Главная » Развитие » Основные принципы системного анализа в SEBoK. Методы системного анализа Для каких объектов применяют системный анализ

Основные принципы системного анализа в SEBoK. Методы системного анализа Для каких объектов применяют системный анализ

Системный анализ - это методология теории систем, заключающаяся в исследовании любых объектов, представляемых в качестве систем, проведения их структуризации и последующего анализа. Главная особенность системного анализа заключается в том, что он включает в себя не только метод анализа (от греч. analysis - расчленение объекта на элементы), но и метод синтеза (от греч. synthesis - соединение элементов в единое целое).

Системный анализ принято рассматривать в двух аспектах как:

1. Научную дисциплину, разрабатывающую общие принципы исследования сложных объектов с учетом их системного характера.

2. Методологию исследования (анализ) любого объекта в качестве системы и конструирования (синтез) новой системы в соответствии с определенными целями.

В первом случае системный анализ выступает в качестве универсальной научной теории исследования объектов - систем. Как научная дисциплина системный анализ развивает идею кибернетики, т.е. исследует категории общие для многих дисциплин и относящиеся к понятию «система», которое изучается в любой научной отрасли знаний.

Например, любой экономический объект, и экономику в целом, можно исследовать с системных позиций с трех позиций:

· генетической, т.е. историческое развитие системы;

· организационной, т.е. изучение структуры строения системы;

· функциональной, т.е. изучения процессов ее функционирования.

Во втором случае системный анализ рассматривается в качестве прикладных научных средств исследования и проектирования систем с заданными характеристиками. В этом аспекте системный анализ представляет собой эффективное средство решения сложных, недостаточно четко сформулированных проблем в науке, производстве и других предметных областях.

Главная цель системного анализа — обнаружить и устранить неопределенность при решении сложной проблемы на основе поиска наилучшего решения из существующих альтернатив.

Следовательно, системный анализ - это совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам политического, военного, социального, экономического, научного и технического характера, вызванных наличием факторов, не поддающихся строгой количественной оценке. Он опирается на системный подход, а также на ряд математических дисциплин, современных методов управления и информационных технологий.

В основе методологии системного анализа лежат операции количественного сравнения и выбора альтернатив в процессе принятия решения, подлежащего реализации. Если требование заданного качества альтернатив выполнено, то могут быть получены их количественные оценки. Для того чтобы количественные оценки позволяли вести сравнение альтернатив, они должны отражать участвующие в сравнении свойства альтернатив (результат, эффективность, стоимость и другие).


В системном анализе решение проблемы определяется как деятельность, которая сохраняет или улучшает характеристики системы, или создает новую систему с заданными качествами. Приемы и методы системного анализа направлены на разработку альтернативных вариантов решения проблемы, выявление масштабов неопределенности по каждому варианту и сопоставление вариантов по их эффективности (критериям).

Поэтому, системный анализ можно представить в виде совокупности основных логических элементов:

· цель исследования - решение проблемы и получение результата;

· ресурсы - научные средства решения проблемы (методы);

· альтернативы - варианты решений и необходимость выбора одного из нескольких решений;

· критерии - средство (признак) оценки решаемости проблемы;

· модель создания новой системы.

Проблема - это сложный теоретический или практический вопрос, требующий разрешения, изучения, исследования. Проблема - это всегда наличие какого-либо противоречия между реальной системой и требованиями к ней внешней среды.

Например, проблема возникает тогда, когда состояние системы уже не соответствует реальным условиям существования ее в прежнем виде. Разрешение проблемы может осуществляться в процессе принятия решений по ее изменению на основе выявления причинно-следственных связей между ее прежними параметрами и требованиями к ее изменению в новых условиях.

Выявление проблемных ситуаций - это и есть проблема принятия решений. Процесс принятия решений должен завершаться конкретными результатами. Такими результатами становятся решение конкретных задач.

Поэтому проблема принятия решений разбивается на ряд обязательных этапов:

· определение цели исследования или определение системы целей;

· определение критериев их достижения;

· формулировка конкретных задач;

· выбор способов, приемов, методов и научных средств для решения поставленных задач.

Основными задачами системного анализа являются:

· задача декомпозиции означает представление системы (проблемы) в виде подсистем (задач), состоящих из более мелких элементов;

· задача анализа состоит в нахождении различного рода свойств системы, элементов и определения границ окружающей среды с целью определения закономерностей ее поведения;

· задача синтеза состоит в том, чтобы на основе знаний о системе, полученных при решении первых двух задач, создать новую модель системы, определить ее структуру, параметры, обеспечивающие эффективное функционирование системы, решение задач и достижение поставленной цели исследования.

Общая структура системного анализа представлена в таблице 3.1.

Таблица 1 - Основные задачи и функции системного анализа

Структура системного анализа
Декомпозиция Анализ Синтез
Определение и декомпозиция общей цели, основной функции Функционально-структурный анализ Разработка новой модели системы
Выделение системы из среды Морфологический анализ (анализ взаимосвязи компонентов) Структурный синтез
Описание воздействующих факторов Генетический анализ (анализ предыстории, тенденций, прогнозирование) Параметрический синтез
Описание тенденций развития, неопределенностей Анализ аналогов Оценка новой системы
Описание как «черного ящика» Анализ эффективности
Функциональная, компонентная и структурная декомпозиция Формирование требований к создаваемой системе

В концепции системного анализа процесс решения любой сложной проблемы рассматривается в качестве решения системы взаимосвязанных задач, каждая из которых решается своими предметными методами, а затем производится синтез этих решений, оцениваемый критерием (или критериями) достижения решаемости данной проблемы. Логическая структура процесса принятия решений в рамках системного анализа представлена на рисунке. 1.

В методике системного анализа главное - процесс постановки цели. В экономике не нужна готовая модель объекта или процесса принятия решения (математический метод), нужна методика, позволяющая постепенно формировать модель решения, обосновывая ее адекватность на каждом шаге формирования эффективного решения, с участием лица принимающего решение (ЛПР).

Рисунок 1. Схема процесса решения проблемы

Проблемы (задачи), решение которых ранее были основаны на интуиции (проблема управления разработками организационных структур), теперь не могут решаться без системного анализа, т.к. чаще всего они имеют системный характер. Для принятия «взвешенных» проектных, управленческих, социально-экономических и других решений необходим широкий охват и всесторонний анализ факторов, существенно влияющих на решаемую проблему. Необходимо использовать системный подход при изучении проблемной ситуации и привлекать средства системного анализа для решения этой проблемы. Особенно полезно использовать методологию системного подхода и системного анализа при решении сложных проблем - выдвижении и выборе концепции (гипотезы, идеи) стратегии развития фирмы, разработке качественно новых рынков сбыта продукции, совершенствование и приведение в соответствие с новыми условиями рынка внутренней среды фирмы и т.д.

Системный анализ основывается на множестве принципов, которые определяют его основное содержание и отличие от других видов анализа.

К ним относятся следующие принципы:

· Конечной цели , формулирование цели исследования, определение основных свойств функционирующей системы, ее назначение (целеполагание), показатели качества и критерии оценки достижения цели;

· Измерения, суть этого принципа в сопоставимости ее параметров с параметрами системы высшего уровня, т.е. внешней среды. О качестве функционирования какой-либо системы можно судить только применительно ее результатов к надсистеме, т.е. для определения эффективности функционирования исследуемой системы надо представить ее в качестве части системы высшего уровня и проводить оценку ее результатов относительно целей и задач надсистемы или окружающей среды;

· Эквифинальности - определение формы устойчивого развития системы по отношению к начальным и граничным условиям, т.е. определение ее потенциальных возможностей Система может достигнуть требуемого конечного состояния, независимо от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями;

· Единства - рассмотрение системы как целого и совокупности взаимосвязанных элементов. Принцип ориентирован на «взгляд внутрь» системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе;

· Взаимосвязи - процедуры определения связей, как внутри самой системы (между элементами), так и с внешней средой (с другими системами). В соответствии с этим принципом исследуемую систему, в первую очередь, следует рассматривать как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой надсистемой;

· Модульного построения - выделение функциональных моделей и описание совокупности их входных и выходных параметров, что позволяет избежать излишней детализации для создания абстрактной модели системы. Выделение модулей в системе позволяет рассматривать ее как совокупность модулей;

· Иерархии - определение иерархии функционально-структурных частей системы и их ранжирование, что упрощает разработку новой системы и устанавливает порядок ее рассмотрения (исследования);

· Функциональности - совместное рассмотрение структуры и функций системы. В случае внесения новых функций в систему, следует разрабатывать и новую структуру, а не включать новые функции в старую структуру. Функции связаны с процессами, которые требуют анализа различных потоков (материальных, энергии, информации), что в сою очередь отражается на состоянии элементов системы и самой системы в целом. Структура всегда ограничивает потоки в пространстве и во времени;

· Развития - определение закономерностей ее функционирования и потенциала к развитию (или росту), адаптации к изменениям, расширению, усовершенствованию, встраивание новых модулей на основе единства целей развития;

· Децентрализации - сочетание функций централизации и децентрализации в системе управления;

· Неопределенности - учет факторов неопределенности и случайных факторов воздействия, как в самой системе, так и со стороны внешней среды. Идентификация факторов неопределенности в качестве факторов риска позволяет их анализировать и создавать систему управления рисками.

Принцип конечной цели определяет абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели в процессе проведения системного анализа.

Этот принцип диктует следующие правила:

· в первую очередь, сформулировать цели исследования;

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

· при синтезе решений любая попытка изменения должна оцениваться относительно того, помогает или мешает оно достижению конечной цели;

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

Понять, что ситуация требует исследования, есть первый шаг исследователя.Этот этап творчества непосредственно связан с фундаментальным философским понятием «цель», т.е. мысленным предвосхищением результата деятельности.

