Шепталин Г.А., Шепталина Л.И. Общая теория систем и системный анализ - файл n1.doc

приобрести
Шепталин Г.А., Шепталина Л.И. Общая теория систем и системный анализ
скачать (2197 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2197kb.07.07.2012 00:18скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7


Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Международный менеджмент»

65

Ш487


Г.А. Шепталин, Л.И. Шепталина

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ И СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

Учебное пособие


Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2007
УДК: 651. 01(075.8)

Ш487
Одобрено

учебно-методической комиссией

международного факультета


Рецензенты:

Н.В. Ксенофонтов, А.Е. Резанович

Шепталин Г.А.

Ш487 Общая теория систем и системный анализ: учебное пособие/Г.А. Шепталин, Л.И. Шепталина. – Челябинск, Изд-во ЮУрГУ, 2007.– 101с.
В пособии приведены основные принципы и методы теории систем и системного анализа, которые могут быть использованы в процессе принятия управленческих решений, при проектировании реальных социально-экономических систем.

Учебное пособие предназначено для формирования у студентов управленческих и экономических специальностей представлений о системном подходе к решению своих профессиональных задач.
УДК: 651. 01(075.8)
© Издательство ЮУрГУ, 2007


ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 5

1. Основы теории систем и системного анализа

1.1. Основные понятия 7

1.2. Принципы системного анализа 10

1.3. Структура системного анализа 12

1.3.1. Этап декомпозиции 12

1.3.2. Этап анализа 13

1.3.3. Этап синтеза 15

1.4. Классификация систем 16

1.5. Вопросы для самоконтроля 18

2. Социально-экономические системы 19

2.1. Особенности социально-экономических систем 19

2.2. Первичный элемент СЭС 19

2.2.1. Человек, как составная часть первичного элемента

cистемы 20

2.2.2. Ресурсы 20

2.3. Сущность управления в СЭС 22

2.3.1. Структура и функции системы управления 23

2.3.2. Аксиомы теории управления 24

2.3.3. Совершенствование систем с управлением 26

2.4. Структура СЭС 26

2.4.1. Функциональная структура 27

2.4.2. Организационная структура 28

2.5. Организация 29

2.5.1. Механистическая организационная система 30

2.5.2. Органическая организационная система 31

2.6. Вопросы для самоконтроля 32

3. Системный подход в управлении 33

3.1. Гомеокинетическое плато 33

3.2. Логика проведения системного анализа СЭС

и его основные логические элементы 35

3.3. Системное моделирование 40

3.3.1. Модель 41

3.3.2. Основы оценки сложных систем 46

3.3.3. Функционально-стоимостной анализ ? метод

исследования СЭС 63

3.3.4. Модель «вход?выход» 70

3.4. Вопросы для самоконтроля 76

4. Системный анализ как методологическая основа

принятия управленческих решений 77

4.1. Основные понятия 77

4.2. Теоретические основы подготовки и принятия решения 82

4.3. Пример схемы принятия решения 84

4.4. Вопросы для самоконтроля 85

5. Процесс проектирования СЭС 86

5.1. Основные этапы проектирования систем 86

5.2. Этические аспекты проектирования систем 89

5.3. Вопросы для самоконтроля 93

6. Планирование в СЭС 94

6.1. Эволюционная теория планирования 95

6.2. Бихевиористская теория планирования 95

6.3. Кибернетическая теория планирования 96

6.4. Технологическая оценка как процесс планирования 97

6.5. Планирование и свобода 98

6.6. Вопросы для самоконтроля 100

Заключение 100

Библиографический список 101


ВВЕДЕНИЕ
Во второй половине ХХ века в мировой экономике под воздействием научно-технического прогресса произошли существенные изменения. Эти изменения связаны с тем, что экономики развитых стран вступили в новую фазу развития, которая характеризуется огромными масштабами производства, возросшим разнообразием производственных сфер, расширением межотраслевых связей, сокращением сроков внедрения достижений науки и техники, качественными сдвигами в области технологических процессов, усилением конкуренции. Наука стала одной из основных производительных сил общества.

