Методологические основы системного анализа

Семинар 1.

Методологические основы системного анализа

1. Понятие системы. Основные характеристики системы. Система  как модель общего характера. Целостность системы. Соотношение целого и части.. Внутренние переменные. Внутреннее описание изменения систем (общая теория систем). Внешнее описание изменения систем (кибернетическая трактовка).

Существует много определений системы.

1. Система есть комплекс элементов, находящийся во взаимодействии.

2. Система — это множество объектов вместе с отношениями этих объектов.

3. Система — множество элементов находящихся в отношениях или связях друг с другом, образующая целостность или органическое единство (толковый словарь)

Термины «отношение» и «взаимодействие» используются в самом широком смысле, включая весь набор родственных понятий таких как ограничение, структура, организационная связь, соединение, зависимость и т.д.

Таким образом, система S представляет собой упорядоченную пару S=(A, R), где  A — множество элементов; R — множество отношений между A.

Система — это полный, целостный набор элементов (компонентов), взаимосвязанных и взаимодействующих между собой так, чтобы могла реализоваться функция системы.

Исследование объекта как системы предполагает использование ряда систем представлений (категорий) среди которых основными являются:

1. Структурное представление связано с выделением элементов системы и связей между ними.

2. Функциональные представление систем — выделение совокупности функций (целенаправленных действий) системы и её компонентов направленное на достижение определённой цели.

3. Макроскопическое представление — понимание системы как нерасчленимого целого, взаимодействующего с внешней средой.

4. Микроскопическое представление основано на рассмотрении системы как совокупности взаимосвязанных элементов. Оно предполагает раскрытие структуры системы.

5. Иерархическое представление основано на понятии подсистемы, получаемом при разложении (декомпозиции) системы, обладающей системными свойствами, которые следует отличать от её элемента — неделимого на более мелкие части (с точки зрения решаемой  задачи). Система может быть представлена в виду совокупностей подсистем различных уровней, составляющую системную иерархию, которая замыкается снизу только элементами.

6. Процессуальное представление предполагает понимание системного объекта как динамического объекта, характеризующегося последовательностью его состояний во времени.

Рассмотрим определения других понятий, тесно связанных с системой и ее характеристиками.

Объект.

Объектом познания является часть реального мира, которая выделяется и воспринимается как единое целое в течение длительного времени. Объект может быть материальным и абстрактным, естественным и искусственным. Реально объект обладает бесконечным набором свойств различной природы. Практически в процессе познания взаимодействие осуществляется с ограниченным множеством свойств, лежащих в приделах возможности их восприятия и необходимости для цели познания. Поэтому система как образ объекта задаётся на конечном множестве отобранных для наблюдения свойств.

Внешняя среда.

Понятие «система» возникает там и тогда, где и когда мы материально или умозрительно проводим замкнутую границу между неограниченным или некоторым ограниченным множеством элементов. Те элементы с их соответствующей взаимной обусловленностью, которые попадают внутрь, — образуют систему.

Те элементы, которые остались за пределами границы, образуют множество, называемое в теории систем «системным окружением» или просто «окружением», или «внешней средой».

Из этих рассуждений вытекает, что немыслимо рассматривать систему без ее внешней среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия с окружением, являясь при этом ведущим компонентом этого воздействия.

В зависимости от воздействия на окружение и характер взаимодействия с другими системами функции систем можно расположить по возрастающему рангу следующим образом:

• пассивное существование;

• материал для других систем;

• обслуживание систем более высокого порядка;

• противостояние другим системам (выживание);

• поглощение других систем (экспансия);

• преобразование других систем и сред (активная роль).

Всякая система может рассматриваться, с одной стороны, как подсистема более высокого порядка (надсистемы), а с другой, как надсистема системы более низкого порядка (подсистема). Например, система «производственный цех» входит как подсистема в систему более высокого ранга — «фирма». В свою очередь, надсистема «фирма» может являться подсистемой «корпорации».