Цель регулирует и направляет человеческую деятельность, которая состоит из следующих основных элементов :

· определения цели;

· прогнозирования;

· решения;

· осуществления решения;

· контроля результатов.

Из всех этих элементов (задач) определение цели стоит на первом месте. Сформулировать цель значительно труднее, чем следовать принятой цели. Цель конкретизируется и трансформируется применительно к исполнителям и условиям. Цель более высокого порядка всегда содержит исходную неопределенность, которую необходимо учитывать. Несмотря на это, цель должна быть определенной и однозначной. Ее постановка должна допускать инициативу исполнителей. «Гораздо важнее выбрать «правильную» цель, чем «правильную» систему», - указал Холл, автор книги по системотехнике; выбрать не ту цель - значит решить не ту задачу; а выбрать не ту систему - значит просто выбрать неоптимальную систему.

Следовательно, формулировка цели исследования играет определяющую роль в системном анализе, т.к. предопределяет его эффективность проведения, а, следовательно, и качество результата. Процесс формулирования цели должен состоять не только в определении желаемого результата, но и определения тех средств (ресурсов) с помощью которых она может быть достигнута. Необходимо помнить, что если ресурсов не достаточно для достижения сформулированной цели, то можно получить результат, но он будет не желаемого качества. Ресурсы (средства достижения цели), в данном случае, могут стать мерилом эффективности достигаемой цели, т.е. заданного качества результата.

Цель - это желаемое состояние системы или конечный результат деятельности. Первая и одна из важнейших задач специалиста по системному анализу состоит в раскрытии целей лицу, принимающему решение (ЛПР). Процесс раскрытия целей в системном анализе осуществляется методом итерации и выполняется совместно специалистом по системному анализу и ЛПР.

Определение целей - есть зеркальное отражение формулирования проблемы, поскольку проблема - это несоответствие между необходимым (желаемым) и фактическим положением дел. Правильная постановка целей может быть равносильна «половине» решения проблемы. Все усилия подчиненных, отличная организация работ и самая современная техника не приведут к успеху, если цель системного анализа выбрана ошибочно.

Цели тесно связаны с проблемами: с одной стороны, поставленная цель порождает проблему ее достижения, а с другой для решения проблемы ставится цель как путь ее решения. При этом проблемы могут иметь объективный или субъективный характер, а цели могут носить характер желания или направления деятельности.

Например, руководитель фирмы с целью совершенствования системы управления желает создать современную информационную систему. Данная цель порождает ряд проблем: недостаточность финансовых средств, отсутствие требуемых помещений, отсутствие соответствующих квалифицированных кадров для ее внедрения и эксплуатации и, наконец, проблема выбора технических и программных средств. Для конкретизации цели руководство должно определиться не только с потенциальными ресурсами для ее реализации, но и уточнить какую именно информационную систему нужно создать, для каких целей.

В ряде случаев подобное исследование приводит к выводу, что проблема таковой не является, либо была первоначально сформулирована неверно и требует уточнений.

Например, нельзя одновременно стремиться увеличить общий объем продукции, улучшить ее качество и уменьшить эксплуатационные расходы, поскольку данные цели несовместимы, они носят противоречивый характер. Увеличение объема продукции требуют дополнительных затрат. Поэтому было бы целесообразно установить некоторые пределы росту продукции путем определения его как «наивысшего роста продукции при плановом объеме затрат». Возможно, что если бы «уменьшению эксплуатационных расходов» придавался смысл «уменьшение эксплуатационных расходов, согласованное с приемлемым качеством, существующим оборудованием, инструментом и персоналом», то эта цель была бы достижимой.

Основные методы системного анализа представляют совокупность количественных и качественных методов, которые можно представить в виде таблицы 2.

Таблица 2 - Методы системного анализа

→

Лекция 1: Системный анализ как методология решения проблем

Необходимо уметь мыслить абстрактно, чтобы по-новому воспринимать окружающий нас мир.

Р.Фейнман

Одним из направлений перестройки в высшем образовании является преодоление недостатков узкой специализации, усиление междисциплинарных связей, развитие диалектического видения мира, системного мышления. В учебный план уже многих вузов введены общие и специальные курсы, реализующие эту тенденцию: для инженерных специальностей — «методы проектирования», «системотехника»; для военных и экономических специальностей — «иcследование операций»; в административном и политическом управлении — «политология», «футурология»; в прикладных научных исследованиях — «имитационное моделирование», «методология эксперимента» и т.д. К числу таких дисциплин принадлежит и курс системного анализа — типично меж- и наддисциплинарный курс, обобщающий методологию исследования сложных технических, природных и социальных систем.

1.1 Системный анализ в структуре современных системных исследований

В настоящее время в развитии наук наблюдаются 2 противоположные тенденции:

  1. Дифференциации, когда при увеличении знаний и появлении новых проблем из более общих наук выделяются частные науки.
  2. 2. Интеграция, когда более общие науки возникают в результате обобщения и развития тех или иных разделов смежных наук и их методов.

В основе процессов дифференциации и интеграции лежат 2 фундаментальных принципа материалистической диалектики:

  1. принцип качественного своеобразия различных форм движения материи, опр. необходимость изучать отдельные аспекты материального мира;
  2. принцип материального единства мира, опр. необходимость получать целостное представление о каких-либо объектах материального мира.

В результате проявления интегративной тенденции появилась новая область научной деятельности: системные исследования, которые направлены на решение комплексных крупномасштабных проблем большой сложности.

В рамках системных исследований развиваются такие интеграционные науки, как: кибернетика, исследование операций, системотехника, системный анализ, искуственный интеллект и другие. Т.е. речь идет о создании ЭВМ 5 поколения (чтобы убрать всех посредников между ЭВМ и машиной. Пользователь неквалифицированный.), используется интеллектуальный интерфейс.

Системный анализ разрабатывает системную методологию решения сложных прикладных проблем, опираясь на принципы системного подхода и общей теории систем, развития и методологически обобщая концептуальный (идейный) и математический аппарат кибернетики, исследования операций и системотехники.

Системный анализ представляет собой новое научное направление интеграционного типа, которое разрабатывает системную методологию принятия решений и занимает определенное место в структуре современных системных исследований.

Рис.1.1 — Системный анализ

  1. системные исследования
  2. системный подход
  3. конкретные системные концепции
  4. общая теория систем (метатеория по отношению к конкретным системам)
  5. диалектический материализм (философские проблемы системных исследований)
  6. научные системные теории и модели (учение о биосфере земли; теория вероятностей; кибернетика и др.)
  7. технические системные теории и разработки — исследование операций; системотехника, системный анализ и др.
  8. частные теории системы.

1.2 Классификация проблем по степени их структуризации

Согласно классификации, предложенной Саймоном и Ньюэллом, все множество проблем в зависимости от глубины их познания подразделяется на 3 класса:

  1. хорошо структурированные или количественно выраженные проблемы, которые поддаются математической формализации и решаются с использованием формальных методов;
  2. неструктуризованные или качественно выраженные проблемы, которые описываются лишь на содержательном уровне и решаются с использованием неформальных процедур;
  3. слабоструктуризованные (смешанные проблемы), которые содержат количественные и качественные проблемы, причем качественные, малоизвестные и неопределенные стороны проблем имеют тенденцию доменирования.

Эти проблемы решаются на основе комплексного использования формальных методов и неформальных процедур. За основу классификации взята степень структуризации проблем, причем структура всей проблемы определяется 5-ю логическими элементами:

  1. цель или ряд целей;
  2. альтернативы достижения целей;
  3. ресурсы, расходуемые на реализацию альтернатив;
  4. модель или ряд моделей;
  5. 5.критерий выбора предпочтительной альтернативы.

Степень структуризации проблемы определяется тем, на сколько хорошо выделены и осознаны указанные элементы проблем.

Характерно, что одна и та же проблема может занимать различное место в таблице классификации. В процессе все более глубокого изучения, осмысления и анализа проблема может превратиться из неструктуризованной в слабоструктуризованную, а затем из слабоструктуризованной в структуризованную. При этом выбор метода решения проблемы определяется ее местом в таблице классификаций.

Рис.1.2 — Таблица классификаций

  1. выявление проблемы;
  2. постановка проблемы;
  3. решение проблемы;
  4. неструктуризованная проблема (может решаться с помощью эвристических методов);
  5. методы экспертных оценок;
  6. слабо структуризованная проблема;
  7. методы системного анализа;
  8. хорошо структуризованная проблема;
  9. методы исследования операций;
  10. принятие решения;
  11. реализация решения;
  12. оценка решения.

1.3 Принципы решения хорошо структуризованных проблем

Для решения проблем этого класса широко используются математические методы И.О. В операционном исследовании можно выделить основные этапы:

  1. Определение конкурирующих стратегий достижения цели.
  2. Построение математической модели операции.
  3. Оценка эффективностей конкурирующих стратегий.
  4. Выбор оптимальной стратегии достижения целей.

Математическая модель операции представляет собой функционал:

E = f(x∈x → , {α}, {β}) ⇒ extz

  • Е — критерий эффективности операций;
  • x — стратегия оперирующей стороны;
  • α — множество условий проведения операций;
  • β — множество условий внешней среды.

Модель позволяет оценить эффективность конкурирующих стратегий и выбрать из их числа оптимальную стратегию.

  1. постоянство проблемы
  2. ограничения
  3. критерий эффективности операций
  4. математическая модель операции
  5. параметры модели, но часть параметров, как правило, не известна, поэтому (6)
  6. прогнозирование информации (т.е. нужно предугадать ряд параметров)
  7. конкурирующие стратегии
  8. анализ и стратегии
  9. оптимальная стратегия
  10. утвержденная стратегия (более простая, но которая удовлетворяет еще ряду критериев)
  11. реализация решения
  12. корректировка модели

Критерий эффективности операции должен удовлетворять ряду требований:

  1. Представительность, т.е. критерий должен отражать основную, а не второстепенную цель операции.
  2. Критичность — т.е. критерий должен изменяться при изменении параметров операций.
  3. Единственность, так как только в этом случае возможно найти строгое математическое решение задачи оптимизации.
  4. Учет стохастичности, которая связана обычно со случайным характером некоторых параметров операций.
  5. Учет неопределенностей, которая связана с отсутствием какой-либо информации о некоторых параметров операций.
  6. Учет противодействия, которое вызывает часто сознательный противник, управляющий полными параметрами операций.
  7. Простая, т.к. простой критерий позволяет упростить математические выкладки при поиске opt. решения.

