Меньков А.В., Острейковский В.А. Теоретические основы автоматизированного управления

Подождите немного. Документ загружается.

новлением ново о внтренне о равновесия системы. В своих ра-

ботах Берталанфи исследет общие заономерности, присщие

любым достаточно сложным ор анизациям материи а биоло и-

чесой, та и общественной природы. Берталанфи и ор анизо-

ванная им шола последователей в своих трдах пытаются при-

дать общей теории систем формальный харатер.

Массовое распространение системных представлений, осоз-

нание системности мира, общества и человечесой деятельности

связано с именем америансо о математиа Н. Винера. В 1948 .

он опблиовал ни  «Кибернетиа» и далее «Кибернетиа и

общество». В своих трдах он развивает идеи правления и связи

в животном мире и машинах, анализирет с позиций ибернети-

и процессы, происходящие в обществе. Н.Винером и е о после-

дователями было азано, что предметом ибернетии является

исследование систем. Причем отмечается, что хотя при изчении

системы на аом-то этапе потребется проводить чет ее он-

ретных свойств, для ибернетии в принципе несщественно, а-

ова природа системы. То есть для изчения систем различных

типов, бдь она физичесой, биоло ичесой, эономичесой, ор-

анизационной или вовсе представленной в виде модели, ибер-

нетиа предла ает единые подходы  ее исследованию.

Сщественное место в развитии ибернетии занимают со-

ветсие ченые. Можно отметить мно очисленные работы ааде-

миа А.И. Бер а, Харевича, Н.П. Бслено, Н.Н. Моисеева.

Фндаментальный влад в развитие ибернетии внес таже аа-

деми А.Н. Колмо оров. Та, в период, о да в Советсом Союзе

ибернети считали лженаой и в стране шли орячие дисс-

сии о ее сти, были сформлированы достаточно общие и полные

определения ибернетии. Приведем эти определения: «Кибер-

нетиа — это наа об оптимальном правлении сложными ди-

намичесими системами» (А.И. Бер ); «Кибернетиа — это наа

о системах, воспринимающих, хранящих, перерабатывающих и

использющих информацию» (А.Н. Колмо оров).

Наонец, отметим достижения в области исследования сис-

тем бель ийсой шолы во лаве с И. При ожиным. Ученые этой

шолы исследовали механизм самоор анизации систем. Они от-

мечают, что в резльтате взаимодействия с оржающей средой

система может перейти в неравновесное состояние. В резльтате

тао о взаимодействия изменяется ор анизованность системы.

Переломные точи, в оторых наблюдается нестойчивость не-

равновесных состояний, называются точами бифрации. Та-

им образом, со ласно теории И. При ожина, материя не явля-

ется пассивной сбстанцией, ей присща спонтанная ативность.

Системный анализ а дисциплина сформировался в резль-

тате возниновения необходимости исследовать и проетировать

сложные системы, правлять ими в словиях неполноты инфор-

мации, о раниченности ресрсов и дефицита времени. Систем-

ный анализ является дальнейшим развитием цело о ряда дисцип-

лин, таих а исследование операций, теория оптимально о п-

равления, теория принятия решений, эспертный анализ, теория

ор анизации эсплатации систем и т. д. Для спешно о решения

поставленных задач системный анализ использет всю совоп-

ность формальных и неформальных процедр. Перечисленные

теоретичесие дисциплины являются базой и методоло ичесой

основой системно о анализа. Таим образом, системный ана-

лиз — междисциплинарный рс, обобщающий методолоию иссле-

дования сложных техничесих, биолоичесих и социальных систем.

Широое распространение идей и методов системно о анализа, а

лавное — спешно о их применения на пратие, стало возмож-

ным тольо с внедрением и повсеместным использованием ЭВМ.

Именно применение ЭВМ а инстрмента решения сложных

задач позволило перейти от построения теоретичесих моделей

систем  широом их пратичесом применению. В связи с

этим Н.Н. Моисеев считает, что системный анализ — это совоп-

ность методов, основанных на использовании ЭВМ и ориентирован-

ных на исследование сложных систем — техничесих, эономичес-

их, эолоичесих и т. д.

Центральной проблемой системноо анализа является проблема

принятия решения. Применительно  задачам исследования,

проетирования и правления сложными системами проблема

принятия решения связана с выбором определенной альтернати-

вы в словиях различно о рода неопределенности. Неопределен-

ность обсловлена мно оритериальностью задач оптимизации,

неопределенностью целей развития систем, неоднозначностью

сценариев развития системы, недостаточностью априорной ин-

формации о системе, воздействием слчайных фаторов в ходе

динамичесо о развития системы и прочими словиями. Учиты-

вая данные обстоятельства, системный анализ можно определить

а дисциплин, занимающюся проблемами принятия решений в с-

ловиях, ода выбор альтернативы требет анализа сложной ин-

формации различной физичесой природы.