Обычно в качестве подсистем фигурирует более или менее  самостоятельные части систем, выделяемые по определённым признакам, обладающие относительной самостоятельностью, определённой степенью свободы.

Компонент — любая часть системы, вступающая в определённые отношения с другими частями (подсистемами, элементами).

Элементом системы является часть системы с однозначно определёнными свойствами, выполняющие определённые функции и не подлежащие дальнейшему разбиению в рамках решаемой задачи (с точки зрения исследователя).

Понятие элемент, подсистема, система взаимопреобразуемы, система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка (метасистема), а элемент при углубленном анализе, как система. То обстоятельство, что любая подсистема является одновременно и относительно самостоятельной системой приводит к 2 аспектам изучения систем: на макро- и микро- уровнях.

При изучение на макроуровне основное внимание уделяется взаимодействию системы с внешней средой. Причём системы более высокого уровня можно рассматривать как часть внешней среды. При таком подходе главными факторами являются целевая функция системы (цель), условия её функционирования. При этом элементы системы изучаются с точки зрения организации их в единое целое, влияние на функции системы в целом.

На микроуровне основными становятся внутренние характеристики системы, характер взаимодействия элементов между собой, их свойства и условия функционирования.

Для изучения системы сочетаются оба компонента.

Структура системы.

Под структурой системы понимается устойчивое множество отношений, которое сохраняется длительное время неизменным, по крайней мере в течение интервала наблюдения. Структура системы опережает определенный уровень сложности по составу отношений на множестве элементов системы или что эквивалентно, уровень разнообразий проявлений объекта.

Связи — это элементы, осуществляющие непосредственное взаимодействие между элементами (или подсистемами) системы, а также с элементами и подсистемами окружения.

Связь — одно из фундаментальных понятий в системном подходе. Система как единое целое существует именно благодаря наличию связей между ее элементами, т.е., иными словами, связи выражают законы функционирования системы. Связи различают по характеру взаимосвязи как прямые и обратные, а по виду проявления (описания) как детерминированные и вероятностные.

Прямые  связи  предназначены  для  заданной  функциональной передачи вещества, энергии, информации или их комбинаций — от одного элемента к другому в направлении основного процесса.

Обратные связи, в основном, выполняют осведомляющие функции, отражая изменение состояния системы в результате управляющего воздействия на нее. Открытие принципа обратной связи явилось выдающимся событием в развитии техники и имело исключительно важные последствия. Процессы управления, адаптации, саморегулирования, самоорганизации, развития невозможны без использования обратных связей.

Рис. — Пример обратной связи

С помощью обратной связи сигнал (информация) с выхода системы (объекта управления) передается в орган управления. Здесь этот сигнал, содержащий информации о работе, выполненной объектом управления, сравнивается с сигналом, задающим содержание и объем работы (например, план). В случае возникновения рассогласования между фактическим и плановым состоянием работы принимаются меры по его устранению.

Основными функциями обратной связи являются:

1. противодействие тому, что делает сама система, когда она выходит за установленные пределы (например, реагирование на снижение качества);

2. компенсация возмущений и поддержание состояния устойчивого равновесия системы (например, неполадки в работе оборудования);

3. синтезирование внешних и внутренних возмущений, стремящихся вывести систему из состояния устойчивого равновесия, сведение этих возмущений к отклонениям одной или нескольких управляемых величин (например, выработка управляющих команд на одновременное появление нового конкурента и снижение качества выпускаемой продукции);

4. выработка управляющих воздействий на объект управления по плохо формализуемому закону. Например, установление более высокой цены на энергоносители вызывает в деятельности различных организаций сложные изменения, меняют конечные результаты их функционирования, требуют внесения изменений в производственно-хозяйственный процесс путем воздействий, которые невозможно описать с помощью аналитических выражений.

Нарушение обратных связей в социально-экономических системах по различным причинам ведет к тяжелым последствиям. Отдельные локальные системы утрачивают способность к эволюции и тонкому восприятию намечающихся новых тенденций, перспективному развитию и научно обоснованному прогнозированию своей деятельности на длительный период времени, эффективному приспособлению к постоянно меняющимся условиям внешней среды.