Приведем схему, которая иллюстрирует основные требования к критерию эффективности исследования операций.

Рис. 1.4 — Схема, которая иллюстрирует требования к критерию эффективности исследования операций

  1. постановка проблемы (вытекают 2 и 4 (ограничения));
  2. критерий эффективности;
  3. задачи верхнего уровня
  4. ограничения (мы организуем вложенность моделей);
  5. связь с моделями верхнего уровня;
  6. представительность;
  7. критичность;
  8. единственность;
  9. учет стохастичности;
  10. учет неопределенности;
  11. учет противодействия (теория игр);
  12. простота;
  13. обязательные ограничения;
  14. дополнительные ограничения;
  15. искусственные ограничения;
  16. выбор главного критерия;
  17. перевод ограничений;
  18. построение обобщенного критерия;
  19. оценка математического отид-я;
  20. построение доверительных интервалов:
  21. анализ возможных вариантов (есть система; мы точно не знаем, какова интенсивность вх. потока; мы можем только с определенной вероятностью предположить ту или иную интенсивность; затем взвешиваем выходящие варианты).

Единственность — чтобы можно было решить задачу строго математическими методами.

Пункты 16, 17 и 18 — это способы, которые позволяют избавиться от многокритериальности.

Учет стохастичности — большая часть параметров имеет стохастическое значение. В ряде случаев стох. мы задаем в виде ф-и распределения, следовательно, сам критерий необходимо усреднить, т.е. применять математические ожидания, следовательно, п.19, 20, 21.

1.4 Принципы решения неструктуризованных проблем

Для решения проблем этого класса целесообразно использовать методы экспертных оценок.

Методы экспертных оценок применяются в тех случаях, когда математическая формализация проблем либо невозможна в силу их новизны и сложности, либо требует больших затрат времени и средств. Общим для всех методов экспертных оценок является обращение к опыту, указанию и интуиции специалистов, выполняющих функции экспертов. Давая ответы на поставленный вопрос, эксперты являются как бы датчиками информации, которая анализируется и обобщается. Можно утверждать, следовательно: если в диапазоне ответов имеется истинный ответ, то совокупность разразненных мнений может быть эффективно синтезирована в некоторое обобщенное мнение, близкое к реальности. Любой метод экспертных оценок представляет собой совокупность процедур, направленных на получение информации эвристического происхождения и обработку этой информации с помощью математико-статистических методов.

Процесс подготовки и проведения экспертизы включает следующие этапы:

  1. определение цепей экспертизы;
  2. формирование группы специалистов-аналитиков;
  3. формирование группы экспертов;
  4. разработка сценария и процедур экспертизы;
  5. сбор и анализ экспертной информации;
  6. обработка экспертной информации;
  7. анализ результатов экспертизы и принятия решений.

При формировании группы экспертов необходимо учитывать их индивидуальные х-ки, которые влияют на результаты экспертизы:

  • компетентность (уровень профессиональной подготовки)
  • креативность (творческие способности человека)
  • конструктивность мышления (не «летать» в облаках)
  • конформизм (подверженность влиянию авторитета)
  • отношение к экспертизе
  • коллективизм и самокритичность

Методы экспертных оценок применяются достаточно успешно в следующих ситуациях:

  • выбор целей и тематики научных исследований
  • выбор вариантов сложных технических и социально-экономических проектов и программ
  • построение и анализ моделей сложных объектов
  • построение критериев в задачах векторной оптимизации
  • классификация однородных объектов по степени выраженности какого-либо свойства
  • оценка качества продукции и новой техники
  • принятие решений в задачах управления производством
  • перспективное и текущее планирование производства, НИР и ОКР
  • научно-техническое и экономическое прогнозирование и т.д. и т.п.

1.5 Принципы решения слабоструктуризованных проблем

Для решения проблем этого класса целесообразно использовать методы системного анализа. Проблемы, решаемые с помощью системного анализа, имеют ряд характерных особенностей:

  1. принимаемое решение относится к будущему (завод, которого пока нет)
  2. имеется широкий диапазон альтернатив
  3. решения зависят от текущей неполноты технологических достижений
  4. принимаемые решения требуют больших вложений ресурсов и содержат элементы риска
  5. не полностью определены требования, относящиеся к стоимости и времени решения проблемы
  6. проблема внутренняя сложна в следствие того, что для ее решения необходимо комбинирование различных ресурсов.

Основные концепции системного анализа состоят в следующем:

  • процесс решения проблемы должен начинаться с выявления и обоснования конечной цели, которой хотят достичь в той или иной области и уже на этом основании определяются промежуточные цели и задачи
  • к любой проблеме необходимо подходить, как к сложной системе, выявляя при этом все возможные подроблемы и взаимосвязи, а также последствия тех или иных решений
  • в процессе решения проблемы осуществляется формирование множества альтернатив достижения цели; оценка этих альтернатив с помощью соответствующих критериев и выбор предпочтительной альтернативы
  • организационная структура механизма решения проблемы должна подчиняться цели или ряду целей, а не наоборот.

Системный анализ представляет собой многошаговый итеративный процесс, причем исходным моментов этого процесса является формулировка проблемы в некоторой первоначальной форме. При формулировке проблемы необходимо учитывать 2 противоречивых требования:

  1. проблема должна формулироваться достаточно широко, чтобы ничего существенного не упустить;
  2. проблема должна формироваться т.о., чтобы она была обозримой и могла быть структуризована. В ходе системного анализа степень структуризации проблемы повышается, т.е. проблема формулируется все более четко и исчерпывающе.

Рис. 1.5 — Один шаг системного анализа

  1. постановка проблемы
  2. обоснование цели
  3. формирование альтернатив
  4. исследование ресурса
  5. построение модели
  6. оценка альтернатив
  7. принятие решения (выбор одного решения)
  8. анализ чувствительности
  9. проверка исходных данных
  10. уточнение конечной цели
  11. поиск новых альтернатив
  12. анализ ресурсов и критериев

1.6 Основные этапы и методы СА

СА предусматривает: разработку системного метода решения проблемы, т.е. логически и процедурно организованную последовательность операций, направленных на выбор предпочтительной альтернативы решения. СА реализуется практически в несколько этапов, однако в отношении их числа и содержании пока еще нет единства, т.к. Э большое разнообразие прикладных проблем.

Приведем таблицу, которая иллюстрирует основные закономерности СА з-х различных научных школ.

Основные этапы системного анализа
По Ф. Хансману
ФРГ, 1978 год 		По Д. Джеферсу
США, 1981 год 		По В. В. Дружинину
СССР, 1988 год
  1. Общая ориентация в проблеме (эскизная постановка проблемы)
  2. Выбор соответствующих критериев
  3. Формирование альтернативных решений
  4. Выделение существенных факторов внешней среды
  5. Построение модели и ее проверка
  6. Оценка и прогноз параметров модели
  7. Получение информации на основе модели
  8. Подготовка к выбору решения
  9. Реализация и контроль
  1. Выбор проблемы
  2. Постановка задачи и ограничение степени ее сложности
  3. Установление иерархии, целей и задач
  4. Выбор путей решения задачи
  5. Моделирование
  6. Оценка возможных стратегий
  7. Внедрение результатов
  1. Выделение проблемы
  2. Описание
  3. Установление критериев
  4. Идеализация (предельное упрощение, попытка построения модели)
  5. Декомпозиция (разбивка по частям, нахождения решений по частям)
  6. Композиция («склеивание» частей вместе)
  7. Принятие наилучшего решения

В научный инструментарий СА входят следующие методы:

  • метод сценариев (пытаются дать описание системы)
  • метод дерева целей (есть конечная цель, она разбивается на подцели, подцели на проблемы и т.д., т.е. декомпозиция до задач, которые мы можем решить)
  • метод морфологического анализа (для изобретений)
  • методы экспертных оценок
  • вероятностно-статистические методы (теория МО, игр и т.д.)
  • кибернетические методы (объект в виде черного ящика)
  • методы ИО (скалярная opt)
  • методы векторной оптимизации
  • методы имитационного моделирования (например, GPSS)
  • сетевые методы
  • матричные методы
  • методы экономического анализа и др.

В процессе СА на разных его уровнях применяются различные методы, в которых эвристика сочетается с формализмом. СА выполняет роль методологического каркаса, объединяющего все необходимые методы, исследовательские приемы, мероприятия и ресурсы для решения проблем.

1.7 Система предпочтений ЛПР и системный подход к процессу принятия решений.

Процесс принятия решения состоит в выборе рационального решения из некоторого множества альтернативных решений с учетом системы предпочтений ЛПР. Как и всякий процесс, в котором участвует человек, имеет 2 стороны: объективную и субъективную.

Объективная сторона — это то, что реально вне сознания человека, а субъективная — это то, что находит отражение в сознании человека, т.е. объективное в сознании человека. Объективное отражается в сознании человека не всегда достаточно адекватно, однако от сюда не следует, что не может быть правильных решений. Практически верным считается такое решение, которое в главных чертах правильно отражает обстановку и соответствует поставленной задаче.

Система предпочтений ЛПР определяется многими факторами:

  • понимание проблемы и перспектив развития;
  • текущая информация о состоянии некоторой операции и внешние условия ее протекания;
  • директивы от вышестоящих инстанций и различного рода ограничений;
  • юридические, экономические, социальные, психологические факторы, традиции и др.