Главным содержанием дисциплины «Системный анализ» яв-

ляются сложные проблемы принятия решений, при изчении о-

торых неформальные процедры, представления здраво о смысла

и способы описания ситаций и рают не меньшю роль, чем

формальный математичесий аппарат.

3.4. Методии и процедры системноо анализа

3.4.1. Принципы, этапы и процедры системноо анализа

В системном анализе можно выделить три лавных направле-

ния. Эти три направления соответствют трем этапам, оторые

все да пристствют в исследовании сложных систем. Перечис-

лим их:

1. Постанова задачи исследования.

2. Построение модели исследемо о объета.

3. Решение поставленной математичесой задачи.

Постанова задачи исследования. На данном этапе формлирет-

ся цель анализа. Цель исследования предпола ается внешним фа-

тором по отношению  системе. Таим образом, цель становится

самостоятельным объетом исследования. Цель должна быть фор-

мализована. Задача системно о анализа состоит в проведении не-

обходимо о анализа неопределенностей, о раничений и формли-

ровании, в онечном счете, неоторой оптимизационной задачи:

f (x) → max, x ⊂ G. (3.1)

Здесь x — элемент неоторо о нормированно о пространства G,

определяемо о природой модели,

G ⊂ E, де E — множество, о-

торое может иметь соль  одно сложню природ, определяемю

стртрой модели и особенностями исследемой системы. Та-

им образом, задача системно о анализа на этом этапе тратется

а неоторая оптимизационная проблема. Анализиря требова-

ния  системе, т. е. цели, оторые предпола ает дости нть иссле-

дователь, и те неопределенности, оторые при этом неизбежно

пристствют, исследователь должен сформлировать цель ана-

лиза на язые математии. Язы оптимизации оазывается здесь

естественным и добным, но вовсе не единственно возможным.

Построение модели, т. е. формализация изчаемой системы,

процесса или явления. Построение модели есть описание про-

цесса на язые математии. При построении модели осществля-

ется математичесое описание явлений и процессов, происходя-

щих в системе. Посоль знание все да относительно, то описа-

ние на любом язые отражает лишь неоторые стороны

происходящих процессов и нио да не является абсолютно пол-

ным. С др ой стороны, следет отметить, что при построении

модели необходимо делять основное внимание тем сторонам

изчаемо о процесса, оторые интересют исследователя. Глбо-

о ошибочным является желание при построении модели систе-

мы отразить все стороны сществования системы. При проведе-

нии системно о анализа, а правило, интересются динамичес-

им поведением системы. Причем, при описании динамии с

точи зрения проводимо о исследования есть первостепенные

параметры и взаимодействия, а есть несщественные в данном

исследовании параметры. Таим образом, ачество модели опре-

деляется соответствием выполненно о описания тем требовани-

ям, оторые предъявляются  исследованию, соответствием по-

лчаемых с помощью модели резльтатов ход наблюдаемо о

процесса или явления. Построение математичесой модели есть

основа все о системно о анализа, центральный этап исследова-

ния или проетирования любой системы. От ачества модели за-

висит резльтат все о системно о анализа.

Решение поставленной математичесой задачи. Тольо этот тре-

тий этап анализа можно отнести собственно  этап, использю-

щем в полной степени математичесие методы. Хотя без знания

математии и возможностей ее аппарата спешное выполнение

двх первых этапов невозможно, та а и при построении модели

системы, и при формлировании цели и задач анализа широое

применение должны находить методы формализации. Однао от-

метим, что именно на завершающем этапе системно о анализа

мо т потребоваться тоние математичесие методы. Но следет

иметь в вид, что задачи системно о анализа мо т иметь ряд осо-

бенностей, оторые приводят  необходимости применения наря-

д с формальными процедрами эвристичесих подходов. Причи-

ны, по оторым обращаются  эвристичесим методам, в первю

очередь связаны с недостатом априорной информации о процес-

сах, происходящих в анализиремой системе. Таже  таовым

причинам можно отнести большю размерность ветора Х и слож-

ность стртры множества G. В данном слчае трдности, возни-

ающие в резльтате необходимости применения неформальных

процедр анализа, зачастю являются определяющими. Успешное

решение задач системно о анализа требет использования на аж-

дом этапе исследования неформальных рассждений. Ввид это о

провера ачества решения, е о соответствие исходной цели ис-

следования превращается в важнейшю теоретичесю проблем.

Сформлированные три этапа проведения системно о анали-

за являются а бы основой решения любой задачи проведения

системных исследований. Сть их состоит в том, что необходимо

построить модель исследемой системы, т. е. дать формализован-

ное описание изчаемо о объета, сформлировать ритерий ре-

шения задачи системно о анализа, т. е. поставить задач исследо-

вания и далее решить поставленню задач. Уазанные три этапа

проведения системно о анализа являются рпненной схемой

решения задачи. В действительности задачи системно о анализа

3.4. Методии и процедры системноо анализа

3.4.1. Принципы, этапы и процедры системноо анализа

В системном анализе можно выделить три лавных направле-

ния. Эти три направления соответствют трем этапам, оторые

все да пристствют в исследовании сложных систем. Перечис-

лим их:

1. Постанова задачи исследования.

2. Построение модели исследемо о объета.

3. Решение поставленной математичесой задачи.

Постанова задачи исследования. На данном этапе формлирет-

ся цель анализа. Цель исследования предпола ается внешним фа-

тором по отношению  системе. Таим образом, цель становится

самостоятельным объетом исследования. Цель должна быть фор-

мализована. Задача системно о анализа состоит в проведении не-

обходимо о анализа неопределенностей, о раничений и формли-

ровании, в онечном счете, неоторой оптимизационной задачи:

f (x) → max, x ⊂ G. (3.1)

Здесь x — элемент неоторо о нормированно о пространства G,

определяемо о природой модели,

G ⊂ E, де E — множество, о-

торое может иметь соль  одно сложню природ, определяемю

стртрой модели и особенностями исследемой системы. Та-

им образом, задача системно о анализа на этом этапе тратется

а неоторая оптимизационная проблема. Анализиря требова-

ния  системе, т. е. цели, оторые предпола ает дости нть иссле-

дователь, и те неопределенности, оторые при этом неизбежно

пристствют, исследователь должен сформлировать цель ана-

лиза на язые математии. Язы оптимизации оазывается здесь

естественным и добным, но вовсе не единственно возможным.

Построение модели, т. е. формализация изчаемой системы,

процесса или явления. Построение модели есть описание про-

цесса на язые математии. При построении модели осществля-

ется математичесое описание явлений и процессов, происходя-

щих в системе. Посоль знание все да относительно, то описа-

ние на любом язые отражает лишь неоторые стороны

происходящих процессов и нио да не является абсолютно пол-

ным. С др ой стороны, следет отметить, что при построении

модели необходимо делять основное внимание тем сторонам

изчаемо о процесса, оторые интересют исследователя. Глбо-

о ошибочным является желание при построении модели систе-

мы отразить все стороны сществования системы. При проведе-

нии системно о анализа, а правило, интересются динамичес-

им поведением системы. Причем, при описании динамии с

точи зрения проводимо о исследования есть первостепенные

параметры и взаимодействия, а есть несщественные в данном

исследовании параметры. Таим образом, ачество модели опре-

деляется соответствием выполненно о описания тем требовани-

ям, оторые предъявляются  исследованию, соответствием по-

лчаемых с помощью модели резльтатов ход наблюдаемо о

процесса или явления. Построение математичесой модели есть

основа все о системно о анализа, центральный этап исследова-

ния или проетирования любой системы. От ачества модели за-

висит резльтат все о системно о анализа.

Решение поставленной математичесой задачи. Тольо этот тре-

тий этап анализа можно отнести собственно  этап, использю-

щем в полной степени математичесие методы. Хотя без знания

математии и возможностей ее аппарата спешное выполнение

двх первых этапов невозможно, та а и при построении модели

системы, и при формлировании цели и задач анализа широое

применение должны находить методы формализации. Однао от-

метим, что именно на завершающем этапе системно о анализа

мо т потребоваться тоние математичесие методы. Но следет

иметь в вид, что задачи системно о анализа мо т иметь ряд осо-

бенностей, оторые приводят  необходимости применения наря-

д с формальными процедрами эвристичесих подходов. Причи-

ны, по оторым обращаются  эвристичесим методам, в первю

очередь связаны с недостатом априорной информации о процес-

сах, происходящих в анализиремой системе. Таже  таовым

причинам можно отнести большю размерность ветора Х и слож-

ность стртры множества G. В данном слчае трдности, возни-

ающие в резльтате необходимости применения неформальных

процедр анализа, зачастю являются определяющими. Успешное

решение задач системно о анализа требет использования на аж-

дом этапе исследования неформальных рассждений. Ввид это о

провера ачества решения, е о соответствие исходной цели ис-

следования превращается в важнейшю теоретичесю проблем.

