удобном для исследования виде и выступают в качестве основного инструмента проектирования. В зависимости от стадии и целей исследования или проектирования применяются аксиологическое или каузальное представления системы.

Аксиологическое представление системы – это отображение системы в терминах целей и функций (функционалов), связывающих цели со средствами их достижения.

Каузальное представление системы – это описание системы в терминах влияния одних переменных на другие.

Сложно выстроить порядок применения того или иного представления. Обычно представление системы начинается с идентификации целевых выходов (y). Затем выясняются входные факторы, оказывающие существенное влияние на целевые выходы. При этом важно сразу разделить входы на три группы: возмущения (x), управления (u) и помехи (?). После этого выясняется наличие побочных эффектов – нецелевых выходов, оказывающих значимое влияние на окружающую среду.

Аксиологическое представление позволяет оценить (спроектировать) возможности и средства влияния на выходы системы со стороны субъекта.

Примеры:

1. «Дерево целей»
2. Кибернетическая модель y = F(u).

Каузальное (от cause - причина) представление подразумевает установление причинно-следственных отношений в терминах «вход-выход», а также оценку влияния элементов системы друг на друга (без употребления понятий цели и средств ее достижения). При этом будущее состояние системы определяется ее предыдущими состояниями и воздействиями среды, в том числе и со стороны субъекта управления.

Примеры:

1. Кибернетическая модель статики у = F(x,u).
2. Модель динамики y'(t) = F(y(t), x(t), u(t)).

Задачи и проблемы принятия решения

Любая деятельность направлена на достижение определенных целей. При этом проблемность обычно заключается в выборе средств достижения цели при заданном множестве ограничений. Если такой выбор очевиден или однозначен, то мы имеем дело с задачей принятия решения (проблема как таковая отсутствует), в противном случае говорят о «проблеме принятия решения».

Главной целью системного анализа можно считать оказание помощи в понимании и решении имеющейся проблемы путем перевода проблемы, которая возникает при проектировании или управлении, в задачу принятия решения (задачу выбора), т.е. ведет к постановке такой задачи («поставленная задача – наполовину решенная задача»). Поставить задачу означает, прежде всего, понять ее условия, что достигается путем выбора соответствующего представления (описания), т.е. модели. При этом стремятся к наибольшей формализации представления, что уменьшает неполноту, избыточность и неоднозначность в понимании объекта.

Если удается формализовать исходную проблему, т.е. свести ее к задаче, решение которой базируется на законах физики, химии и других фундаментальных областей знаний, или когда задача может быть поставлена в терминах конкретного класса прикладных задач, для которого разработан соответствующий математический аппарат, применять термин «проблема принятия решения» нет необходимости.

Задача принятия решения становится проблемой, когда для постановки задачи и ее решения не может быть сразу определен подходящий аппарат формализации - требуется разработка специальных подходов, приемов и методов. При этом процесс постановки задачи часто требует участия специалистов различных областей знаний. В таких случаях возникает необходимость:

  • определить область проблемы принятия решения (границы системы);
  • выявить факторы, влияющие на ее решение (входы системы и внутренние факторы, влияющие на целевой выход);
  • подобрать приемы и методы, которые позволяют сформулировать или поставить задачу таким образом, чтобы решение было принято.

Для принятия решения необходимо получить аксиологическое описание проблемы – выражение, связывающее цель со средствами ее достижения. Такие выражения получили в разных прикладных направлениях различные названия: критерий функционирования, критерий или показатель эффективности, целевая или критериальная функция, функция цели и т.п.

В зависимости от изученности проблемной ситуации возможны различные подходы к формированию целевой функции.

1. Если удается получить выражение, связывающее цель со средствами, то задача практически всегда решается. Получить такие выражения легко, если известен закон, позволяющий связать цель со средствами: Q = F(U). Эти выражения могут представлять собой не только простое соотношение, подобное рассмотренному выше, но и более сложные, составные критерии.

2. Если закон не известен, то стараются определить закономерности на основе статистических исследований или исходя из наиболее часто встречающихся на практике функциональных зависимостей.

3. Если не удается установить закономерность, то выбирают или разрабатывают теорию, в которой содержится ряд утверждений и правил, позволяющих сформулировать концепцию и конструировать на ее основе процесс принятия решения.