Особенностью социально-экономических систем является то обстоятельство, что не всегда удается четко выразить обратные связи, которые в них, как правило, длинные, проходят через целый ряд промежуточных звеньев, и четкий их просмотр затруднен. Сами управляемые величины нередко не поддаются ясному определению, и трудно установить множество ограничений, накладываемых на параметры управляемых величин. Не всегда известны также действительные причины выхода управляемых переменных за установленные пределы.

Детерминированная (жесткая) связь, как правило, однозначно определяет причину и следствие, дает четко обусловленную формулу взаимодействия элементов. Вероятностная (гибкая) связь определяет неявную, косвенную зависимость между элементами системы. Теория вероятности предлагает математический аппарат для исследования этих связей, называемый «корреляционными зависимостями».

Критерии — признаки, по которым производится оценка соответствия функционирования системы желаемому результату (цели) при заданных ограничениях.

Эффективность системы — соотношение между заданным (целевым) показателем результата функционирования системы и фактически реализованным.

Функционирование любой произвольно выбранной системы состоит в переработке входных (известных) параметров и известных параметров воздействия окружающей среды в значения выходных (неизвестных) параметров с учетом факторов обратной связи.

Вход — все, что изменяется при протекании процесса (функционирования) системы.

Выход — результат конечного состояния процесса.

Процессор — перевод входа в выход.

Система осуществляет свою связь со средой следующим образом.

Вход данной системы является в то же время выходом предшествующей, а выход данной системы — входом последующей. Таким образом, вход и выход располагаются на границе системы и выполняют одновременно функции входа и выхода предшествующих и последующих систем.

Управление системой связано с понятиями прямой и обратной связи, ограничениями.

Обратная связь — предназначена для выполнения следующих операций:

• сравнение данных на входе с результатами на выходе с выявлением их качественно-количественного различия;

• оценка содержания и смысла различия;

• выработка решения, вытекающего из различия;

• воздействие на ввод.

Ограничение — обеспечивает соответствие между выходом системы и требованием к нему, как к входу в последующую систему — потребитель. Если заданное требование не выполняется, ограничение не пропускает его через себя. Ограничение, таким образом, играет роль согласования функционирования данной системы с целями (потребностями) потребителя.

Определение функционирования системы связано с понятием «проблемной ситуации», которая возникает, если имеется различие между необходимым (желаемым) выходом и существующим (реальным) входом.

Проблема — это разница между существующей и желаемой системами. Если этой разницы нет, то нет и проблемы.

Решить проблему — значит скорректировать старую систему или сконструировать новую, желаемую.

Состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени.

Общая теория систем (ОТС) — научная дисциплина, изучающая самые фундаментальные понятия и аспекты систем. Она изучает различные явления, отвлекаясь от их конкретной природы и основываясь лишь на формальных взаимосвязях между различными составляющими их факторами и на характере их изменения под влиянием внешних условий, при этом результаты всех наблюдений объясняются лишь взаимодействием их компонентов, например характером их организации и функционирования, а не с помощью непосредственного обращения к природе вовлечённых в явления механизмов (будь они физическими, биологическими, экологическими, социологическими, или концептуальными)

Для ОТС объектом исследования является не «физическая реальность», а «система», т.е. абстрактная формальная взаимосвязь между основными признаками и свойствами.

При системном подходе объект исследования представляется как система. Само понятие система может быть относимо к одному из методологических понятий, поскольку рассмотрение объекта исследуется как система или отказ от такого рассмотрения зависит от задачи исследования и самого исследователя.

Семинар 2.

Элементы общей теории систем

1. Классификация систем. Открытые и закрытые системы. Детерминированные и вероятностные (стохастические) системы. Иерархические системы. Статические системы. Динамические системы и динамические модели систем. Сложные системы. Диффузные системы как класс сложных систем. Диссипативные системы. Нечеткие («размытые») системы. Системы управления. Когнитивные системы. Нелинейные системы.

