Основные принципы системного анализа производственных систем

Принципы системного анализа – это некоторые положения общего характера, являющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами.

Наиболее часто используются следующие принципы:

· принцип конечной цели;

· принцип измерения;

· принцип эквифинальности;

· принцип единства;

· принцип связности;

· принцип модульного построения;

· принцип иерархии;

· принцип функциональности;

· принцип развития (историчности, открытости);

· принцип децентрализации;

· принцип неопределенности.

· принцип свертки информации.

1. Принцип конечной цели.Это абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели.

Принцип конечной цели состоит из несколько правил:

· для проведения системного анализа необходимо в первую очередь сформулировать цель исследования. Расплывчатые, неясные, не полностью сформулированные цели влекут за собой неверные выводы;

· анализ следует вести на базе первоочередного уяснения основной цели (функции основного назначения) исследуемой системы, что позволит определить ее основные существенные свойства, показатели качества и критерии оценки;

· при синтезе систем любая попытка изменения или совершенствования должна оцениваться относительно того, помогает или мешает она достижению конечной цели;

· цель функционирования искусственной системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система является составной частью.

2. Принцип измерения.О качестве функционирования какой-либо системы можно судить только применительно к системе более высокого порядка. Другими словами, для определения эффективности функционирования системы надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних свойств исследуемой системы относительно целей и задач суперсистемы (надсистемы).

3. Принцип эквифинальности.В соответствии с этим принципом система может достигнуть требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Эта одна из форм устойчивости по отношению к начальным и граничным условиям.

4. Принцип единства. Это совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов). Принцип ориентирован на «взгляд внутрь» системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе.

5. Принцип связности. Рассмотрение любой части совместно с ее окружением подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами системы и выявления связей с внешней средой (учет внешней среды). В соответствии с этим принципом систему в первую очередь следует рассматривать как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой суперсистемой (надсистемой) или старшей системой.

6. Принцип модульного построения.Принцип модульного построения: выделение модулей и рассмотрение системы как совокупности модулей.

Модулем называется группа элементов системы, описываемая только своим входом и выходом. Разбиение системы на взаимодействующие модули (подсистемы) зависит от цели исследования и может иметь различную основу, в том числе может иметь материальную (вещественную), функциональную, алгоритмическую, информационную и др. основу. Примером систем, у которых при разбиение на подсистемы вещественная, функциональная и информационные основы слиты, являются системы управления организационного типа. Разбитие системы на модули способствует более эффективной организации анализа и синтеза систем, так как оказывается возможным, абстрагируясь от второстепенных деталей, уяснить суть основных соотношений, существующих в системе и определяющих исходы системы. Вместо термина модуль зачастую используются термины «блок», «подсистема» и др.

Этот принцип позволяет выделить модули в системе и рассматривать ее как совокупность модулей. Принцип указывает на возможность вместо части системы исследовать совокупность ее входных и выходных воздействий (абстрагирование от излишней детализации).

7. Принцип иерархии. В соответствии с этим принципом полезно ввести иерархию частей и их ранжирование, что упрощает разработку системы и устанавливает порядок рассмотрения частей. Все системы, как правило, построены по иерархическому принципу. И чтобы получить цельное представление о системе, необходимо ее рассматривать в тесном взаимодействии и единстве с вышестоящими и нижестоящими на иерархической лестнице системами. Эта закономерность заключается в том, что свойство целостности проявляется на любом уровне иерархии. На каждом уровне возникают новые свойства, которые не могут быть выведены как сумма свойств элементов. На каждом уровне происходят сложные качественные изменения.

Построение иерархической структуры зависит от целей. Для многоцелевых ситуаций можно построить несколько иерархических структур, соответствующих разным условиям.

Принцип иерархии акцентирует внимание на полезности отыскания или создания в системе иерархического (доминирующего) характера связей между элементами, модулями, целями. Иерархические системы обычно исследуются и создаются «сверху», начиная с анализа модулей первого иерархического уровня. В случае отсутствия иерархии исследователь должен решить, в каком порядке он будет рассматривать части системы. Так, например, конструктор при создании нового образца выделяет в нем начальный элемент, к которому потом мысленно или на чертеже подгоняет второй, третий, следующие. Таким образом, он вводят порядок рассмотрения системы, который и называется ранжированием. Оно применимо и в сочетании с иерархией в системе, скажем, для введения очередности в модулях одного и того же уровня.

8. Принцип функциональности.Это совместное рассмотрение структуры и функции с приоритетом функции над структурой. Принцип утверждает, что любая структура тесно связана функцией системы и ее частей. В случае придания системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему. Поскольку выполняемые функции составляют процессы, то целесообразно рассматривать отдельные процессы, функции, структуры.