Коренные изменения в области науки и техники сопровождались ростом сложности и стоимости принимаемых решений. В то же время, растущая потребность в исследованиях и разработках потребовали особого внимания к науке и технике и привели к тому, что прошлый опыт в значительной степени потерял свое значение как руководство при управлении, которое отличается от управления «в прошлом» не только в логическом, но и в практическом смысле. Центральным положением новой концепции управления явилось использование систематизированных аналитических проработок, которые осуществлялись инженерами и учеными в области естественных и социальных наук, работающих в составе или в сотрудничестве с органами управления и принятия решений.

Глубокая проработка вопроса обычно требует создания междисциплинарной группы, в состав которой входят специалисты различных областей. Это связано не только со сложностью проблемы, которая, как правило, не укладывается в рамки одной дисциплины. Более важным является то, что вопросы, возникающие при решении проблем, по-разному рассматриваются экономистом, математиком, юристом, политиком, инженером или военным специалистом. Учет различных точек зрения на один и тот же вопрос важен при решении проблем в целом.

По своему содержанию аналитические проработки охватывают широкий круг вопросов, начиная с повышения эффективности хозяйственной деятельности и кончая разработкой рекомендаций по крупнейшим проблемам национальной политики. Повышенный интерес к использованию аналитических проработок объясняется также тем, что количество выдвигаемых идей, проектов, программ значительно превышает возможности их реализации с точки зрения обеспеченности ресурсами. Такое положение дел не было характерным для более ранних этапов развития человечества (проблема, наоборот, заключалась в выдвижении новых прогрессивных идей). В целях научно обоснованного отбора изделий, продукции, проектов, программ, рекомендуемых для практической реализации, потребовался их всесторонний анализ с учетом совокупности всех факторов и явлений.

Таким образом, научно-технический прогресс заставил управленцев и специалистов-аналитиков по-новому взглянуть на окружающие их привычные факторы и явления: отказаться от многих сложившихся представлений, использовать новые точки зрения и способы рассмотрения возникающих проблем. При этом следует отметить, что научно-технический прогресс, как показала практика, опережает прогресс в организации эффективного использования его достижений.

Сложившееся несоответствие технологических возможностей и методов управления становилось препятствием развитию общества и экономики, замедляло рост производства. Проблема несоответствия современного уровня производительных сил и методов управления для различных уровней управления и для различных видов деятельности имеет одну общую объективную причину – возрастание сложности управления в связи с усложнением экономических отношений, производственных связей, производимой продукции и способов ее использования.

Проблема роста сложности процесса управления экономическими процессами, характерная для всех развитых стран, породила целый комплекс новых научных дисциплин, целью которых стало создание концепций, позволяющих объяснить сложные экономические явления, выработать конкретные методы и формы управления экономическими процессами. Для этого комплекса дисциплин характерно широкое использование метода моделирования, применение математического аппарата, заимствование понятий и методов точных и технических наук. Одна из таких научно-прикладных дисциплин – общая теория систем и системный анализ (ОТС и СА), основана на системном подходе к рассмотрению изучаемых экономических объектов и процессов.

ОТС и СА анализ предполагает научный, комплексный подход к процессу управления: вся проблема изучается в целом, определяются цели развития объекта управления, необходимость согласования работы его различных частей, отдельных исполнителей, с тем, чтобы направить их на достижение общей цели.

Исторические корни ОТС и СА уходят в глубь нашей цивилизации. Еще первобытный человек, принимая решение о выборе стоянки, подсознательно мыслил системно: необходимо было, чтобы жилище было расположено недалеко от воды, чтобы поблизости имелись дрова, естественные преграды для защиты от врагов и диких животных и т. д. Как научная дисциплина ОТС и СА оформилась во время Второй мировой войны, вначале применительно к военным задачам, а после ее окончания – к задачам различных сфер гражданской деятельности. Разработка методов системного анализа во многом способствовала тому, что управление во всех сферах человеческой деятельности поднялось от стадии ремесла и чистого искусства, которое зависело от способностей отдельных людей и накопленного ими опыта, до стадии науки.
1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИСТЕМ И СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
1.1. Основные понятия
В системном анализе исследования строятся на основе категории системы, под которой понимается единство взаимосвязанных и взаимовлияющих элементов, расположенных в определенной закономерности в пространстве и во времени, совместно действующих для достижения общих целей. Система должна удовлетворять двум основным требованиям:

