14

Лекция 6

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Учебные вопросы:

1. Методология системных исследований

2. Сущность системного подхода

2.1. Определение основных понятий системного подхода

2.2. Принципы системного подхода

2.3. Стадии исследования систем

1. МЕТОДОЛОГИЯ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Системные исследования - особая форма науч­но-технической деятельности, ориентированная на специфические методы описания, изучения конструирования сложных объектов, представляю­щих собой различного рода системы.

В соответствии с современными воззрениями в системных исследова­ниях выделяются четыре основных уровня методологических знаний:

- философские основания системных исследований;

- общенаучные методологические принципы и формы исследования систем различной природы;

- конкретно-научная методология системного исследования в специаль­ных научных дисциплинах;

- методика и техника системных исследований конкретных объектов.

Эти уровни отражают специфическую иерархию методологических нап­равлений системных исследований - философско-мировоззренческую как раздел современной философии и собственно системную, включающую сис­темный подход и системный анализ.

Системный подход относится ко второму уровню методологического знания, т.е. это общенаучная концепция, реализующая принцип системнос­ти в принципах и методах решения сложных междисциплинарных проблем.

Сис­темный анализ реализует третий и четвертый уровни методологических знаний. Приме­нительно к исследованию эффективности ТС задачи системного анали­за заключаются в разработке методов содержательного и формального сис­темного описания объектов управления, выявлении закономерностей их функционирования и развития, построении системной теории и практичес­ких методов управления этими объектами.

2. СУЩНОСТЬ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

2.1 Определение основных понятий системного подхода

Системный подход предполагает применение целого ряда понятий и определений. К ним относятся понятие системы, элемента, связи, структуры и т.д.

Система представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных регулярным взаимодействием и направленных на достижение определенной цели.

Элемент - это часть системы, имеющая определенное функциональное назначение, внутреннее строение которой не рассматривается в рамках поставленной задачи.

Связью назовем важный для целей рассмотрения обмен между элемен­тами веществом, энергией, информацией.

Система определяется как объект, который должен обладать, по крайней мере, следующими четырьмя свойствами:

- целостность и членимость;

- наличие существенных связей между элементами;

- определенная организация элементов, формирующая структуру системы;

- существование интегративных качеств у системы в целом, которыми не обладают никакие отдельно взятые ее элементы.

Ключевым понятием теории систем и определяющим свойством любой системы является ее целостность. В целостной системе отдельные части функ­ционируют совместно, составляя в совокупности процесс функционирования системы как целого. Каждый элемент может рассматриваться только в его связи с другими элементами системы.

Функционирование разнородных взаимосвязанных элементов порождает качественно новые функциональные свойства целого, не имеющие аналогов в свойствах его элементов. Это означает принципиальную несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов и невыводимость свойств целостной системы из свойств элементов.

Структурой системы называется ее расчленение на группы элементов с указанием связей между ними, неизменное на время рассмотрение и даю­щее представление о системе в целом. Можно считать, что структура - это способ организации целого из составных частей.

Структура может иметь:

- материальную (вещественную);

- функциональную;

- алгоритмическую и другую основу.

Структуру системы удобно изображать в виде графической схемы, состоящей из ячеек (групп) и соединяющих их линий (связей). Такие схемы называются структурными.

Приведем примеры структур. Вещественная структура гусеничного движителя танков семейства Т-72 состоит из двух ведущих колес, двух гу­сениц, двух направляющих колес с механизмами натяжения, двенадцати опорных и шести поддерживающих катков. Грубая структурная схема такой системы укажет только ее элементы (узлы) и порядок их соединения. Пос­ледние и есть связи, которые здесь носят силовой характер.

Пример функциональной структуры - это деление силовой установки танков се­мейства Т-72 на системы питания топливом, питания воздухом, смазки, охлаждения, подогрева и воздушного запуска.

Пример системы, где ве­щественные и функциональные структуры слиты, - это подразделения войс­кового формирования, занимающиеся разными сторонами выполнения одной и той же боевой задачи.

Типичной алгоритмической структурой будет алго­ритм (схема) программного средства, указывающая последовательность действий. Также же алгоритмической структурой будет инструкция, опре­деляющая действия при отыскании неисправности технического объекта.

Структура системы может быть охарактеризована по имеющимся в ней (или преобладающим) типам связей. Простейшими из них являются после­довательное, параллельное соединение элементов и обратная связь.

Близким к понятию структуры является термин "декомпозиция".

Декомпозицией называется деление системы на части, удобное для каких-либо операций с этой системой. Примерами декомпозиции будут:

- рассмотрение физического явления, происходящего в отдельно взятой час­ти системы (рассмотрение процессов, происходящих в амортизаторе танка, как отдельно взятой части системы подрессоривания);

- разделение объекта на отдельно проектируемые части, зоны обслуживания (разделение комп­лекса основного вооружения танка на подсистемы поиска, подготовки пер­вого выстрела, решение задачи встречи снаряда с целью и поражения це­ли).

Важнейшим стимулом и сутью декомпозиции является упрощение систе­мы, слишком сложной для рассмотрения целиком.

Иерархией назовем структуру с наличием подчиненности, т.е. нерав­ноправных связей между элементами, когда воздействия в одном из нап­равлений оказывают гораздо большее влияние на элемент, чем в другом.