В свою очередь, процессы сводятся к анализу следующих потоков:

· материальный поток;

· поток энергии;

· поток информации;

· смена состояний.

С этой точки зрения структура есть множество ограничений на потоки в пространстве и во времени.

9. Принцип развития.Этот принцип означает учет изменяемости системы, ее способности к развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации. В основу синтезируемой системы следует закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования. Обычно расширение функций пересматривается за счет обеспечения возможности включения новых модулей, совместимых с уже имеющимися. С другой стороны, при анализе принцип развития ориентирует на необходимость учета предыстории развития системы и тенденций, имеющихся в настоящее время, для вскрытия закономерностей ее функционирования.

Одним из способов учета этого принципа разработчиками является рассмотрение системы относительно ее жизненного цикла.

Условными фазами жизненного цикла являются:

· про­ектирование, изготовление;

· ввод в эксплуатацию;

· эксплуатация;

· наращивание возможностей (модернизация);

· вывод из эксплуа­тации (замена);

· уничтожение.

Отдельные авторы этот принцип называют принципом из­менения (историчности) или открытости. Для того чтобы сис­тема функционировала, она должна изменяться, взаимодейство­вать со средой.

10. Принцип децентрализации.Это сочетание в сложных системах централизованного и децентрализованного управления, которое, как правило, заключается в том, что степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставленной цели. Недостаток децентрализованного управления – увеличение времени адаптации системы. Этот недостаток существенно влияет на функционирование системы в быстро меняющихся условиях. То, что в централизованных системах можно сделать за короткое время, в децентрализованной системе будет осуществляться довольно медленно.

Недостатком централизованного управления является сложность управления из-за огромного потока информации, подлежащей переработке в старшей системе управления. Поэтому в сложной системе присутствуют два уровня управления. В медленно меняющейся обстановке децентрализованная часть системы успешно справляется с адаптацией поведения системы к среде и с достижением глобальной цели системы за счет оперативного управления, а при резких изменениях среды осуществляется централизованное управление по переводу системы в новое состояние.

Оптимальное сочетание централизации и децентрализации обусловлено выполнением следующих положений:

· на нижние уровни иерархии следует передавать все задачи, решение которых на этих уровнях возможно, освободив высшие уровни иерархии для решения стратегических задач;

· должна быть разработана и принята система делегирования полномочий для всех уровней иерархии управления;

· должны существовать механизмы контроля, исключающие принятие на нижних уровнях иерархии решений, противоречащих достижению системой глобальных целей.

Реализация оптимального уровня децентрализации зачастую затруднено из-за отсутствия квалифицированного персонала. Возможно, это утверждение находится вне формальной (научной) постановки вопроса. Однако в реальных ситуациях не квалифицированность персонала явление не редкое, и не учитывать это в прикладных исследованиях не допустимо.

Не является децентрализацией управление, когда принятое на верхнем уровне решение затем конкретизируется (распараллеливается) на нижних уровнях.

11. Принцип неопределенности.Это учет неопределенностей и случайностей в системе. Принцип утверждает, что можно иметь дело с системой, в которой структура, функционирование или внешние воздействия не полностью определены.

Сложные открытые системы не подчиняются вероятностным законам. В таких системах можно оценивать наихудшие ситуации и рассмотрение проводить только для них. Этот способ обычно называют методом гарантируемого результата. Он применим, когда неопределенность не описывается аппаратом теории вероятности. При наличии информации о вероятностных характеристиках случайностей можно определить вероятностные характеристики выходов в системе.

Принцип неопределённости является одним из основных принципов системного подхода. Достаточно типичны случаи, когда задачу необходимо решать при неполноте или нечёткости знаний относительно исследуемой системы, что имеет место вследствие как ограниченных возможностей науки на данном уровне ее развития, так и принципиальной ограниченности человеческого познания. В лучшем случае, могут быть получены вероятностные оценки прогнозируемых ситуаций, если эти оценки объективно существуют.

Во всех случаях неполноты знаний о предмете исследования, нечёткой или стохастической входной информации будут носить нечёткий или вероятностный характер и результаты исследований, а принятые на основании этих исследований решения приведут к неоднозначным последствиям. В случае нечёткой (по своей природе) или неполной (при ограниченных возможностях исследователя) информации как раз очень важно учитывать законы кибернетики об устойчивых состояниях и устойчивых траекториях системы. Необходимо стремиться выявить и оценить все возможные, в том числе кажущиеся маловероятными последствия принимаемых решений, хотя бы на интуитивном уровне, а также предусмотреть обратные связи, которые обеспечат своевременное вскрытие и локализацию нежелательного развития событий. В технических науках эти положения очевидны. При исследовании социально-экономических процессов соответствующие положения зачастую игнорируются, что порой приводит к невосполнимым потерям..