  1. поведение каждого элемента системы влияет на поведение системы в целом; существенные свойства системы теряются, когда происходит ее разделение;

  2. поведение элементов системы и их воздействие на целое взаимозависимы; существенные свойства элементов системы при их отделении от системы также теряются.

Таким образом, в общем случае свойства, поведение, состояние системы отличаются от свойств, поведений и состояний образующих ее элементов (подсистем). Для системы характерно наличие собственной, специфической закономерности действий, которая не может быть определена непосредственно только из способов действий составляющих ее элементов. Всякая система является развивающейся системой. Она имеет свое начало в прошлом и продолжение в будущем.

Понятие системы – это способ найти простое в сложном с целью упрощения анализа этого сложного. В научной литературе приведены различные определения понятия системы. Вот некоторые из них [1].

Таким образом, обобщая приведенную информацию, можно сделать вывод, что система – множество элементов, их связей и взаимодействий, как между собой, так и с окружающей средой, образующих единое целое с определенным качеством и целенаправленностью (рис. 1.1).


Рис. 1.1. Схема понятия «система»
Наряду с этим основополагающим понятием существуют сопутствующие понятия, характеризующие систему.

Элемент – неделимая часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению к данной системе. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения. Сам элемент характеризуется только его внешними проявлениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элементами.

Множество элементов можно записать в виде

,

где i-й элемент системы, – число элементов.

Каждый элемент характеризуется m конкретными свойствами z1, z2, …, zm, которые определяют его в данной системе однозначно. Совокупность всех m свойств элемента называют состоянием элемента:

.

Состояние элемента, в зависимости от различных факторов (время, пространство и др.), может изменяться.

Связь – совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – значит выявить наличие зависимостей их свойств. Множество связей между элементами можно представить в виде

.

Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний (взаимосвязь) характер.

Взаимодействие – совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу.

Подсистема – часть системы, выделенная по определенному признаку, обладающая некоторой самостоятельностью и предполагающая разложение на элементы в рамках конкретного рассмотрения. Подсистема отличается от группы элементов тем, что для последней не выполняется условие целостности.

Структура системы – совокупность элементов системы и связей между ними:

.

Структура системы является статической моделью системы и характеризует только строение системы, не учитывая множества свойств (состояний) ее элементов.

Связь между функцией входа и функцией выхода системы без учета предыдущих ее состояний можно представить в виде



где функция выходов системы. Система с такой функцией выходов называется статической.

Если же система зависит не только от функций входов , но и от функций состояний (переходов), то

.

Системы с такой функцией выходов называются динамическими (или системами с поведением).

Внешняя среда системы – набор существующих в пространстве и во времени реальных объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на рассматриваемую систему. По сути дела, очерчивание или выявление границы системы (сферы компетенции ЛПР) есть разделение некоторой области материального мира на две части, одна из которых рассматривается как система-объект анализа (синтеза), а другая – как внешняя среда. Иными словами, внешняя среда – совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Кроме того, необходимо различать понятия системного анализа, определяющие функционирование системы. К таковым относятся следующие понятия.

Состояние системы – совокупность состояний ее элементов и связей между ними (двусторонних связей не может быть более чем n(n-1) в системе с n элементами). Реальная система не может находиться в любом состоянии. Всегда есть известные ограничения (внутренние и внешние факторы, например, физиологические свойства человека) определяющие состояние системы.

Входы Xi системы – это реальные точки приложения влияния (воздействия) внешней среды на систему.
1.2. Принципы системного анализа
Принципы системного анализа – это некоторые положения, обобщающие опыт работы человека со сложными системами. Наиболее часто к системным причисляют следующие принципы [2].