Пример. Если в качестве средства достижения цели будем учитывать время суток, в которое производится движение, то здесь мы не имеем ни закона, ни закономерности влияния времени суток на время движения. К тому же, нет возможности провести эксперимент для установления соответствующей зависимости. Тогда за основу берется теория, из которой следует, что ночью уменьшается количество машин на дороге, что позволяет преодолеть расстояние от пункта А до пункта В быстрее.

4. Если и теории не существует, то выдвигается гипотеза и на ее основе создаются имитационные модели, с помощью которых исследуются возможные варианты решения.

Пример. Если мы решаем задачу подбора водителя для наших перевозок, то выдвигается гипотеза о том, что на время перевозки влияет стаж работы водителя. Закона нет, поставить эксперимент по установлению такой закономерности не представляется возможным, теории нет, нет даже уверенности, что такое влияние имеет место. Исходя из имеющихся знаний, строится некоторая имитационная модель, которая и служит основой для принятия решения.

Существуют и другие трудности формализации целевой функции. Иногда могут варьироваться не только средства достижения цели, критерии и ограничения, но и сами цели, если результат достижения не приводит к удовлетворению потребностей лица, принимающего решения.

Кроме того, в числе критериев могут быть и принципиально не формализуемые, например, комфорт для пассажиров.

Пример. Если целью является комфорт, то можно выбрать такси вместо общественного транспорта, а при передвижении между населенными пунктами иногда лучше выбрать более длинную, но асфальтированную дорогу, чем более короткую, но ухабистую.

При решении задач проектирования, peорганизации или управления сложными системами, в частности экономическими объектами, требуется учитывать большое число факторов различной природы, являющихся предметом исследования различных областей знаний. В этих условиях один человек не способен ни поставить задачу, ни решить ее – проблема принятия решений становится проблемой коллективного выбора целей, критериев, средств и вариантов достижения цели, т. е. проблемой коллективного принятия решения.

Принятие решений в системах управления (в политике, экономике, в военной и других областях) часто связано с дефицитом времени: «лучше принять не самое хорошее решение, но в требуемый срок, так как в противном случае лучшее решение может уже и не понадобиться». Поэтому решение часто приходится принимать при не полностью определенной постановке задачи, в условиях дефицита информации о системе, ресурсах (средствах), ограничениях и целях.

Вот в этих проблемных ситуациях на помощь приходят системные представления, системный подход и методы системного анализа.

Методы моделирования систем

Постановка любой задачи заключается в том, чтобы по возможности перевести ее словесное, вербальное, описание в формальное. Вопросы формирования модели сложных объектов и доказательство их адекватности и являются основным предметом системного анализа.
Существующие методы формирования моделей представляют собой некий спектр методов, дающих различную степень формализации.  Этот «спектр» методов разделяют на два больших класса:

  1. методы формализованного представления систем (формальные методы): аналитические (методы классической математики, включая интегро-дифференциальное исчисление, методы поиска экстремумов функций, вариационное исчисление и т. п.), статистические, теоретико-множественные, методы математической логики, лингвистические, семиотические, графические и др.;
  2. методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов (эвристические методы): метод решающих матриц, морфологический, «дерева целей», «Дельфи», методы мозгового штурма и др.

Необходимо отметить, что строгого разделения на формальные и неформальные методы не существует. Можно говорить только о большей или меньшей степени формализованности или, напротив, большей или меньшей опоре на интуицию, «здравый смысл». (Системный анализ иногда определяют как «формализованный здравый смысл».) К тому же сам порядок расположения методов в виде вышеназванной шкалы является не бесспорным, однако любая классификация заведомо лучше ее отсутствия.

Серьезные проблемы возникают при построении моделей экономических объектов. Экономические системы слишком сложны, чтобы получить их полные адекватные модели.

Вербальная модель лучше, чем отсутствие модели; она лучше математической модели, которая «насаждает фальсифицированную реальность»; «вероятно лучше иметь сначала какую-то нематематическую модель со всеми ее недостатками, но охватывающую некоторый незамеченный ранее аспект исследуемой реальности, чем начинать со скороспелых математических моделей».

 

Окончание:   Системы в нашей жизни. Часть 4

 
Мы все находимся в канаве, но некоторые из нас смотрят на звезды.
Оскар Уайльд
Тот, кто желает сделать все, никогда не будет делать что-либо.
Андре Моруа