Как следствие необходимости принятия решений в условиях неопределенности является использование в системном анализе так называемых рациональных рассуждений. Рассуждения, не строгие и не приемлемые с точки зрения чистой математики, но обеспечивающие при разумном их применении правильные результаты, называются рациональными. При вводе аксиоматики соответствующих шкал достигается необходимая строгость подобных рассуждений. Используются и другие термины, близкие к термину «рациональные»: правдоподобные, эвристические, дискурсивные.

Применение рациональных понятий, непосредственно связано с интуицией, здравым смыслом. Качество интуиции зависит от степени изучения данной области знания и личных качеств исследователя. Для оценки рационального рассуждения вводится понятие степени достоверности рассуждения, которое может меняться от 0 до 1. Это некоторая субъективная, размытая в своей основе аналогия вероятностной оценке. Достоверность рационального рассуждения может быть повышена, если прибегнуть к коллективному мнению. Сложное рациональное рассуждение обычно включает физические соображения, ссылки на опыт, интуицию, целесообразность упрощения, а также дедуктивные рассуждения. Важной особенностью рациональных рассуждений является возможность включения в них «размытых нечетких понятий». Различные рассуждения совершенно не равноценны, как по трудности их проведения, так и по вкладу в успех решения задачи. Существует ряд способов повышения правдоподобности рассуждений, некоторые из них: независимый повторный вывод, использование различных моделей, независимые вычисления, сравнение теоретических результатов с физическим экспериментом.

При исследовании сложных систем многочисленны случаи когда только применение здравого смысла и интуиции, т.е. рациональных рассуждений удаётся получить искомый результат. В системном анализе следует стремиться к таким сочетаниям различных рассуждений, которые с необходимой точностью при минимуме затрат приведут к цели исследования.

12. Принцип свертки информации. Информация свертывается, укрупняется при движении по ступеням иерархии снизу вверх. Этот принцип широко используется в организационных системах управления. Информационные средства управленческих структур на каждом уровне иерархии должны обеспечить решение всего комплекса управленческих задач.

К таким задачам относятся:

· анализ ситуации;

· планирование и принятие решения;

· контроль за исполнением решений;

· выявление и предупреждение конфликтных ситуаций.

Качество информации определяется тем, насколько она способствует наилучшему, в каком либо смысле, решению задач управления. Для того чтобы на верхнем уровне иерархии успешно решались стратегические задачи, необходима информация, достаточно полно описывающая те параметры ситуации, которые определяют стратегические решения, и «не замусоренная» второстепенными подробностями, на решение существенно не влияющими.

Управленческая информация характеризуется объемом, достоверностью, ценностью, степенью открытости.

По объему информация может быть достаточной или недостаточной для принятия решения с необходимой степенью обоснованности. Информация также может быть избыточной, содержащей сведения ненужные для выработки решения, а, порой, даже мешающие принятию решения. Достоверность можно определить процентом содержащейся в информации достоверных данных — в общем случае это будет вероятностная характеристика.

Понятие ценности всегда следует связывать с наличием новых необходимых для принятия решения данных.

По степени открытости информация делится на секретную, конфиденциальную (для служебного пользования) и публичную (полностью открытую).

Перечисленные принципы справедливы равным образом для задач анализа и синтеза. Необходимо отметить, что разделение принципов на принципы системного подхода и принципы системного анализа довольно условно. Это является следствием того, что системный подход и системный анализ настолько тесно связаны между собой, что некоторые авторы одни и те же принципы приписывают обеим компонентам системного мировоззрения. В моделях систем они должны быть конкретизированы в зависимости от существа системы и решаемой задачи. Представление о том, «что этот принцип означает здесь, в чем его конкретное содержание» приведет к более четкому осмысливанию постановки задачи, сути проводимого исследования.

Для применения принципов системного анализа необходимо уметь прогнозировать поведение системы при воздействии на нее внешних сил. Одной из основных задач синтеза систем является поиск целенаправленных воздействий на систему, приводящих к желаемому результату. Пренебрежение принципами системного анализа (подхода) приводит к принятию безграмотных решений порой с непоправимыми последствиями, всё более губительными по мере того, как у лиц, принимающих решение, появляются большие возможности. Системный анализ (подход) способствует развитию системного мышления, более полному и всестороннему учету всех факторов, определяющих поведение системы.

Перечисленные принципы обладают очень высокой степенью общности. Для непосредственного применения принципов необходимо наполнить их конкретным содержанием применительно к предмету исследования. Знание и учет принципов позволяет лучше увидеть существенные стороны решаемой проблемы, учесть весь комплекс взаимосвязей, обеспечить системную интеграцию.