  1. Принцип конечной цели. Отражает абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели. Принцип имеет несколько правил:

2. Принцип измерения. О качестве функционирования системы можно судить только применительно к системе более высокого порядка. То есть для определения эффективности функционирования системы надо представить ее как часть более общей и проводить оценку внешних свойств исследуемой системы относительно целей и задач суперсистемы.

3. Принцип эквифинальности. Система может достигнуть требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Это форма 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 выявление 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 (старшей системой).

6. Принцип модульного построения. Полезно выделение модулей в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей. Принцип указывает на возможность вместо части системы исследовать совокупность ее входных и выходных воздействий (абстрагирование от излишней детализации).

7. Принцип иерархии. Полезно введение иерархии частей и их ранжирование, что упрощает разработку системы и устанавливает порядок рассмотрения частей.

8. Принцип функциональности. Предполагает совместное рассмотрение структуры и функции с приоритетом функции над структурой. Принцип утверждает, что любая структура тесно связана с 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 отдельно процессы, функции, структуры. В свою очередь, процессы сводятся к анализу потоков различных видов:

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

9. Принцип развития. Это учет изменяемости системы, ее способности к развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации. В основу синтезируемой системы требуется закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования. Обычно расширение функций предусматривается 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 раскрытия закономерностей ее функционирования.

Одним из способов учета этого принципа является рассмотрение системы относительно ее жизненного цикла: проектирование, создание, ввод в действие, эксплуатация, модернизация (наращивание возможностей), замена, ликвидация.Для того, чтобы система функционировала, она должна изменяться, взаимодействовать со средой.

10. Принцип децентрализации. Сочетание в сложных системах централизованного и децентрализованного управления, которое, как правило, заключается в том, что степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставленных целей.

Недостаток децентрализованного управления – увеличение времени адаптации системы, что существенно влияет на функционирование системы в быстро меняющихся средах.

Недостаток централизованного управления – сложность управления из-за большого потока информации, подлежащей переработке в старшей системе управления.

11. Принцип неопределенности. Предполагает учет неопределенностей и случайностей в системе. Принцип утверждает, что можно иметь дело с системой, в которой структура, функционирование или внешние воздействия не полностью определены. В сложных открытых системах можно оценивать «наихудшие» ситуации и рассмотрение проводить для них. Этот способ называют методом гарантируемого результата. Он применим, когда не действует аппарат теории вероятности.
1.3. Структура системного анализа
Системный анализ в общем случае состоит из трех основных этапов: декомпозиции, анализа и синтеза (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Структура системного анализа
1.3.1. Этап декомпозиции
Этап декомпозиции обеспечивает общее представление системы и предполагает выполнение определенных мероприятий.

  1. Определение и декомпозицию общей цели исследования и основной функции системы как ограничение траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций.

  2. Выделение системы из среды по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы.

  3. Описание воздействующих факторов.

  4. Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.

  5. Описание системы как «черного ящика».

  6. Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений между элементами) декомпозиции системы.

Глубина декомпозиции ограничивается. Декомпозиция должна прекращаться, если необходимо изменить уровень абстракции – представить элемент как подсистему (модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика» ? выход за пределы цели исследования системы).

Рассмотрим основные виды декомпозиции.

  1. Функциональная декомпозиция – базируется на анализе функций системы. При этом ставится вопрос, что делает система, независимо от того, как она работает. Основанием разбиения на функциональные подсистемы служит общность функций, выполняемых группами элементов.

  2. Декомпозиция по жизненному циклу – выделение систем по изменению закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы от «рождения до гибели». Рекомендуется применять, когда целью системы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов и выходов.

  3. Декомпозиция по физическому процессу – признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Стратегия полезна при описании существующих процессов. При реализации могут теряться (не учитываться в полной мере) ограничения, накладываемые функциями друг на друга. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Применять следует, если цель модели – описание физического процесса как такового.

  4. Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция) – признак выделения подсистем – сильная связь между элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (информационных, логических, иерархических, энергетических, …. Рекомендуется использовать разложение на подсистемы только в том случае, когда такое разделение на основные части системы не изменяется. Нестабильность границ подсистем обесценит как отдельные модели, так и их объединение.


