Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Случайность в сравнении с детерминизмом и сложностью



Можно сказать, что одним из основных интуитивных показателей сложности СУ является ее динамическое поведение, а именно: степень трудности наглядного объяснения и предсказания траекторий движущейся системы. В общем случае можно ожидать, что структурная сложность системы оказывает влияние на динамическое поведение системы, а следовательно, и на ее динамическую сложность. Однако обратное не верно. Система может быть структурно простой, т. е. иметь малую системную сложность, но ее динамическое поведение может быть чрезвычайно сложным.

Конечно, теория вероятности и статистика являются удобными инструментами для описания ситуаций, для которых характерна большая неопределённости. Однако, нет априорных математических оснований полагать, что механизм, порождающий неопределённость, по своей природе непременно стохастичен.

Очевидно, что если интерпретировать динамическую сложность как способность предсказать поведение системы, то рассмотренный процесс очень сложен, так как наблюдаемый выход полностью случаен.

 

 

Задачи исследования сложных систем.

1) Задача анализа состоит в изучении поведения и свойств системы, если заданы:

1. Характеристики внешней среды.

2. Структура системы (модель).

3. Характеристики системы (численные значения параметров).

Очень часто задачи анализа сводятся к расчету численного значения показателя эффективности системы.

2) Задача синтеза заключается в выборе оптимальных в том или ином смысле структуры системы или внутренних ее параметров при заданных характеристиках внешней среды и с учетом ограничений, накладываемых на систему. Иногда задача синтеза ставится как задача отыскания структуры системы или ее внутренних параметров, доставляющих заданное значение критерию эффективности.

Задача исследования системы.

Первый этап.

Формулировка задачи исследования. В ней раскрывается основная цель исследования, и формулируются условия, при которых решается задача.

Второй этап.

Содержательное описание и точная постановка задачи. Здесь необходимо четко определить основное содержание проблемы, установить границы ее решения, выявить основные факторы, влияющие на исследуемые процессы или систему, и определить отношения между ними. Задача может считаться поставленной точно, если используемая для решения информация является полной и непротиворечивой.

Третий этап.

Формализация задачи:

- разрабатывается модель системы;

- осуществляется аналитическое представление выбранного критерия эффективности.

Модель системы, полученная на этапе формализации, должна обладать следующими свойствами:

- независимость от физической природы объекта, описываемого выбранной моделью;

- содержательность;

- дедуктивность.

При разработке модели необходимо:

- выявить факторы, оказывающие влияние на ход исследуемого процесса или его результаты;

- выбрать те из них, которые поддаются формализованному представления;

- объединить по возможности выявленные факторы по общим признакам, сократив их перечень;

- установить количественные соотношения между ними.

Четвертый этап.

Исследование разрешимости задачи:

- исследование принципиальной разрешимости;

- выбор метода решения;

- исследование технической осуществимости и целесообразности решения задачи выбранным методом.

Выбор метода решения зависит от того, детерминированной или стохастической является модель изучаемой системы. Решение задачи целесообразно, если результат решения устаревает к моменту его получения и его использование не имеет смысла.

Пятый этап.

Разработка алгоритма решения задачи.

Шестой этап.

Реализация разработанного алгоритма.

Седьмой этап.

После выполнения алгоритма приступают к анализу полученных результатов. Если полученные результаты удовлетворяют предъявленным требованиям, то переходят к этапу использования результатов; если же результаты не удовлетворительны, то следует возвратиться к одному из предыдущих этапов проработки.

Заключительный этап.

Использование результатов решения задачи.

 

По состоянию во времени (статические и динамичные).

 

Шкалы времени

 

Другим важным аспектом динамической сложности является вопрос о различных шкалах времени для различных частей процесса. Часто возникают такие ситуации, когда скорости изменения компонент одного и того же процесса различны: одни компоненты изменяются быстрее, другие – медленнее.

Типичным примером такого процесса является регулирование уровня воды в системе водохранилищ. Для управления на уровне индивидуального распределения воды требуется принимать решения ежедневно (или даже ежечасно), хотя решение об общем потоке воды через вход-выход принимается раз в месяц или раз в квартал.