Рис. 1.6 — Система предпочтений ЛПР

  1. директивы от вышестоящих инстанций о целях и задачах операций (тех. процессы, прогнозирование)
  2. ограничения по ресурсам, степени самостоятельности и др.
  3. переработка информации
  4. операция
  5. внешние условия (внешняя среда), а) детерминирование; б) стохастические (ЭВМ отказывает через случайный интервал t); в) организованное противодействие
  6. информация о внешних условиях
  7. рациональное решение
  8. синтез управления (зависит от системы)

Находясь в этих тисках, ЛПР должен нормировать множество потенциально возможных решений из них. Из них отобрать 4-5 лучших и из них — 1 решение.

Системный подход к процессу принятия решений состоит в реализации 3-х взаимосвязанных процедур:

  1. Выделяется множество потенциально возможных решений.
  2. Из их числа отбирается множество конкурирующих решений.
  3. Выбирается рациональное решение с учетом системы предпочтений ЛПР.

Рис. 1.7 — Системный подход к процессу принятия решений

  1. возможные решения
  2. конкурирующие решения
  3. рациональное решение
  4. цель и задачи операции
  5. информация о состоянии операции
  6. информация о внешних условиях
    1. стохастические
    2. организованное противодействие
  7. ограничение по ресурсам
  8. ограничение по степени самостоятельности
  9. дополнительные ограничения и условия
    1. юридические факторы
    2. экономические факторы
    3. социологические факторы
    4. психологические факторы
    5. традиции и другое
  10. критерий эффективности

Современный системный анализ является прикладной наукой, нацеленной на выяснение причин реальных сложностей, возникших перед «обладателем проблемы» и на выработку вариантов их устранения. В наиболее развитой форме системный анализ включает и непосредственное, практическое улучшающее вмешательство в проблемную ситуацию.

Системность не должна казаться неким нововведением, последним достижением науки. Системность есть всеобщее свойство материи, форма ее существования, а значит, и неотъемлемое свойство человеческой практики, включая мышление. Всякая деятельность может быть менее или более системной. Появление проблемы — признак недостаточной системности; решение проблемы — результат повышения системности. Теоретическая мысль на разных уровнях абстракции отражала системность мира вообще и системность человеческого познания и практики. На философском уровне — это диалектический материализм, на общенаучном — системология и общая теория систем, теория организации; на естественно-научном — кибернетика. С развитием вычислительной техники возникли информатика и искусственный интеллект.

В начале 80-х годов стало очевидным, что все эти теоретические и прикладные дисциплины образуют как бы единый поток, «системное движение». Системность становится не только теоретической категорией, но и осознанным аспектом практической деятельности. Поскольку большие и сложные системы по необходимости стали предметом изучения, управления и проектирования, потребовалось обобщение методов исследования систем и методов воздействия на них. Должна была возникнуть некая прикладная наука, являющаяся «мостом» между абстрактными теориями системности и живой системной практикой. Она и возникла — сначала, как мы отмечали, в различных областях и под разными названиями, а в последние годы сформировалась в науку, которая получила название «системный анализ».

Особенности современного системного анализа вытекают из самой природы сложных систем. Имея в качестве цели ликвидацию проблемы или, как минимум, выяснение ее причин, системный анализ привлекает для этого широкий спектр средств, использует возможности различных наук и практических сфер деятельности. Являясь по существу прикладной диалектикой, системный анализ придает большое значение методологическим аспектам любого системного исследования. С другой стороны, прикладная направленность системного анализа приводит к использованию всех современных средств научных исследований — математики, вычислительной техники, моделирования, натурных наблюдений и экспериментов.

В ходе исследования реальной системы обычно приходится сталкиваться с самыми разнообразными проблемами; быть профессионалом в каждой из них невозможно одному человеку. Выход видится в том, чтобы тот, кто берется осуществлять системный анализ, имел образование и опыт, необходимые для опознания и классификации конкретных проблем, для определения того, к каким специалистам следует обратиться для продолжения анализа. Это предъявляет особые требования к специалистам-системщикам: они должны обладать широкой эрудицией, раскованностью мышления, умением привлекать людей к работе, организовывать коллективную деятельность.

Прослушав настоящий курс лекций, или прочитав несколько книг по данной теме нельзя стать специалистом по системному анализу. Как выразился У.Шекспир: «Если бы делать было бы столь легко, как знать, что надо делать — часовни были бы соборами, хижины — дворцами». Профессионализм приобретается в практике.

Рассмотрим любопытный прогноз наиболее быстро расширяющихся сфер занятости в США: Динамика в % 1990-2000гг.

  • средний медицинский персонал — 70%
  • специалисты по радиационным технологиям — 66%
  • агенты бюро путешествий — 54%
  • аналитики компьютерных систем — 53%
  • программисты — 48%
  • инженеры-электронщики — 40%

Развитие системных представлений

Что означает само слово «система» или «большая система», что означает «действовать системно»? Ответы на эти вопросы мы будем получать постепенно, повышая уровень системности наших знаний, в чем и состоит цель данного курса лекций. Пока же нам достаточно тех ассоциаций, которые возникают при употреблении в обычной речи слова «система» в сочетании со словами «общественно-политическая», «Солнечная», «нервная», «отопительная» или «уравнений», «показателей», «взглядов и убеждений». Впоследствии мы будем подробно и всесторонне рассматривать признаки системности, а сейчас отметим только самые очевидные и обязательные из них:

  • структурированность системы;
  • взаимосвязанность составляющих ее частей;
  • подчиненность организации всей системы определенной цели.

Системность практической деятельности

По отношению, например, к человеческой деятельности указанные признаки очевидны, поскольку каждый из нас легко обнаружит их в своей собственной практической деятельности. Всякое наше осознанное действие преследует вполне определенную цель; во всяком действии легко увидеть его составные части, более мелкие действия. При этом составные части выполняются не в произвольном порядке, а в определенной их последовательности. Это и есть определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, которая и является признаком системности.

Системность и алгоритмичность

Другое название для такого построения деятельности — алгоритмичность. Понятие алгоритма возникло вначале в математике и означало задание точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или другими математическими объектами. В последние годы начинает осознаваться алгоритмичность любой деятельности. Уже говорят не только об алгоритмах принятия управленческих решений, об алгоритмах обучения, алгоритмах игры в шахматы, но и об алгоритмах изобретательства, алгоритмах композиции музыки. Подчеркнем, что при этом делается отход от математического понимания алгоритма: сохраняя логическую последовательность действий, допускается, что в алгоритме могут присутствовать неформализованные действия. Таким образом, явная алгоритмизация любой практической деятельности является важным свойством ее развития.

Системность познавательной деятельности

Одна из особенностей познания — наличие аналитического и синтетического образов мышления. Суть анализа состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент. Но чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс — синтез. Это относится не только к индивидуальному мышлению, но и к общечеловеческому знанию. Скажем так, расчлененность мышления на анализ и синтез и взаимосвязанность этих частей являются важнейшим признаком системности познания.

Системность как всеобщее свойство материи

Здесь нам важно выделить ту мысль, что системность — это не только свойство человеческой практики, включающей и внешнюю активную деятельность, и мышление, но свойство всей материи. Системность нашего мышления вытекает из системности мира. Современные научные данные и современные системные представления позволяют говорить о мире как о бесконечной иерархической системе систем, находящихся в развитии и на разных стадиях развития, на разных уровнях системной иерархии.

Подведем итог

В заключении, в качестве информации к размышлению, приведем схему изображающую связь вопросов, рассмотренных выше.

Рис 1.8 — Связь вопросов рассмотренных выше

Центральной процедурой в системном анализе является построение обобщённой модели (или моделей), отображающей все факторы и взаимосвязи реальной ситуации, которые могут проявиться в процессе осуществления решения. Полученная модель исследуется с целью выяснения близости результата применения того или иного из альтернативных вариантов действий к желаемому, сравнительных затрат ресурсов по каждому из вариантов, степени чувствительности модели к различным нежелательным внешним воздействиям. Системный анализ опирается на ряд прикладных математических дисциплин и методов, широко используемых в современной деятельности управления: исследование операций, метод экспертных оценок, метод критического пути, теорию очередей и т. п. Техническая основа системного анализа -- современные вычислительные машины и информационные системы.

Методологические средства, применяемые при решении проблем с помощью системного анализа, определяются в зависимости от того, преследуется ли единственная цель или некоторая совокупность целей, принимает ли решение одно лицо или несколько и т. д. Когда имеется одна достаточно четко выраженная цель, степень достижения которой можно оценить на основе одного критерия, используются методы математического программирования. Если степень достижения цели должна оцениваться на основе нескольких критериев, применяют аппарат теории полезности, с помощью которого проводится упорядочение критериев и определение важности каждого из них. Когда развитие событий определяется взаимодействием нескольких лиц или систем, из которых каждая преследует свои цели и принимает свои решения, используются методы теории игр.

Эффективность исследования систем управления во многом определяется выбранными и использованными методами исследования. Чтобы облегчить выбор методов в реальных условиях принятия решения, необходимо разделить методы на группы, охарактеризовать особенности этих групп и дать рекомендации по их использованию при разработке моделей и методик системного анализа.

Всю совокупность методов исследования можно разбить на три большие группы: методы, основанные на использовании знаний и интуиции специалистов; методы формализованного представления систем управления (методы формального моделирования исследуемых процессов) и комплексированные методы.

Как уже отмечалось, специфической особенностью системного анализа является сочетание качественных и формальных методов. Такое сочетание составляет основу любой используемой методики. Рассмотрим основные методы, направленные на использование интуиции и опыта специалистов, а также методы формализованного представления систем.

Методы, основанные на выявлении и обобщении мнений опытных специалистов-экспертов, использовании их опыта и нетрадиционных подходов к анализу деятельности организации включают: метод "Мозговой атаки", метод типа "сценариев", метод экспертных оценок (включая SWOT-анализ), метод типа "Дельфи", методы типа "дерева целей", "деловой игры", морфологические методы и ряд других методов.