1.3.2. Этап анализа
Этап анализа обеспечивает формирование общего и детального представления системы.

  1. Функционально-структурный анализ – позволяет сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает уточнение состава и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовлияния подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание пространства состояний, задание параметрического пространства, анализ целостности системы, формулирование требований к создаваемой системе.

  2. Морфологический анализ – анализ взаимосвязи компонентов.

  3. Генетический анализ – анализ предыстории, причин развития ситуации, имеющихся тенденций, построение прогнозов.

  4. Анализ аналогов.

  5. Анализ эффективности – по результативности, ресурсоемкости, оперативности. Включает выбор шкалы измерения, формирование показателей эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, оценивание и анализ полученных оценок.

  6. Формирование требований к системе – включая выбор критериев оценки и ограничений.

Этап анализа в общем случае включает в себя следующие основные стадии проектирования системы.

Стадия 1. Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) системы. Формирование основных предметных понятий, используемых в системе. Уяснение основных выходов в системе (тип выхода: материальный, информационный, услуга).

Стадия 2. Выявление основных функций и частей (модулей, подсистем) в системе. Понимание единства этих частей в рамках системы. Это стадия получения первичных сведений о структуре и характере основных связей. На этой стадии выясняется наличие преимущественно последовательного или параллельного характера связей между элементами, взаимной или односторонней направленности воздействий между ними.

Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осуществления; выявление стадийности, смен состояний в функционировании; выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе; вводятся параметры состояний и факторы на них влияющие; определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли они осуществлению системой своих главных функций.

Стадия 4. Выявление основных элементов окружающей среды, с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии:

Здесь выясняется относительная зависимость системы от окружающей среды.

Стадия 5. Выявление неопределенностей и случайностей, влияющих на систему.

Стадия 6. Представление о системе как о совокупности модулей, связанных входами-выходами (выявление разветвленной структуры, иерархии).

Этим заканчивается общее описание системы. Его достаточно, если не предвидится непосредственная работа с рассматриваемой системой.

Стадия 7. Выявление всех элементов и связей. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадии 6 и 7 тесно связаны между собой: стадия 6 – предел познания «внутрь» системы; стадия 7 – более углубленные знания о системе, более углубленная ее детализация. Стадии 6 и 7 подводят итог общему, цельному изучению системы. Дальнейшие стадии рассматривают только ее отдельные стороны.

Стадия 8. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных модулей на новые, позволяющие не только противостоять «старению», но и повысит качество системы по сравнению с первоначальным состоянием. К ней также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей и т.п.

Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решений. Здесь выясняется, где, когда и как система управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо.
1.3.3. Этап синтеза
Этап синтеза системы, решающей социально-экономическую проблему, включает следующие виды работ (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Упрощенная функциональная диаграмма этапа синтеза системы, решающей проблему


  1. Разработка модели проектируемой системы – предполагает выбор математического аппарата, моделирование, оценку модели по критериям адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения.

  2. Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.

  3. Синтез параметров системы, снимающей проблему.

  4. Оценка вариантов синтезированной системы – обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта.


1.4. Классификация систем
Для составления классификации систем могут быть использованы различные классификационные признаки. В таблице 1.1 приведен пример классификации систем с использованием основных, наиболее часто встречающихся в системном анализе классификационных признаков.

Таблица 1.1

Классификация систем

Классификационные признаки

Классы

Природа элементов

Реальные (конкретные); абстрактные

Происхождение

Естественные; искусственные

Целевые признаки

Одноцелевые; многоцелевые; функциональные

Длительность существования

Постоянные; временные

Изменчивость свойств

Статические; динамические

Степень сложности

Простые; сложные

Реакция на возмущающее воздействие

Активные; пассивные

Характер поведения

С управлением; без управления

Степень связи с внешней средой

Открытые; изолированные; закрытые

Степень участия в реализации управляющих воздействий человека

Технические; человек-машина; организационные
  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации