На сегодняшний день при анализе сложных систем мы все больше и больше используется системный подход (или системный анализ). До этого большей популярностью пользовался классический (индуктивный подход), в котором систему рассматривали путем перехода от частного к общему, а синтез как слияние компонентов, разрабатываемых отдельно. В отличие от этого, системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды. В настоящее время этот подход является более эффективным.
Ключевые слова: системный анализ, моделирование, сложные системы, экономика, методы.
Today in the analysis of complex systems we increasingly use a systematic approach (or system analysis). Before that were more popular classic (inductive approach), in which the system is considered by transition from the particular to the General, and synthesis as a merger of components developed separately. In contrast, systematic approach provides a consistent transition from the General to the particular, when considering lies the goal, and the analyzed object is allocated from the environment. This approach is more effective.
Keywords: system analysis, modeling, complex systems, Economics, methods.
На сегодняшний день при анализе сложных систем мы все больше и больше используем системный подход (или системный анализ). До этого большей популярностью пользовался классический (индуктивный подход), в котором систему рассматривали путем перехода от частного к общему, а синтез как слияние компонентов, разрабатываемых отдельно. В отличие от этого системный подход предполагает последовательный переход от общего к частному, когда в основе рассмотрения лежит цель, причем исследуемый объект выделяется из окружающей среды. Этот подход является более эффективным.
Для того чтобы начать освещать тему: «Принципы системного анализа в моделировании систем», сначала следует разобраться с терминами, звучащими в названии — ответить на вопросы: «Что такое системный анализ? Что такое моделирование систем?».
Начнем с последнего. Моделирование — это методология научной и практической деятельности людей, основанная на построении, исследовании и использовании моделей. Моделирование необходимо для того, чтобы решать задачи изучения и исследования объектов и систем, предсказывая то, как они будут функционировать.
Системный анализ — это научный метод познания, который представляет собой последовательно определенных действий, необходимых для установления структурных связей между переменными и элементами выбранной нами системы [1]. Специфика системного анализа заключается в том, что он ориентируется на раскрытие целостности объекта и ее механизмов, выявляет различные типы связей сложного объекта и сводит их в единую теоретическую картину.
На самом деле, можно привести много определений системного подхода, но в рамках выбранной мною темы наиболее подходящим будет то, которое позволит оценить познавательную сущность данного подхода при таком методе исследования систем, как моделирование. Для этого нам нужно выделить систему S и внешнюю среду Е из объективно существующей реальности и описать системы исходя из общесистемных позиций.
Системой S мы назовем целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы. Внешней же средой Е называется множество элементов любой природы существующих за пределами системы, которые оказывают влияние на систему или находятся под ее воздействием. Стоит отметить, что если мы говорим о соотношении между самим объектом S и внешней средой Е, то они рассматриваются, исходя от цели исследования.
Системный анализ получил распространение в системотехнике из-за необходимости исследования больших реальных систем с минимальными издержками виде принятия ошибочных частных решений. Также нужно было рассматривать сложные стохастические связи в системе и воздействия на систему внешней среды Е.
Так как объекты моделирования в наши дни становятся все более сложными, появилась необходимость наблюдения их с более высокого уровня. В данном случае разработчик рассматривает систему S виде некоторой подсистемы какой-то метасистемы (иначе говоря, системы более высокого ранга) связи с чем, он вынужден перейти на позиции нового системного подхода, позволяющего ему построить не только исследуемую систему, которая решает изначально постановленные задачи, но и создавать систему, являющуюся составной частью метасистемы [3].
Таким образом, все зависит от уровня, на котором находится наблюдатель: мы можем иметь разный объект исследования, и данный объект может по-разному взаимодействовать с внешней средой.
Системный подход означает, что любая система S представляет собой интегрированное целое даже тогда, когда она состоит из отдельных разобщенных подсистем. Таким образом, в основе системного подхода лежит рассмотрение системы как интегрированного целого, и стоит заметить, что данное рассмотрение при разработке начинается с самого важного, а именно формулировки цели функционирования.
Поэтому первым шагом при применении системного анализа к моделированию систем является постановка цели моделирования. Разумеется, мы не можем полностью смоделировать реально функционирующую систему, поэтому создается не система-оригинал, а система-модель (вторая система) под поставленную проблему. Цель должна формулироваться качественно, включать в себя как можно больше информации, чтобы длительное время отображать объективные возможности данной системы моделирования. Заметим, что при количественной формулировке цели мы имеем целевую функцию, точно показывающую наиболее важные факторы, которые могут повлиять на достижение цели.
Касательно вопросов моделирования цель возникает из задач, которые ставит перед собой моделирование данной конкретной системы. Это позволяет выбрать критерии и оценить, какие элементы будут входить в создаваемую нами модель М.
Другой важной составляющей является определение структуры системы — совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Изучение структуры системы может происходить извне (с точки зрения состава отдельных подсистем и отношений между ними) или же изнутри (анализ отдельных свойств, изучение функций системы). Поэтому существует несколько подходов к исследованию структуры системы с ее свойствами, к которым, прежде всего, стоит отнести структурный подход и функциональный подход [5].
Если мы говорим о структурном подходе, его суть заключается в том, что выявляется состав выделенных элементов системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей между ними позволяет судить о структуре системы, которая рассматривается на разных уровнях.
Функциональный подход является менее общим, потому что в данном случае мы рассматриваем отдельные функции (алгоритмы поведения системы) и оцениваем их (насколько они эффективны для достижения цели системы). Функция отображает свойство, которое в свою очередь воссоздает взаимодействие системы S с внешней средой Е. Получается, что свойства могут быть выражены в виде либо некоторых характеристик элементов и подсистем системы, либо системы S в целом.
Если же мы имеем некий эталон сравнения, то можем ввести также количественныеикачественные характеристики систем. При количественной характеристике мы вводим числа, которые выражают отношения между данной характеристикой и эталоном. Качественные же характеристики системы могут быть найдены разными способами, например, с помощью метода экспертных оценок.
При моделировании важно максимально обеспечить эффективность модели (эффективность определяется как некоторая разность между показателями, которые были получены в итоге использования модели в добавок к тем затратам, что были вложены в ее создание и разработку).
С помощью базы системного подхода можно определить некоторую последовательность разработки моделей, которая состоит из двух основных стадий проектирования: макропроектирования и микропроектирования
Если говорить о стадии макропроектирования, то на основе данных о реальной системе S и внешней среде Е мы получаем модель внешней среды, выделяем ресурсы, учитываем ограничения, что возникают при построении модели системы. Затем выбирается модель системы вместе с критериями, которые позволяют оценить адекватность модели М реальной системы S. После того как мы построили модель системы и модель внешней среды, на основе критерия эффективности функционирования системы в процессе моделирования выбирается оптимальная стратегия управления, которая дает возможность реализовать модели по воспроизведению отдельных сторон функционирования реальной системы S.
В случае со стадией микропроектирования стоит отметить, что она в значительной степени зависит от конкретного типа выбранной модели. Если мы говорим об имитационной модели, то здесь нам необходимо обеспечить создание информационного, технического, математического и программного обеспечении системы моделирования. Для этого мы устанавливаем основные характеристики созданной модели, оцениваем время, необходимое для работы с ней и затраты ресурсов, которые нужны для получения заданного качества, соответствующего модели процесса функционирования системы S.
В любом случае, какого бы типа не была используемая нами модель М, при ее построении мы должны руководствоваться рядом принципов системного подхода [2].
Во-первых, необходимо соблюдать пропорционально-последовательное продвижение по этапам и направлениям создания модели. Иначе говоря, сначала мы определяем цель, ставим задачи, указываем объект моделирования, а уже после строим саму систему. В основе данной системы должны лежать исходные данные (Д), которые мы получаем из анализа внешней среды, а также тех ограничений, которые накладываются на систему либо сверху, либо исходя из возможностей реализации. На основе цели функционирования мы формулируем требования к модели S. Далее на базе этих требований мы ориентировочно формируем некоторые подсистемы (П), элементы (Э) и затем осуществляем наиболее сложный этап синтеза — выбор (В) составляющих системы с помощью специальных критериев выбора (КВ) [4].
Второй принцип системного анализа, который должен соблюдаться при моделировании систем, заключается в согласовании информационных, ресурсных, надежностных и других характеристик. В противном случае система не будет носить целостный характер, что противоречит постановленным задачам.
Стоит отдельно сказать пару слов о том, что в процессе исследования информационных характеристик мы определяем сущность и качество информации, которая используется для выработки управленческих решений. Помимо этого, мы также проверяем достаточность информации для выработки управленческих решений, и кроме этого определяем суммарные объемы поступающей и исходящей информации в единицу времени в целом по системе и отдельно по основным элементам. Также выявляется объем информации, постоянно хранящейся в системе; единичные объемы передаваемой информации; способы передачи или доставки информации; основные направления информационных потоков.
Третий принцип — это правильное соотношение отдельных уровней иерархии в системе моделирования, потому что крайне важно сохранять структуру при моделировании системы.
Последний принцип заключается в том, что отдельный обособленные стадии построения модели также должны носить целостный характер. Это обуславливается тем, что модель М должна отвечать заданной цели ее создания, следовательно, отдельные части должны компоноваться взаимно, исходя из единой системной задачи.
Таким образом, целью анализа систем при моделировании является следующее: во-первых, это детальное изучение системы, необходимое для того, что бы она использовалась наиболее эффективно или же были приняты решения по ее модификации или замене; во-вторых, это исследование альтернативных вариантов создаваемой системы с целью выбора оптимального варианта.
Если мы говорим о задачах, то они таковы: первое — это определение объекта анализа; второе — структурирование системы; третье — установление особенностей функционирования системы; четвертое — изучение информационных характеристик; пятое — нахождение количественных и качественных показателей системы; шестое — оценка того, насколько эффективно система работает; седьмое — обобщение результатов анализа и их оформление.
В заключении хочется отметить, что построение модели является той системной задачей, в ходе решения которой синтезируют решения на базе значительного числа исходных данных, на основе предложений больших коллективов специалистов. В подобных условиях невозможно обойтись без использования системного подхода, ведь именно он позволяет нам не только создать модель реально существующего объекта, но также и на базе данной модели выявить необходимое количество управляющей информации в реальной системе. Помимо этого, системный анализ позволяет нам оценить показатели функционирования моделируемой системы и тем самым на базе моделирования выявить наиболее эффективный вариант построения, а также выгодный режим функционирования реальной системы S. Поэтому системный подход представляет собой наиболее важную часть методологии исследования систем и их моделирования.
Литература:
1. Анфилатов В. С. и др. Системный анализ в управлении: Учеб. пособие. — М.: Финансы и статистика, 2009. — 386 с.
2. Дроздов Н. Д. Основы системного анализа. — М.: Новый мир, 2000.
3. Игнатьева А. В., Максимцев М. М. Исследования систем управления. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.- 157 с.
4. Коротков Э. М. Исследование систем управления. — М.: ДеКА, 2000.- 336 с.
5. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем (2-е изд.). — М.: Высшая школа, 1998. — 343 с.