Проблема различных шкал времени напоминают проблему интегрирования “жестких” систем ДУ или когда имеем дело с некорректной проблемой.

Таким образом, первая компонента процесса изменяется на порядок быстрее, чем вторая, и любая попытка рассчитать траекторию системы численно требует использования такого малого шага интегрирования, который позволяет аккуратно отследить “быструю” компоненту.

Явление “жёсткости” в системах оказывает влияние на динамическую сложность системы, так как точное предсказание поведения системы требует дополнительных затрат на вычисление.

 

По обусловленности процессов управления (управляемые и самоуправляемые).

По методам формализованного описания объекта в качестве системы (адекватное, теоретико-множественное представление, информационное описание, имитационно-динамическое, структурно-лингвистическое представление и т.п.).

По методам моделирования процесса развития (методы индукционного и редукционного моделирования).

Лекция №5

Тема: Этапы исследования систем

Системный подход и системный анализ

 

Применения системных представлений для анализа сложных объектов и процессов рассматривают системные направления, включающие в себя: системный подход, системные исследования, системный анализ. За исключением системотехники, область которой ограничена техническими системами, все другие термины часто употребляются как синонимы. Однако в последнее время системные направления начали применять в более точном смысле.

 

Системный подход

 

Этот термин начал применяться в первых работах, в которых элементы общей теории систем использовались для практических приложений. Когда используется этот термин, подчеркивается необходимость исследования объекта комплексно. Оказалось, что с помощью многоаспектных исследований можно получить более правильное представление о реальных объектах, выявить их новые свойства, лучше определить взаимоотношения объекта с внешней средой, другими объектами. Заимствованные при этом понятия теории систем вводились не строго, не исследовался вопрос, каким классом систем лучше отобразить объект, какие свойства и закономерности этого класса следует учитывать при конкретных исследованиях и т. п. Иными словами, термин «системный подход» практически использовался вместо терминов «комплексный подход», «комплексные исследования».

 

Системные исследования

 

Любое научное исследование использует специальный язык описания объекта исследования. Этот язык называют понятийным или терминологическим. Один из великих мудрецов востока заметил - «Прежде чем затевать спор, необходимо договориться о терминах». Важными элементами научного языка исследования являются: понятие, термин, категория.

Понятие – это кратко сформулированное содержание мысли исследователя, отражающее общие и существенные признаки предмета или объекта. Формулирование научных понятий их корректировка и уточнение является результатом творческой научной деятельности исследователя и выражением его личного, субъективного взгляда.

Термин– это однозначное слово, которое дает обобщенное содержание понятию, используемое в научных теориях, обществе, технике и т.п. Термин являются специфическим элементом профессионального языка общения в науке. Например, прибыль – это экономический термин, а интерфейс это термин прикладной информатики. Уточнение терминов или формулировка новых терминов является результатом научно-теоретических исследований.

Категория– это обобщенное научное высказывание о сущности научного термина, выражающего законы природы, общества и мышления. Категориальный аппарат (язык) используется на этапе осмысления и познания закономерностей исследования научных проблем в природе, обществе и технике. Например, количество, качество, информация – это универсальные категории научных знаний.

Понятия, термины и категории создают систему научного языка описания явлений, процессов и предметов объективного мира.

В понятие системные исследования принято включать как процесс познания об объекте исследования на основе фундаментальных или прикладных научных знаний, так и процесс проектирования или создания новой системы знаний. Поэтому, системные исследования объекта имеют всегда два взаимодополняющих элемента - объективный и субъективный взгляды. Объективный взгляд формируется на базе научной методологии исследования. Субъективный взгляд - выражается в творческом подходе применения всего научного инструмента исследования, т.е. принципов и методов системного исследования.

Важными категориями любого исследования являются: принцип, метод, методология и методика. Определим сущность этих понятий.

Под принципом исследования следует понимать научную основу, первоначало, закономерность построения логики исследования для реализации главной идеи – цели исследования.

Часто принцип рассматривается как логический метод построения субъективных доказательств на базе эмпирических (опытных) или теоретических знаний. Логический метод построения исследования опирается на основы теории познания, т.е. использует различные способы, приемы и формы правильного построения мысли, суждений, умозаключений, доказательств. В научных исследованиях принцип может отождествляться с закономерностью или законом поведения или изменения состояния объекта исследования. Например, принцип эволюции предусматривает действие закона развития объекта как системы. Формулирование принципов системного исследования проблемы является научным результатом.

Под методом понимается способ или прием, используемый для достижения цели познания или создания нового знания. Метод является научным средством исследования объекта для получения новых знаний. Например, в теории познания анализ и синтез являются методами единого процесса познания о целостности явлений или объектов исследования. Анализ – это функция разделения целого на части. Синтез – это функция соединения, сочетания частей в единое целое.

Следует, отметить, что в общественных науках практически мало используется для исследования функция синтеза, т.к. это функция познания не всегда может быть представлена в формализованном виде. Этим можно объяснить те многочисленные противоречия, которые часто возникают между теоретическими положениями экономики и практическими результатами, получаемыми от применения экономико-математических моделей в управлении экономическими системами.

Методология– это совокупность познавательных средств, методов и приемов, используемых в научных исследованиях. Методология осуществляет «коммуникационную связь» между теоретическими построениями и практикой их реализации. Методология может развиваться как в области предметных наук, так и на междисциплинарном уровне. Целью развития современной научной методологии является критическое переосмысление понятийного аппарата предметных наук. Такое переосмысление ведет к изменению содержания сложившихся теорий, в основе которых лежит нелинейное научное представление о развитии систем различной природы в окружающей среде.

Методика– это совокупность способов и приемов для систематизированного и последовательного применения метода или методов с целью получения конкретного результата в практической деятельности.

Состояние системных исследований в настоящее время дифференцировалось на пять основных направлений или уровней исследования сложных объектов (систем):

1. Философский или мировоззренческий уровень, базирующейся на развитии системных идей, которые применяются в процессе анализа и синтеза научного и целостного представления об объективном мире с точки зрения материалистической диалектики;

2. Системный подход (СП), имеющий общенаучный (универсальный) статус и выполняющий специаль­но-методологическую функцию концептуального исследования сложных объектов на междисциплинарном уровне;

3. Общие положения теории систем (ТС), которые обладают не только теоретической основой для выявления общих законов и закономерностей функционирования систем, но и методологическими функциями исследования любого объекта как системы;

4. Предметные теории систем (ПТС), которым кро­ме специально-методологической функции исследования систем свойственны и предметно-теоретические функции выявления предметных ограничений и специфики исследования. Например, теория экономических учений, кибернетика, системотехника, теория функци­ональных систем, теория организации систем, теория исследования операций;

5. Системный анализ, представляющий со­бой систему принципов и методов применения различных формализованных (математических) методов исследования системы. Такая система базируются на реализации системных идей, положений, требований и ме­тодах вышестоящих уровней (отдельно или их сочетание) в решении конкретных задач в области познания и преобразова­ния разнообразных явлений природы и общества. Например, управления социальными, политическими, экономическими, психологически­ми и другими процессами, изучения биологических процессов, проектирования и конструирования искусственных систем и т.п.

Сущность системного анализа не только в разделении целого на части, но и синтезе свойств, связей и отношений частей в целом образовании. Цельюсистемного анализа является создание наиболее адекватной модели реального явления, процесса, объекта, сохраняя целостность его восприятия для исследования. Важной задачей системного анализа является уменьшение количества научных ограничений при исследовании целого объекта-системы.

Системный анализ долгие годы продуктивно использовался в моделировании сложных технических систем. При подготовке специалистов технических специальностей системный анализ изучается в рамках дисциплин, связанных с системотехникой. Для специалистов в области экономики и управления - это практически новая область знаний. В условиях риска, неопределенности и динамики окружающей среды такие знания становятся жизненно необходимыми.

В исследовании систем часто используются два основных понятия «системный подход» и «комплексный подход». Отличие их заключается в том, что в первом случае исследование ведется с учетом принципов целенаправленности, упорядоченности, организованности. Во втором случае – делается акцент на взаимосвязанность, взаимообусловленность, разносторонность и широту исследования проблемы.

Перечисленные выше уровни системных исследований составляют единый системный метод исследования любого объекта как целой системы (в широком смысле), включающий:

а) научно-методологический аппарат системных исследований (исходные категории, понятия, положения, закономерности, принципы и методы системного подхода);

б) основные теоретические положения и логико-математический аппарат теории систем и варианты предметных системных теорий;

в) специальные приемы и средства системного анализа, связанные со спецификой применения концептуально-логического и особенно математического аппарата ТС и ПТС к решению конкретных задач специальных наук.

Теоретической основой использованияединого системного метода исследования любого объекта в качестве организационной системы является фундаментальные положения теории систем.

 

Системный анализ

 

В настоящее время системный анализ является наиболее конструктивным направлением. Системный анализ это методология исследования целенаправленных систем.

Термин «системный анализ» впервые появился в связи с задачами военного управления в исследованиях RAND Corporation (1948), а в отечественной литературе получил широкое распространение после выхода в 1969 г. книги С. Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем».

В начале работы по системному анализу в большинстве случаев базировались на идеях теории оптимизации и исследования операций. При этом особое внимание уделялось стремлению в той или иной форме получить выражение, связывающее цель со средствами, аналогичное критерию функционирования или показателю эффективности, т. е. отобразить объект в виде хорошо организованной системы.

Так, например, в ранних материалах по разработке автоматизированных систем управления (АСУ) рекомендовалось цели представлять в виде набора задач и составлять матрицы, связывающие задачи с методами и средствами достижения. Однако при реализации этого подхода выясняется его недостаточность, и исследователи вынуждены прежде всего обращать внимание на необходимость построения моделей, не просто фиксирующих цели компоненты, связи между ними, а позволяющих накапливать информацию, вводить новые компоненты, выявлять новые связи т. е. отображать объект в виде развивающейся системы, не всегда предлагая, как это делать.

Позднее системный анализ начинают определять как «процесс последовательного разбиения изучаемого процесса на подпроцессы» (С. Янг) и основное внимание уделяют поиску приемов, позволяющих организовать решение сложной проблемы путем расчленения ее на подпроблемы и этапы, для которых становится возможным подобрать методы исследования и исполнителей. В большинстве работ стремились представить многоступенчатое расчленение в виде иерархических структур типа «дерева», но в ряде случаев разрабатывались методики получения вариантов структур, определяемых временными последовательностями функций.

В настоящее время системный анализ развивается применительно к проблемам планирования и управления, и в связи с усилением внимания к программно-целевым принципам в планировании, этот термин стал практически неотделим от терминов «целеобразование» и «программно-целевое планирование и управление». В работах этого периода системы анализируются как целое, рассматривается роль процессов целеобразования в развитии целого, роль человека. При этом оказалось, что в системном анализе не хватает средств: развиты в основном средства расчленения на части, но почти нет рекомендаций, как при расчленении не утратить целое. Поэтому наблюдается усиление внимания к роли неформализованных методов при проведении системного анализа. Вопросы сочетания и взаимодействия формальных и неформальных методов при проведении системного анализа не решены. Но развитие этого научного направления идет по пути их решения.

Основные процедуры системного анализа: ИЗМЕРЕНИЕ – ОЦЕНКА – ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ. Дадим им определения.

Измерение – процедура получения перечня параметров, необходимых и достаточных для однозначного и сравнимого описания объекта, позволяющая многократно использовать этот перечень для всего комплекса задач управления.

Оценка –процедура анализа и выбора альтернатив сравнением различных признаков состояния объекта с признаками его развития, ретроспективы или окружающей объект среды.

Принятие решения –процедура утверждения альтернативы, выбранной в результате оценки на основе синтеза возможных решений.

При решении разнообразных задач всегда встают вопросы: «из чего?», «как?», «что надо получить?». При решении конкретных задач не все процедуры и компоненты могут участвовать при решении. В одних случаях «измерение» уже выполнено, а необходимо произвести «оценку» и «принять решение».