Перечисленные термины характеризуют тот или иной подход к активизации выявления и обобщению мнений опытных специалистов-экспертов (термин "эксперт" в переводе с латинского означает "опытный"). Иногда все эти методы называют "экспертными". Однако есть и особый класс методов, связанных непосредственно с опросом экспертов, так называемый метод экспертных оценок (так как при опросах принято проставлять оценки в баллах и рангах), поэтому названные и подобные им подходы иногда объединяют термином "качественные" (оговаривая условность этого названия, так как при обработке мнений, полученных от специалистов, могут использоваться и количественные методы). Этот термин (хотя и несколько громоздкий) в большей мере, чем другие отражает суть методов, к которым вынуждены прибегать специалисты, когда они не только не могут сразу описать рассматриваемую проблему аналитическими зависимостями, но и не видят, какие из рассмотренных выше методов формализованного представления систем могли бы помочь получить модель.

Методы типа "мозговой атаки". Концепция мозговой атаки получила широкое распространение с начала 50-х годов как "метод систематической тренировки творческого мышления", направленный на "открытие новых идей и достижение согласия группы людей на основе интуитивного мышления".

Методы данного типа преследуют основную цель - поиск новых идей, их широкое обсуждение и конструктивную критику. Основная гипотеза заключается в предположении, что среди большого числа идей имеются, по меньшей мере, несколько хороших. В зависимости от принятых правил и жесткости их выполнения различают прямую мозговую атаку, метод обмена мнениями, методы типа комиссий, судов (когда одна группа вносит как можно больше предложений, а вторая - старается их максимально критиковать) и т.п. В последнее время иногда мозговую атаку проводят в форме деловой игры.

Методы типа "сценариев". Методы подготовки и согласования представлений о проблеме или анализируемом объекте, изложенных в письменном виде, получили название сценариев. Первоначально этот метод предполагал подготовку текста, содержащего логическую последовательность событий или возможные варианты решения проблемы, развернутые во времени. Однако позднее обязательное требование временных координат было снято, и сценарием стали называть любой документ, содержащий анализ рассматриваемой проблемы и предложения по ее решению или по развитию системы, независимо от того, в какой форме он представлен. Как правило, на практике предложения для подготовки подобных документов пишутся экспертами вначале индивидуально, а затем формируется согласованный текст.

Роль специалистов по системному анализу при подготовке сценария - помочь привлекаемым ведущим специалистам соответствующих областей знаний выявить общие закономерности системы; проанализировать внешние и внутренние факторы, влияющие на ее развитие и формирование целей; определить источники этих факторов; проанализировать высказывания ведущих специалистов в периодической печати, научных публикациях и других источниках научно-технической информации; создать вспомогательные информационные фонды (лучше автоматизированные), способствующие решению соответствующей проблемы.

Сценарий позволяет создать предварительное представление о проблеме (системе) в ситуациях, когда не удается сразу отобразить ее формальной моделью. Но все же сценарий - это текст со всеми вытекающими последствиями (синонимия, омонимия, парадоксы), связанными с возможностью неоднозначного его толкования разными специалистами. Поэтому такой текст следует рассматривать как основу для разработки более формализованного представления о будущей системе или решаемой проблеме.

Методы экспертных оценок. Основа этих методов - различные формы экспертного опроса с последующим оцениванием и выбором наиболее предпочтительного варианта. Возможность использования экспертных оценок, обоснование их объективности базируется на том, что неизвестная характеристика исследуемого явления трактуется как случайная величина, отражением закона распределения которой является индивидуальная оценка эксперта о достоверности и значимости того или иного события.

При этом предполагается, что истинное значение исследуемой характеристики находится внутри диапазона оценок, полученных от группы экспертов и что обобщенное коллективное мнение является достоверным. Наиболее спорным моментом в данных методиках является установление весовых коэффициентов по высказываемым экспертами оценкам и приведение противоречивых оценок к некоторой средней величине.

Экспертный опрос - это не одноразовая процедура. Такой способ получения информации о сложной проблеме, характеризующейся большой степенью неопределенности, должен стать своего рода "механизмом" в сложной системе, т.е. необходимо создать регулярную систему работы с экспертами.

Одной из разновидностей экспертного метода является метод изучения сильных и слабых сторон организации, возможностей и угроз ее деятельности - метод SWOT-анализа.

Данная группа методов находит широкое применение в социально-экономических исследованиях.

Методы типа "Делъфи". Первоначально метод "Дельфи" был предложен как одна из процедур при проведении мозговой атаки и должен помочь снизить влияние психологических факторов и повысить объективность оценок экспертов. Затем метод стал использоваться самостоятельно. Его основа - обратная связь, ознакомление экспертов с результатами предшествующего тура и учет этих результатов при оценке значимости экспертов.

В конкретных методиках, реализующих процедуру "Дельфи", это средство используется в разной степени. Так, в упрощенном виде организуется последовательность итеративных циклов мозговой атаки. В более сложном варианте разрабатывается программа последовательных индивидуальных опросов с помощью анкет-вопросников, исключающих контакты между экспертами, но предусматривающих ознакомление их с мнениями друг друга между турами. Вопросники от тура к туру могут уточняться. Для снижения таких факторов, как внушение или приспособление к мнению большинства иногда требуется, чтобы эксперты обосновали свою точку зрения, но это не всегда приводит к желаемому результату, а напротив, может усилить эффект приспособляемости. В наиболее развитых методиках экспертам присваивают весовые коэффициенты значимости их мнений, вычисляемые на основе предшествующих опросов, уточняемые от тура к туру и учитываемые при получении обобщенных результатов оценок.

Методы типа "дерева целей". Термин "дерево" предполагает использование иерархической структуры, полученной путем разделения общей цели на подцели, а их, в свою очередь, на более детальные составляющие, которые можно называть подцелями нижележащих уровней или, начиная с некоторого уровня, - функциями.

Метод "дерева целей" ориентирован на получение относительно устойчивой структуры целей проблем, направлений, т.е. такой структуры, которая на протяжении какого-то периода времени мало изменялась при неизбежных изменениях, происходящих в любой развивающейся системе.

Для достижения этого при построении первоначального варианта структуры следует учитывать закономерности целеобразования и использовать принципы формирования иерархических структур.

Морфологические методы. Основная идея морфологического подхода - систематически находить все возможные варианты решения проблемы путем комбинирования выделенных элементов или их признаков. В систематизированном виде метод морфологического анализа был впервые предложен швейцарским астрономом Ф. Цвикки и часто так и называется "метод Цвикки".

Деловые игры - метод имитации выработан для принятия управленческих решений в различных ситуациях путем игры по заданным правилам группы людей или человека и компьютера. Деловые игры позволяют с помощью моделирования и имитации процессов выйти на анализ, решение сложных практических задач, обеспечить формирование мыслительной культуры, управления, мастерства общения, принятия решений, инструментальное расширение управленческих навыков.

Деловые игры выступают как средства анализа систем управления и подготовки специалистов.

Для описания систем управления на практике используется ряд формализованных методов, которые в разной степени обеспечивают изучение функционирования систем во времени, изучение схем управления, состава подразделений, их подчиненности и т.д., с целью создания нормальных условий работы аппарата управления, персонализации и четкого информационного обеспечения управления

Одна из наиболее полных классификаций, базирующаяся на формализованном представлении систем, т.е. на математической основе, включает следующие методы:

  • - аналитические (методы как классической математики, так и математического программирования);
  • - статистические (математическая статистика, теория вероятностей, теория массового обслуживания);
  • - теоретико-множественные, логические, лингвистические, семиотические (рассматриваемые как разделы дискретной математики);

графические (теория графов и пр.).

Классу плохо организованных систем соответствует в данной классификации статистические представления. Для класса самоорганизующихся систем наиболее подходящими являются модели дискретной математики и графические модели, а также их комбинации.

Прикладные классификации ориентированы на экономико-математические методы и модели и в основном определяются функциональным набором задач, решаемых системой.

Рассмотрим примеры системного анализа:

Пример . Рассмотрим простую задачу - пойти утром на занятия в вуз. Эта часто решаемая студентом задача имеет все аспекты:

  • - материальный, физический аспект - студенту необходимо переместить некоторую массу, например, учебников и тетрадей на нужное расстояние;
  • - энергетический аспект - студенту необходимо иметь и затратить конкретное количество энергии на перемещение;
  • - информационный аспект - необходима информация о маршруте движения и месторасположении вуза и ее нужно обрабатывать по пути своего движения;
  • - человеческий аспект - перемещение, в частности, передвижение на автобусе невозможно без человека, например, без водителя автобуса;
  • - организационный аспект - необходимы подходящие транспортные сети и маршруты, остановки и т.д.;
  • - пространственный аспект - перемещение на определенное расстояние;
  • - временной аспект - на данное перемещение будет затрачено время (за которое произойдут соответствующие необратимые изменения в среде, в отношениях, в связях).

Все типы ресурсов тесно связаны и сплетены. Более того, они невозможны друг без друга, актуализация одного из них ведет к актуализации другого.

Типы мышления

Особый тип мышления - системный, присущий аналитику, который хочет не только понять суть процесса, явления, но и управлять им. Иногда его отождествляют с аналитическим мышлением, но это отождествление не полное. Аналитическим может быть склад ума, а системный подход есть методология, основанная на теории систем.

Предметное (предметно-ориентированное) мышление - это метод (принцип), с помощью которого можно целенаправленно (как правило, с целью изучения) выявить и актуализировать, познать причинно-следственные связи и закономерности в ряду частных и общих событий и явлений. Часто это методика и технология исследования систем.

Системное (системно-ориентированное) мышление - это метод (принцип), с помощью которого можно целенаправленно (как правило, с целью управления) выявить и актуализировать, познать причинно-следственные связи и закономерности в ряду общих и всеобщих событий и явлений. Часто это методология исследования систем.