Виды иерархически структур разнообразны. Среди них встречаются такие экзотические, как кольцевые (первый элемент доминирует над вто­рым, второй - над третьим и т.д., но последний - над первым!) или ме­няющие направление доминирования. Но основных, важных для практики иерархических структур все две - древовидная (веерная) и ромбовидная.

Древовидная структура наиболее проста для анализа и реализации. В ней почти всегда удобно выделять так называемые иерархические уровни - группы элементов, находящихся на одинаковом иерархическом (по числу промежуточных элементов) удалении от верхнего (главенствующего) эле­мента.

Ромбовидная структура ведет к двойной (иногда и более) подчинен­ности, отчетности, принадлежности нижнего элемента. В технике - это участие данного элемента в работе более чем одного узла, блока, ис­пользование одних и тех же данных или результатов измерений в разных задачах.

Перейдем к введению следующей важной группы понятий. До сих пор мы называли связью воздействия одного элемента (или группы элементов) на другой (группу). Ничто не мешает распространить понятие связи и на взаимодействие системы с"не-системой", т.е. с внешней средой. Следующий шаг в исследовании связей в системе состоит в выде­лении для данного элемента: а) всех тех воздействий, которые он испы­тывает со стороны других элементов и "не-системы"; б) воздействий, ко­торые он оказывает на другие элементы и "не-систему". Первую группу воздействий принято называть входами (воздействия "на элемент"), а вторую - выходами (воздействия "от элемента").

Введем понятия состояния и процесса в системе.

Ситуация при фиксированных значениях характеристик в системе, важных для це­лей рассмотрения, называется состоянием системы.

Процессом назовем набор состояний системы, соответствующий упоря­доченному непрерывному или дискретному изменению некоторого параметра, определяющего характеристики (свойства) системы.

Для пояснения определения сразу же приведем пример.

Состояние автомата заряжания основного вооружения танка будем ха­рактеризовать положением его основного рабочего органа - досылателя. Сделаем серию фотографий досылателя, на которых он находится в разных точках пространства. Будет ли этот набор фотоснимков характеризовать какой-нибудь процесс? Без дополнительной информации это неизвестно. Если это последовательные во времени положения досылателя, то это - да (параметр процесса - время). Если же снимки сделаны наугад или переме­шаны, то соответствующий набор состояний не будет процессом.

Процесс движения (изменения) системы во времени называют динами­кой системы. Параметрами процесса могут также выступать температура, давление, другие физические величины.

2.2 Принципы системного подхода

Принцип конечной цели: абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели.

Принцип единства: совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов).

Принцип связности: рассмотрение любой части совместно с ее связя­ми с окружением.

Принцип иерархии: полезно введение иерархии частей (элементов) и (или) их ранжирование.

Принцип функциональности: совместное рассмотрение структуры и функции с приоритетом функции над структурой.

Принцип развития: учет изменяемости системы, ее способности к развитию, расширению, замене частей, накапливанию информации.

Принцип децентрализации: сочетание в принимаемых решениях и уп­равлении централизации и децентрализации.

Принцип неопределенности: учет неопределенностей и случайностей в системе.

Рассмотрим введенные принципы более подробно.

Первый из них - принцип конечной цели - означает, что в целенаправленной системе все должно быть подчинено глобальной цели. Любая по­пытка изменения, совершенствования и управления в такой системе должна оцениваться с точки зрения того, помогает или мешает она достижению конечной цели.

Принцип единства предусматривает изучение системы во взаимодейс­твии с окружающей средой и выделение возмущающих факторов, а также изучение состава системы на основе выделения ее составных элементов, взаимодействие которых обеспечивает присущие системе в целом новые ка­чественные особенности.

Изучение военно-технических систем во взаимодействии с окружающей средой и выделение возмущающих факторов может быть сведено к определе­нию реакций от других систем (рис.1). Так для танка с позиции принципа единства требуется изучение условий его функционирования (климатичес­кие условия, время суток, дорожно-грунтовые условия и т.д.), взаимо­действия с другими системами (учет информации, поступаемой от команди­ра взвода; учет результатов действий других боевых машин) и возможного противодействия противника.

Д Е Й С Т В И Е

УСЛОВИЯ РЕАКЦИИ

Система Цель

П Р О Т И В О Д Е Й С Т В И Е

Рис.1. Изучение военно-технической системы во взаимодействии с окружающей средой

Принципы выделения составных элементов системы определяются объ­ектом и задачей исследования. В военно-техническом анализе при расс­мотрении системы в условиях операции целесообразно выделять действую­щее звено, представляющее собой компонент системы, непосредственно вы­полняющий задачу операции, и обеспечивающее звено - компонент, участ­вующий в операции с целью обеспечения функционирования системы. В сос­таве действующего звена можно выделить средство воздействия, непос­редственно решающее поставленную задачу, и средство доставки, которое доставляет средство воздействие в область непосредственного воздейс­твия по объекту.

Принцип иерархии акцентирует внимание на полезности отыскания или создания в системе иерархического (доминирующего) характера связей между элементами, подсистемами и целями.

Принцип функциональности утверждает, что любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей, и исследовать (создавать) структуру необходимо после уяснения функций в системе.