Элементами системного анализа являются процедуры ИЗМЕРЕНИЕ, ОЦЕНКА, ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ, компоненты ВХОД, ПРОЦЕСС, ВЫХОД и время, которое при реализации системного анализа должны присутствовать постоянно и рассматриваться совместно.

Задачами системного анализа является выделение и синтез информации по процедурам и компонентам с одновременной разработкой альтернатив для принятия решения.

В функции системного анализа не входят задачи управления и задачи моделирования процессов в заданных ограничениях. Эти ограничения определяются в результате проведения системного анализа процессов.

Системный анализ обеспечивает получение и выбор существенных параметров процессов и взаимосвязей между параметрами как между всеми компонентами, так и внутри компонентов.

Теория БС с точки зрения системного анализа проблемы включает три основных научных направления:

1. Кибернетику как науку об управлении, включающую анализ информационных процессов в системах с управлением;

2. Исследование операций как науку, дающую количественное обоснование степени соответствия управления целевому назначению системы;

3. Экономические исследования (технико-экономические, военно-экономические исследования), дающие возможность анализировать процесс функционирования основных средств системы.

Следовательно, предметом теории систем применительно к большим организационным системам является круг проблем, связанных с анализом целенаправленной деятельности коллективов людей, функционирования техники, которой управляют люди, и техники с силами природы.

 

Этапы исследования систем

 

Под этапами понимается логическая последовательность использования всех средств системного анализа. Пять обязательных моментов исследования системы:

1. определение цели или системы целей;

2. выбор средств, с помощью которых цели могут быть достигнуты;

3. определение и формулировка критериев выбора альтернативных средств;

4. определение ресурсов для обеспечения управления системой, разработка необходимой и достаточной совокупности ресурсного обеспечения полного жизненного цикла системы;

5. разработка логической или математической модели системы, которая описывает системы связей и отношений между целями, альтернативными средствами их достижения и условиями окружающей среды, которые обеспечивают обмен необходимыми ресурсами.

Всесторонний, многофакторный анализ проблемы является начальным этапом системногоанализа. На этом этапе анализируется состояние системы в реальных условиях, определяются не соответствия условий существования системы, выявляются причинно-следственные связи возникновения проблемных ситуаций, определяется степень актуальности проблемы в научном и практическом смысле. Формулировка проблемы и выдвижение гипотезы для ее решения является результатом этого этапа системного анализа. На этом этапе широко используются методы логико-вербальных и логико-математических средств анализа и синтеза.

Метод сценария.

Позволяет в прогностическом плане качественно описать возможные варианты развития событий с исследуемым объектом-системой при различных сочетаниях факторов внешних и внутренних условий жизнеобеспечения. Метод сценария основан на сборе и получении достаточного объема информации, на основании которой можно прогнозировать с определенной степенью вероятности развитие проблемной ситуации.

Метод «Дельфи».

Используется для качественного анализа проблемы на основе построения предварительной модели, в которой учитывается экспертная оценка специалистов по определению ситуаций.

Метод «дерево целей».

Используется для оценки структуры модели цели и выявления отсутствия неучтенных связей с внешней средой, которые влияют на разрешение проблемной ситуации.

 

2.1.Этап определения системы

 

Сформулированная проблема должна быть определена как логическая система четко поставленных задач, решение которых позволить получить промежуточные и конечные результаты. Постановка задач и определение условий их решения дает возможность выделить их спецификацию. После этого исследователь обосновывает состав элементов, которые он выделяет в систему, т.е. определяет объект исследования. Вводятся условия ограничения объекта исследования, определяются его границы и условия взаимодействия с окружающей средой. На втором этапе системного анализа определяются научные позиции исследователя, т.е. языки описания для решения разных задач.

Результатом второго этапа системного анализа становится создание научной модели исследования объекта-системы. На данном этапе могут быть использованы все научные средства системного анализа, традиционные (матричные и кибернетические модели) и не традиционные (информационные, синергетические, имитационные и т.п.).

 






Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 136; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.182 с.) Главная | Обратная связь