В основе классификаций систем лежат определения наиболее существенных признаков или их сочетания, которые описывают некоторую общность свойств систем (рис. 3.6).

К искусственным системам относятся системы, созданные человеком, а к естественным – созданные самой природой.

Различают и такие системы, как детерминированные и вероятностные (стохастические), динамические и статические, с централизованным управлением и самоорганизующиеся.

К детерминированным относятся системы, действие которых однозначно определяется приложенным к ним воздействием (действие предсказуемо). В противоположность им в аналогичных условиях действие вероятностных систем случайно.

Различают также открытые и закрытые системы. Закрытые системы имеют фиксированные границы и относительно независимы от внешней среды (например, часы). Открытые системы взаимодействуют с внешней средой и приспосабливаются к ее изменениям, обмениваясь с ней ресурсами (например, живой организм).

Закрытая система характеризуется тем, что она не только игнорирует внешнее воздействие (не принимает энергию из внешней среды), но и сама не передает энергию во внешнюю среду.

Открытые системы нацелены на активное взаимодействие с внешней средой. Взаимодействие системы с внешней средой проявляется через обратную связь. Обмен ресурсами поддерживает равновесное положение системы во внешней среде.

Динамические системы – это системы развивающиеся, изменяющиеся во времени. Статические же системы представляют собой неподвижную модель реальной действительности, отражающие моментальное состояние какого-либо объекта.

Системы, в которых некоторый элемент (центральная подсистема) играет главную роль в их функционировании, называются централизованными. В таких системах незначительные изменения центральной подсистемы приводят к значительным изменениям всей системы. В децентрализованных системах центральной подсистемы нет; подсистемы имеют примерно равную ценность для системы.

Классификации систем

Чаще всего в процессе исследования систем используются три основных класса: абстрактные, естественные и искусственные. Первые – являются основой для эволюции научных теорий познания, в то время как вторые – для выявления закономерностей и формулирования законов природы всех явлений, третьи – применяются для развития отраслевых научных знаний.

Абстрактные системы – это системы теоретико-методологического характера, позволяющие описывать общие и специфическое свойства организационной структуры элементов, связей и отношений в целостном образовании для познания, изучения и проектирования состояния, поведения и развития исследуемого сложного объекта в качестве системы.

К естественным системам принято относить те системы, которые имеют естественно-природное происхождение, а к искусственным – все остальные, созданные человеком.

Как было уже отмечено, в зависимости от выбора критерия, по которому ведется оценка систем, может быть создано бесконечное множество классов систем. Например, если в основу классификации положить происхождение естественно существующих объектов и объектов, созданных человеком, то можно составить три класса систем: естественные, искусственные и смешанные.

Естественные системы, в свою очередь, могут включать в себя подсистемы:

• живые (например, любое животное);

• неживые (например, земная кора);

• экологические (например, любой водоем);

• социальные (например, семья) и другие подсистемы.

К искусственным системам обычно относят орудия труда, машины и механизмы, автоматы и роботы.

Смешанные системы объединяют искусственные и естественные системы:

• эргономические (например, токарный станок и токарь);

• биотехнологические (например, микроорганизмы и технологическое оборудование);

• организационные (например, коллектив работников предприятия и средства производства);

• автоматизированные (например, автомат, приводимый в действие оператором).

Конечно же, каждая из перечисленных подсистем может быть представлена более детализированными подсистемами. Графическая модель приведенной классификации показана на рис. 3.7.

Семинар 3

Теоретические основы системного анализа

1. Ситуационный подход как методология  исследования  проблем, вызванных конкретными  условиями и обстоятельствами. Ситуационный анализ (экспресс-анализ) текущего состояния организации. Проблемная ситуация и  ситуационные факторы. Методология ситуационного подхода. Синергетический подход. Динамические процессы в сложных нелинейных системах.

 Ситуационный подход

Как и системный, ситуационный подход не является простым набором предписываемых руководств, это скорее способ мышления об организационных проблемах и их решениях. В нем также сохранена концепция процесса управления, применимая ко всем организациям. Но ситуационный подход признает, что, хотя общий процесс одинаков, специфические

приемы, которые должен использовать руководитель для эффективного достижения

целей организации, могут значительно варьировать.

Напри мер, все организации должны создавать структуры для того, чтобы добиться

своих целей. Однако, существует множество различных способов построения организационных структур. Может быть создано много или мало уровней управления. Руководители среднего и низового звеньев могут получить большую долю участия в принятии решений, или наоборот — руководители высшего звена могут резервировать за собой право принимать самые ответственные решения. Если определенный род деятельности может логически соответствовать двум различным подразделениям, руководство должно решить, кто же из них будет конкретно заниматься этим. Например, научные исследования и разработки могут осуществляться под руководством вице-президента по маркетингу или по производству, но могут рассматриваться как важная самостоятельная функция с подчиненностью непосредственно президенту компании. Руководство должно определить, какая структура или прием управления наиболее подходит для данной ситуации. Более того, поскольку ситуация может меняться, руководство должно решать, как необходимо соответственно поменять организационную структуру, чтобы сохранить эффективность организации.

Ситуационный подход пытается увязать конкретные приемы и концепции с определенными конкретными ситуациями для того, чтобы достичь целей организации наиболее эффективно.

Ситуационный подход концентрируется на ситуационных различиях между организациями и внутри самих организаций. Он пытается определить, каковы значимые переменные ситуации и как они влияют на эффективность организации. Методологию ситуационного подхода можно объяснить как четырехшаговый процесс.

1.         Руководитель должен быть знаком со средствами профессионального управления, которые доказали свою эффективность. Это подразумевает понимание процесса управления, индивидуального и группового поведения, системного анализа, методов планирования и контроля и количественных методов принятия решений.

2.         Каждая из управленческих концепций и методик имеет свои сильные и слабые стороны, или сравнительные характеристики в случае, когда они применяются к конкретной ситуации. Руководитель должен уметь предвидеть вероятные последствия, — как положительные, так и отрицательные, — от применения данной методики или концепции. Приведем простой пример. Предложение удвоить зарплату всем служащим в ответ на дополнительную работу, вероятно, вызовет значительное повышение их мотивации на какое-то время. Но, сравнивая прирост затрат с полученными выгодами, мы видим, что такой путь может привести к разорению организации.

3.         Руководитель должен уметь правильно интерпретировать ситуацию. Необходимо правильно определить, какие факторы являются наиболее важными в данной ситуации и какой вероятный эффект может повлечь за собой изменение одной или нескольких переменных.

4.         Руководитель должен уметь увязывать конкретные приемы, которые вызвали бы наименьший отрицательный эффект и таили бы меньше всего недостатков, с конкретными ситуациями, тем самым обеспечивая достижение целей организации самым эффективным путем в условиях существующих обстоятельств.

Ситуационный анализ

Одним  из  эффективных  способов  самоанализа  и  самоконтроля  деятельности  коммерческого  предприятия  и  управления  является  ситуационный  анализ  или  SWOT-анализ  (strengths  —  сильные  стороны,  weaknesses  —  слабые  стороны,  opportunities  —  возможности  и  threats  —  угрозы).  Его  цель  —  продемонстрировать  руководству  состояние,  в  котором  находится  предприятие  на  данный  момент.  Качественно  осуществленный  ситуационный  анализ  помогает  руководству  даже  благополучного  предприятия  отойти  от  существующего  мнения  и  пересмотреть  положение  предприятия,  а  также  сформулировать  новые  программы,  которые  позволят  определить  необходимые  направления  действий,  включая  определение  перспективного  бизнес-плана,  маркетингового  плана  и  стратегической  программы  [2].

Содержание  SWOT-анализа  представлено  визуально  в  виде  таблицы,  в  которой  отображены  факторы  внутренней  и  внешней  среды  предприятия,  разделенные  на  четыре  категории  (таблица  1).