При системном мышлении совокупность событий, явлений (которые могут состоять из различных составляющих элементов) актуализируется, исследуется как целое, как одно организованное по общим правилам событие, явление, поведение которого можно предсказать, прогнозировать (как правило) без выяснения не только поведения составляющих элементов, но и качества и количества их самих. Пока не будет понятно, как функционирует или развивается система как целое, никакие знания о ее частях не дадут полной картины этого развития.

  • Перевод

Системный анализ обеспечивает строгий подход к технике принятия решений. Он используется для исследования альтернатив и включает моделирование и имитацию, анализ затрат, анализ технических рисков и анализ эффективности.

В отличие от SWEBoK , SEBoK распространен в России намного меньше. По крайней мере при подготовке учебного курса для магистратуры, найти хоть каких-то переводов его статей мне не удалось. А тем не менее, книга структурирует очень полезные и пока что разрозненные знания в области разработки больших систем и, в том числе, системного анализа.

Так как мой курс касался именно системного анализа, под катом будет перевод этой главы SEBoK… Но это всего несколько глав одного из 7 разделов книги.

P.S. Буду благодарен за комментарии и Ваше мнение об этой статье (качестве, необходимости) и об интересе к системному анализу и системной инженерии.

Основные принципы системного анализа

Одна из основных задач системной инженерии является оценка результатов, полученных в результате ее процессов. Сравнение, проведение оценки – это центральный объект системного анализа, обеспечивающего необходимые техники и средства для:
  • Определения критериев сравнения на основе системных требований;
  • Оценки предполагаемых свойств каждого альтернативного решений в сравнении с выбранными критериями;
  • Сводной оценки каждого варианта и ее объяснения;
  • Выбора наиболее подходящего решения.

Процесс анализа и выбора между альтернативными решениями выявленной проблемы/возможности описывается во 2 разделе SEBoK (глава Системный подход в проектировании систем). Определим основные принципы системного анализа:

  • Системный анализ – итеративный процесс, состоящий из оценки альтернативных решений, полученных в процессе синтеза системы.
  • Системный анализ основывается на критериях оценки, основанных на описании проблемы или возможности системы;
    • Критерии основываются на базе идеального описания системы;
    • Критерии должны учитывать требуемое поведение и свойства системы в итоговом решении, во всех возможных более широких контекстах;
    • Критерии должны включать нефункциональные вопросы, например: безопасность и защищенность системы и т.д. (подробнее описывается в главе «Системная инженерия и специальное проектирование»).
    • «Идеальная» система может поддерживать «нестрогое» описание, из которого могут быть определены «нечеткие» критерии. Например, стейкхолдеры выступают за или против некоторых видов решений, соответствующие социальные, политические или культурные условности должны также учитываться и т.д.
  • Критерии сравнения должны включать, как минимум, ограничения по расходам и времени, приемлемые для стейхолдеров.
  • Системный анализ предоставляет отдельный механизм исследования компромиссов для анализа альтернативных решений
    • Исследование компромиссов – междисциплинарный подход для поиска наиболее сбалансированного решения среди множества предполагаемых жизнеспособных вариантов.
    • При исследовании рассматривается весь набор критериев оценки, с учетом их ограничений и взаимосвязей. Создается «система критериев оценки».
    • При сравнении альтернатив придется иметь дело одновременно с объективными и субъективными критериями. Необходимо особо внимательно относиться к определению влияния каждого критерия на общую оценку (чувствительность общей оценки).
Примечание: «Мягкое»/«нестрогое» и «строгое» описание системы отличается возможностью четко определить цели, задачи и миссию системы (для «мягких» систем это зачастую сделать крайне сложно).

Исследование компромиссов

Примечание: В нашей литературе чаще встречается термин «Анализ альтернатив» или «Оценка альтернатив»
В контексте описания системы, исследование компромиссов состоит из сравнения характеристик каждого элемента системы и каждого варианта архитектуры систем для определения решения, в целом наиболее подходящего по оцениваемым критериям. Анализ различных характеристик выполняется в процессах анализа затрат, анализа рисков, и анализа эффективности. С точки зрения системной инженерии эти три процесса будут рассматриваться более подробно.

Все методы анализа должны использовать общие правила:

  • Критерии оценки используются для классификации различных вариантов решения. Они могут быть относительные или абсолютные. Например, максимальная цена на единицу продукции – в рублях, снижение затрата - %, повышение эффекивности - %, снижение риска так же в %.
  • Определяются допустимые границы критериев оценки, которые применяется во время анализа (например, вид издержек, которые необходимо принять во внимание; приемлемые технические риски и т.д.);
  • Для сравнения количественных характеристик используются шкалы оценки. Их описание должно включать максимальный и минимальный предел, а также порядок изменения характеристики в этих пределах (линейная, логарифмическая и т.д.).
  • Оценочный балл присваивается каждому варианту решения по всем критериям. Цель исследования компромиссов – обеспечить количественное сравнение по трем направлениям (и их декомпозиции на отдельные критерии) для каждого варианта решения: затраты, риск и эффективность. Эта операция как правило сложна и требует создания моделей.
  • Оптимизация характеристик или свойств улучшает оценку наиболее интересных решений.
Процесс принятия решений – это не точная наука, поэтому исследование альтернатив имеет свои ограничения. Необходимо принимать во внимание следующие проблемы:
  • Субъективные критерии оценки – персональное мнение аналитика. Например, если компонент должен быть красивым, то что собой представляет критерий «красивый»?
  • Неопределенные данные. Например, инфляция должна быть учтена при расчете затрат на обслуживание для полного жизненного цикла системы. Как системный инженер может прогнозировать развитие инфляции в следующие пять лет?
  • Анализ чувствительности. Общая оценка, выставляемая каждому альтернативному решению, не абсолютна; поэтому рекомендуется проводить анализ чувствительности, который учитывает небольшие изменения «весов» каждого критерия оценки. Оценка считается надежной, если изменение «весов» не изменяет существенно саму оценку.

Тщательно проведенное исследование компромиссов определяет допустимые значения результатов.

Анализ эффективности

Анализ эффективности отталкивается от контекста использования системы или проблемы.

Эффективность решения определяется исходя из выполнения основных и дополнительных функций системы, которые выявляются исходя удовлетворения требований стейкхолдеров. Для продуктов, это будет набор общих нефункциональных качеств, например: безопасность, защищенность, надежность, ремонтопригодность, удобство использования и т.д. Эти критерии часто точно описаны в смежных технических дисциплинах и сферах. Для услуг или организаций, критерии могут быть больше связаны с определением потребностей пользователей или целей организации. Типичные характеристики таких систем включают устойчивость, гибкость, возможность развития и т.д.

В дополнение к оценке абсолютной эффективности решения, необходимо также учитывать ограничения по затратам и времени реализации. В целом, роль системного анализа сводится к выявлению решений, которые могут обеспечить эффективность в какой-то мере с учетом затрат и времени выделенных для каждой заданной итерации.

Если ни одно из решений не может предоставить уровень эффективности, оправдывающий предполагаемые инвестиции, тогда необходимо вернуться к первоначальному состоянию проблемы. Если хотя бы один из вариантов показывает достаточную эффективность, тогда может выполняться выбор.

Эффективность решения включает несколько существенных характеристик (но не ограничивается): производительность, удобство использования, надежность, производство, обслуживание и поддержку, и т.д. Анализ в каждом из этих направлений выделяет предложенные решения с точки зрения различных аспектов.

Важно установить классификацию важности аспектов для анализа эффективности, т.н. ключевые показатели производительности. Основная сложность анализа эффективности – правильно отсортировать и выбрать набор аспектов, в точки зрения которых оценивается эффективность. Например, если продукт выпускается для одноразового использования, ремонтопригодность не будет подходящим критерием.

Анализ затрат

Анализ затрат рассматривает затраты полного жизненного цикла. Базовый набор типовых расходов может изменяться для конкретного проекта и системы. В структуру затрат могут входить как трудовые затраты (на оплату труда), так и не трудовые.
Тип Описание и пример
Разработка Проектирование, разработка инструментов (оборудование и программное обеспечение), управление проектом, тестирование, макетирование и прототипирование, обучение и т.д.
Производство продукта или оказание услуги Сырье и поставки, запасные части и складской запас, необходимые для работы ресурсы (вода, электричество и т.д.), риски, эвакуация, переработка и хранение отходов или брака, административные расходы (на налоги, администрацию, документооборот, контроль качества, уборку, контроль и т.д.), упаковка и хранение, необходимая документация.
Продажи и постпродажное обслуживание Расходы на сеть продаж (филиалы, магазины, сервисные центры, дистрибьюторов, получение информации и т.д.), работу с жалобами и обеспечение гарантии и т.д.
Использование у клиентов Налоги, установка (у заказчика), необходимые для работы ресурсы (вода, топливо и т.д.), финансовые риски и т.д.
Поставки Транспортировка и доставка
Обслуживание Сервисные центры и выезды, профилактика, контроль, запасный части, затраты на гарантийное обслуживание и т.д.
Удаление Сворачивание, демонтаж, транспорт, уничтожение отходов и т.д.

Методы определения стоимости затрат описываются в разделе «Планирование» (раздел 3).

Анализ технических рисков

Риск – потенциальная неспособность к достижению целей в рамках определенных затрат, графика и технических ограничений. Состоит из двух частей:
  1. Вероятность реализации (вероятность того, что риск оправдается, и цели не будут достигнуты);
  2. Степень влияния или последствия реализации.
Каждый риск имеет вероятность больше 0 и меньше 1, степень влияния больше 0 и сроки в будущем. В случае, если вероятность равна 0 – риска нет, если равна 1 – это уже факт, а не риск; если степень влияния равна 0 - риска нет, т.к. нет никаких последствий его возникновения (можно игнорировать); если сроки не в будущем – значит это уже свершившийся факт.

Анализ рисков в любой сфере основан на трех факторах:

  1. Анализ наличия потенциальных угроз или нежелательных событий и вероятности их возникновения.
  2. Анализ последствий выявленных угроз и их классификация по шкале тяжести.
  3. Снижение вероятности угроз или уровня их воздействия до приемлемых значений.
Технические риски реализуются, когда система перестает удовлетворять требованиям к ней. Причины этого находятся либо в требованиях, либо в самом решении. Они выражаются в виде недостаточной эффективности и могут иметь несколько причин:
  • Неправильная оценка технологических возможностей;
  • Переоценка технической готовности элемента системы;
  • Аварии из-за износа или устаревания оборудования, комплектующих или ПО,
  • Зависимость от поставщика (несовместимые детали, задержка поставки и т.д.);
  • Человеческий фактор (недостаточное обучение, неправильные настройки, недостаточная обработка ошибок, выполнение несоответствующих процедур, злой умысел) и т.д.
Технические риски не должны смешиваться с проектными рисками, хотя и методы управления ими совпадают. Не смотря на то, что технические риски могут приводить к проектным рискам, они ориентированы на саму систему, а не на процесс ее разработки (подробнее описано в главе «Управление рисками» раздела 3).

Процессный подход

Цель и принципы подхода

Процесс системного анализа используется для:
  1. Обеспечения строгого подхода к принятию решений, разрешения конфликта требований, и оценке альтернативных физических решений (отдельных элементов и всей архитектуры);
  2. Определения уровня удовлетворения требований;
  3. Поддержки управления рисками;
  4. Подтверждения, что решения принимаются только после расчета затрат, сроков, производительности и влияния рисков на проектирование или перепроектирование системы.
Этот процесс был также назван процессом анализа решений (NASA, 2007) и использовался для оценки технических задач, альтернативных решений и их неопределенности для принятия решений. Подробнее в главе «Управление решениями» (раздел 3).
Системный анализ поддерживает другие процессы описания системы:
  • Процессы описания требований стейкхолдеров и описания требований системы используют системный анализ для решения конфликтов между требованиями; в частности связанными с затратами, техническими рисками и эффективностью. Системные требования, подверженные высоким рискам или требующие существенных изменений архитектуры – дополнительно обсуждаются.
  • Процессы разработки логической и физической архитектуры используют системный анализ для оценки характеристик или разработки свойств вариантов архитектуры, получения обоснования для выбора наиболее эффективного варианта с точки зрения затрат, технических рисков и эффективности.
Как и любой процесс описания системы, системный анализ – повторяющийся. Каждая операция выполняется несколько раз, каждый шаг улучшает точность анализа.

Задачи в рамках процесса

Основные виды деятельности и задачи в рамках этого процесса включают:
  • Планирование изучения альтернатив:
    • Определение количества альтернативных вариантов для анализа, используемых методов и процедур, ожидаемых результатов (примеры объектов для выбора: поведенческий сценарий, физическая архитектура, элемент системы и т.д.), и обоснование.
    • Создание графика анализа согласно наличию моделей, технических данных (системные требования, описание свойств системы), квалификации персонала и выбранных процедур.
  • Определение критериев выбора модели:
    • Выбор критериев оценки из нефункциональных требований (производительность, условия эксплуатации, ограничения и т.д.) и/или описания свойств.
    • Сортировка и упорядочивание критериев;
    • Определение шкалы сравнения для каждого оценочного критерия, и определение веса каждого критерия в соответствии с его уровнем важности относительно других критериев.
  • Определение вариантов решений, связанных с ними моделей и данных.
  • Оценка вариантов с использованием ранее определенных методов и процедур:
    • Выполнение анализа затрат, анализа технических рисков и анализа эффективности, размещая все альтернативные варианты на шкале для каждого критерия оценки.
    • Оценить все альтернативные варианты по общей шкале оценок.
  • Предоставление результатов инициировавшему процессу: критериев оценки, выбор оценок, шкалы сравнения, результаты оценки для всех вариантов, и возможные рекомендации с обоснованием.

Артефакты и терминология процесса

В рамках процесса создаются такие артефакты, как:
  • Модель критериев выбора (список, шкалы оценки, веса);
  • Отчеты по анализу затрат, рисков, эффективности;
  • Отчет с обоснованием выбора.

В процессе используются термины, перечисленные в таблице ниже.

Термин Описание
Критерий оценки В контексте системного анализа, критерий оценки – характеристика, используемая для сравнения элементов системы, физической архитектуры, функциональных сценариев и других элементов, которые могут сравниваться.
Включает: идентификатор, название, описание, вес.
Оценочный выбор Управление элементами системы, на основе оценочного балла, который объясняет выбор элементов системы, физической архитектуры или сценария использования.
Оценочный балл (оценка) Оценочный балл получают элементы системы, физической архитектуры, функциональных сценариев используя набор критериев оценки.
Включает: идентификатор, название, описание, значение.
Затраты Значение в выбранной валюте, связанное со значением элемента системы и т.д.
Включает: идентификатор, название, описание, сумма, тип затрат (разработка, производство, использование, обслуживание, утилизация), метод оценки, период действия.
Риск Событие, которое может произойти и повлиять на цели системы или ее отдельные характеристики (технические риски).
Включает: идентификатор, название, описание, статус.

Проверка правильности системного анализа

Для получения проверенных результатов, необходимо обеспечить выполнение следующих пунктов:
  • Соответствие моделей и данных в контексте использования системы;
  • Соответствие критериев оценки относительно контекста использования системы;
  • Воспроизводимость результатов моделирования и расчетов;
  • Достаточный уровень точности шкал сравнения;
  • Доверие к оценкам;
  • Достаточный уровень чувствительности полученных баллов относительно весов критериев оценки.

Принципы использования моделей

  • Использование общих моделей. Различные типы моделей могут быть использованы в контексте системного анализа.
    • Физические модели – масштабные модели, позволяющие экспериментировать с физическими явлениями. Специфичны для каждой дисциплины; например: макеты, испытательные стенды, прототипы, вибростолы, декомпрессионные камеры, воздушные тоннели и т.д.
    • Модели представлений в основном используются для моделирования поведения системы. Например, диаграммы состояний и т.д.
    • Аналитические модели используются для установления значения оценок. Используют уравнения или диаграммы для описания реальной работы системы. Они могут быть как очень простые (сложение элементов), так и невероятно сложные (вероятностное распределение с несколькими переменными).
  • Использование необходимых моделей. На каждом этапе проекта должны использоваться соответствующие модели:
    • В начале проекта используются простые инструменты, позволяющие получить грубые приближения без особых затрат и усилий. Такого приближения бывает достаточно, чтобы сразу определить нереальные варианты решений.
    • По мере продвижения проекта необходимо повышать точность данных для сравнения еще конкурирующих вариантов. Работа будет сложнее при высоком уровне инноваций в проекте.
    • Системный инженер сам по себе не может моделировать сложную систему, для этого ему помогает эксперты из соответствующих предметных областей.
  • Экспертиза предметными экспертами: когда значение критерия оценки не может быть установлено объективно и точно. Экспертиза проводится в 4 этапа:
    1. Выбор респондентов для получения квалифицированных мнений по рассматриваемому вопросу.
    2. Создание проекта анкеты. Анкеты с точными вопросами проще оценивать, но если она слишком закрыта – есть риск упустить существенные пункты.
    3. Проведение интервью со специалистами по анкете, включая проведение углубленного обсуждения проблемы для получения более точного мнения.
    4. Анализ полученных результатов с несколькими разными людьми, сравнивая их отзывы до тех пор, пока соглашение классификации критериев оценки или вариантов решения не будет достигнуто.

    Наиболее часто используемые аналитические модели в рамках системного анализа приведены в таблице.

    Тип модели Описание
    Детерминированные (определенные) модели Детерминированной называется модель, которая не зависит от теории вероятности.
    • К этой категории относятся модели, основанные на статистике. Принцип состоит в создании модели на основании значительного количества данных и результатов прежних проектов. Могут применяться только к тем компонентам системы, технология которых уже известна.
    • Модели «по аналогии» также используют предыдущие проекты. Изучаемый элемент сравнивается с уже существующим элементом, с известными характеристиками. Затем эти характеристики уточняются на основе опыта специалистов.
    • Кривые обучения позволяют предвидеть изменение характеристики или технологии. Один из примеров: «Каждый раз, когда число произведенных модулей удваивается, стоимость этого модуля уменьшается на определенную, постоянную, долю».
    Стохастические (вероятностные) модели Если в модели среди величин имеются случайные, т.е. определяемые лишь некоторыми вероятностными характеристиками, то модель называется стохастической (вероятностной, случайной). В этом случае и все результаты, полученные при рассмотрении модели, имеют стохастический характер и должны быть соответственно интерпретированы.
    Теория вероятности позволяет классифицировать возможные решения как следствие множества событий. Эти модели применимы для ограниченного числа событий с простыми комбинациями возможных вариантов.
    Многокритериальные модели Если критериев больше 10, рекомендуется использовать многокритериальные модели. Они получаются в результате следующих действий:
    • Построить иерархию критериев;
    • Связать с каждым критерием каждой ветви дерева с его «весом» относительно критериев того же уровня.
    • Вычисляется вес для каждого «листа» критериев для каждой ветви умножением на все веса ветки.
    • Оценить каждый альтернативный вариант решения по листьям критериев, суммировать оценки и сравнить между собой.
    • С использованием компьютера можно провести анализ чувствительности для получения точного результата.
    Основные «подводные камни» и успешные практики системного анализа описаны в двух разделах ниже.

    Подводные камни

    Подводный камень Описание
    Аналитическое моделирование – не инструмент принятия решений Аналитическая модель предоставляет аналитический результат из анализированных данных. Ее следует рассматривать как помощь, но не как инструмент принятия решений.
    Модели и уровни декомпозиции системы Модель может быть хорошо адаптирована для энного уровня декомпозиции системы и несовместима с моделью более высокого уровня, которая использует данные дочерних уровней. Важно, чтобы системный инженер обеспечивал согласованность моделей на различных уровнях.
    Оптимизация – это не сумма оптимизированных элементов Общая оптимизация исследуемой системы – это не сумма оптимизации каждой ее части.

    Проверенные методики

    Методика Описание
    Оставаться в оперативном поле Модели никогда не смогут показать все поведение и реакцию системы: они работают в ограниченном пространстве с узким набором переменных. Используя модель, всегда необходимо убедиться, что входные данные и параметры являются частью операционного поля. Иначе есть высокий риск неправильных результатов.
    Развивайте модели Модели должны развиваться на протяжении проекта: путем изменения настроек параметров, вводя новые данные (изменение критериев оценки, выполняемых функций, требований и т.д.), и путем использования новых инструментов, когда предыдущие достигают предела своих возможностей.
    Используйте несколько типов моделей Рекомендуется одновременно использовать несколько различных типов моделей для сравнения результатов и учета других аспектов системы.
    Поддерживайте согласованность элементов контекста Результаты моделирования всегда получаются в рамках контекста моделирования: используемых инструментов, допущений, введенных параметров и данных, и разброса выходных значений.

Систем­ный анализ включает ряд этапов (проце­дур), направленных на последовательное приближение к требуемым результатам.

1. Постановка задачи. Опреде­ляются конечные цели и круг вопросов, требующих решения; анализируются ус­ловия функционирования системы; зада­ются ограничения, накладываемые на ус­ловия функционирования системы.

2. Исследования. На этом этапе происходят определение, анализ и обоб­щение данных, требуемых для решения проблемы; изучается структура анализи­руемой системы (проблемы); устанавлива­ются связи и возможные программы до­стижения целевой функции проводимого анализа. При этом следует иметь в виду, что обычно существует несколько различ­ных вариантов достижения целей. Важно учесть имеющиеся точки зрения на реша­емую проблему, чтобы исключить заведо­мо нерациональные действия.

Рассмотренные этапы являются наиме­нее формализуемыми. При определении целей деятельности и путей их достижения основную роль играют умение специалис­тов творчески мыслить, интуиция и т. п.

3. Анализ. Данная процедура пре­дусматривает построение моделей, выбор критериев эффективности и их использо­вание для предсказания последствий воз­можных действий, сравнение различных вариантов решений в аспекте последствий тех или иных действий. Используемый ма­тематический аппарат (методы и модели) обладает, разумеется, большими возмож­ностями. Однако применять его следует совместно с неформальными методами системного анализа. В противном случае из-за излишних упрощений или даже ис­кажений задача может утратить практичес­кую ценность. Необходимо помнить, что некоторые задачи подлежат решению толь­ко неформальными приемами. Качествен­ное вербальное описание является немало­важным условием системного анализа.

На основе сравнительного анализа раз­личных вариантов решения возникших проблем вырабатываются рекомендации для принимающих решение. По сути они являются продуктом системного анализа. Последующие этапы процесса системного анализа направлены на доведение полу­ченных рекомендаций до практической реализации.

4. Предварительное сужде­ние (согласование). С учетом получен­ных данных и дополнительной инфор­мации (при наличии таковой) произво­дятся выбор наилучших путей достижения целей, разработка заключений и рекомен­даций о целесообразном направлении действий.

5. Подтверждение (эксперимен­тальная проверка) принятых реше­ний.

6. Окончательное суждение (окончательный выбор наилучшего вари­анта решения).

7. Реализация принятого ре­шения.

Процесс системного анализа представлен в виде схемы, соглас­но которой последовательность этапов анализа обычно не ограничивается одно­кратным их воспроизведением и возмо­жен возврат с любого этапа к предыдущим (линии обратной связи), т. е. системный анализ - итеративный (лат. iteratio - пов­торение) процесс.


В контексте рассматриваемых вопросов привлекает внимание замечание Е. С. Квей-да («Анализ сложных решений», 1969), ко­торый пишет, что системный анализ не оз­начает, что мы делаем что-то совершенно новое, но мы делаем это лучше, чем рань­ше, систематизированно применяя новые методы, включая математические, элект­ронно-вычислительную технику и эксперт­ные оценки, уделяя большее внимание не­определенности и проверке полученных результатов в зависимости от изменения условий, определяющих функционирова­ние системы.

Спе­цифика системного анализа (И. В. Блауберг с соавторами):

1. При исследовании объекта как сис­темы описание элементов не носит са­модовлеющего характера, поскольку эле­мент рассматривается не «как таковой», а с учетом его «места» в целом.

2. В системном исследовании один и тот же «материал», субстант, выступает одновременно обладающим разными ха­рактеристиками, параметрами, функция­ми и даже принципами строения. Это про­является, например, в иерархичности строения систем.

3. Исследование системы оказывается, как правило, неотделимым от исследова­ния условий ее существования.

4. Для системного подхода специфич­на проблема создания свойств целого из свойств элементов, и наоборот.

5. В системном исследовании чисто причинные (в узком смысле этого слова) объяснения функционирования и разви­тия объекта, как правило, недостаточны. Так, для большого класса систем характер­на целесообразность как неотъемлемая черта их поведения, хотя целесообразное поведение не всегда укладывается в рамки причинно-следственной схемы.

6. Источник преобразований системы или ее функций находится обычно в самой системе. Поскольку это связано с целесо­образным характером поведения систем, важнейшая черта целого ряда системных объектов - самоорганизуемость. Отсюда вытекает обязательное допущение у систе­мы (или ее элементов) некоторого мно­жества индивидуальных характеристик и степеней свободы.

В заключение, обращаясь к суждениям Дж. Джефферса (1981), уместно подчерк­нуть, что системный анализ, будучи ши­рокой стратегией научного поиска, орга­низует наши знания об объекте таким об­разом, чтобы помочь выбрать нужную стратегию или предсказать результаты од­ной или нескольких стратегий, которые представляются целесообразными тем, кто должен принимать решения. В доста­точно благоприятных случаях стратегия, выбранная посредством системного ана­лиза, в некотором определенном смысле оказывается «наилучшей».

Системный анализ - упорядоченная и логическая орга­низация данных и информации в виде моде­лей, сопровождающаяся строгой проверкой и анализом самих моделей. При этом матема­тический аппарат и математические кон­цепции используются в рамках системати­зированного научного подхода к решению сложных проблем.

Лекция 6 .МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. ЭМПИРИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

1. Сущность, определения, классификация

Эмпирико-статистические моделиобъединяют в себе практически все биометрические методы первичной обработки экспериментальной информации. Основная цель построения этих моделей состоит в следующем:

· упорядочение или агрегирование экологической информации;

· поиск, количественная оценка и содержательная интерпретация причинно-следственных отношений между переменными экосистемы;

· оценка достоверности и продуктивности различных гипотез о взаимном влиянии наблюдаемых явлений и воздействующих факторов;

· идентификация параметров расчетных уравнений различного назначения.

Часто эмпирико-статистические модели являются "сырьем" и обоснованием подходов к построению моделей других типов (в первую очередь, имитационных).

Важным методологическим вопросом являетсяопределениехарактера зависимости между факторами и результативными показателями: функциональная она или стохастическая, прямая или обратная, прямолинейная или криволинейная и т.д. Здесь используются теоретико-статистические критерии, практический опыт, а также способы сравнения параллельных и динамичных рядов, аналитических группировок исходной информации, графические методы и др.

Детерминированный анализ представляет собой методику исследования влияния факторов, связь которых с результативным показателем носит явно выраженный функциональный характер, т.е. когда результативный показатель представляется в виде произведения, частного или алгебраической суммы исходных факторов. В этих случаях исследователь сам берет на себя ответственность в том, что:

· причинно-следственная связь между изучаемыми явлениями действительно существует;

· эта связь носит именно постулируемый функциональный характер (аддитивный, мультипликативный, кратный или смешанный с заранее подобранными коэффициентами, отражающими субъективный опыт разработчика).

Стохастический анализ представляет собой обширный класс методов, опирающихся на теоретико-вероятностные представления, теоремы, критерии и методы параметрической и непараметрической статистики.

Исходный объект в любой системе обработки данных – это эмпирический ряд наблюдений или выборка . Выборки, описывающие явления и процессы в экосистеме, находятся во взаимосвязи, взаимозависимости и обусловленности. При этом каждое явление можно рассматривать и как причину, и как следствие. Одни выборки могут быть непосредственно связаны между собой, образуя подмножества сопряженных данных, другие могут соотноситься друг с другом косвенно.

Согласно классификации статистических методов, принятой в [Прикладная статистика.., 1987; Орлов, URLа,б], прикладная статистика делится на следующие четыре области:

o статистика (числовых) случайных величин;

o многомерный статистический анализ;

o статистика временных рядов и случайных процессов;

o статистика объектов нечисловой природы.

В вероятностной теории статистики выборка – это совокупность независимых одинаково распределенных случайных элементов. Природа этих элементов может быть различной. В классической математической статистике (той, что обычно преподают студентам) элементы выборки – это числа. Многомерный статистический анализ оперирует с векторами и матрицами данных. В нечисловой статистике элементы выборки – это объекты нечисловой природы, которые нельзя складывать и умножать на числа (другими словами, объекты нечисловой природы лежат в пространствах, не имеющих формальной векторной структуры).

Следует оговориться, что не существует какой-либо однозначной классификации эмпирико-статистических методов. Например, широкий пласт методов кластерного анализа, распознавания образов, анализа экспертных оценок и др., подробно описанных в части 3, занимают промежуточное положение: используя некоторые теоремы классической теории вероятностей, они имеют принципиально детерминированные механизмы поиска и основаны на эвристических алгоритмах.

Поделиться:

Похожие статьи