Сформлированные три этапа проведения системно о анали-

за являются а бы основой решения любой задачи проведения

системных исследований. Сть их состоит в том, что необходимо

построить модель исследемой системы, т. е. дать формализован-

ное описание изчаемо о объета, сформлировать ритерий ре-

шения задачи системно о анализа, т. е. поставить задач исследо-

вания и далее решить поставленню задач. Уазанные три этапа

проведения системно о анализа являются рпненной схемой

решения задачи. В действительности задачи системно о анализа

являются достаточно сложными. Поэтом перечисление этапов

не может быть самоцелью. Пратиющем системотехни тре-

бется представлять методи выполнения аждо о из этапов.

В данном разделе сосредоточим внимание на содержании и пос-

ледовательности операций выполнения системно о анализа.

Использование правильной методии арантирет исследова-

телю, что он не бдет исать решения неверно поставленной за-

дачи. Грамотное проведение системно о анализа предпреждает

таже и возможность неверно о решения правильно поставлен-

ной задачи. Если исследовательсая рппа роводствовалась

правильной методиой, то разработанные модели адеватны из-

чаемой проблеме и допстимы с точи зрения реализации вычис-

лительно о процесса, выполняются о раничения на выделяемые

средства и срои выполнения работ, а внедрение резльтатов сис-

темно о анализа осществляется валифицированно и эффетив-

но. В этом слчае работы по системном анализ дости ают цели.

Методиа системноо анализа. Методии, реализющие при-

нципы системно о анализа в онретных словиях, направлены на

то, чтобы формализовать процесс исследования системы, процесс

постави и решения проблемы. Методиа системно о анализа раз-

рабатывается и применяется в тех слчаях, о да  исследователя нет

достаточных сведений о системе, оторые позволили бы выбрать

адеватный метод формализованно о представления системы.

Общим для всех методи системно о анализа является фор-

мирование вариантов представления системы (процесса решения

задачи) и выбор наилчше о варианта. Положив в основ мето-

дии системно о анализа эти два этапа, их затем можно раз-

делить на подэтапы. Например, первый этап можно разделить

следющим образом:

1. Отделение (или о раничение) системы от среды.

2. Выбор подхода  представлению системы.

3. Формирование вариантов (или одно о варианта — что ча-

сто делают, если система отображена в виде иерархичесой стр-

тры) представления системы.

Второй этап можно представить следющими подэтапами:

1. Выбор подхода  оцене вариантов.

2. Выбор ритериев оцени и о раничений.

3. Проведение оцени.

4. Обработа резльтатов оцени.

5. Анализ полченных резльтатов и выбор наилчше о вари-

анта (или орретирова варианта, если он был один).

В настоящее время трдно привести примеры методи, в о-

торых все этапы были бы проработаны равноценно. Например, в за-

рбежных методиах (ПАТТЕРН, ПРОФИЛЕ, ППБ и др.), предна-

значенных, а правило, для анализа относительно хорошо стрт-

рированных военно-техничесих проблем, обычно более детально

проработаны методы проведения одно о этапа — этапа оцени и

анализа стртры. Принятый обычно за основ при проведении

второ о этапа метод эспертных оцено не все да (например, в об-

ласти образования, медицины и др их проблем, связанных с чело-

веом) дается реализовать на пратие. Поэтом перспетивным

представляется сочетание эспертных оцено с оличественными.

В принципе за основ при разработе методии системно о

анализа можно взять этапы проведения любо о начно о ис-

следования или этапы исследования и разработи, принятые в

теории автоматичесо о правления. Однао специфичесой

особенностью любой методии системно о анализа является то,

что она должна опираться на понятие системы и использовать за-

ономерности построения, фнционирования и развития си-

стем. Здесь необходимо подчернть, что при пратичесом при-

менении методи системно о анализа рассматривается след-

ющее: часто после выполнения то о или ино о этапа (подэтапа)

возниает необходимость возвратиться  предыдщем или еще

более раннем этап, а ино да и повторить процедр системно о

анализа полностью. Это проявление заономерности саморе -

лирования, самоор анизации, оторю при разработе методии

можно читывать сознательно, ввести правила, определяющие,

в аих слчаях необходим возврат  предыдщим этапам.

Отметим таже, что методиа проведения системно о анализа и

роводящие принципы не являются ниверсальными, аждое ис-

следование имеет свои особенности и требет от исполнителей ин-

тиции, инициативы и воображения, чтобы правильно определить

цели проета и добиться спеха в их достижении. Перейдем  фор-

млированию последовательности работ по проведению системно о

анализа. Ка же было отмечено, специалисты по системном ана-

лиз приводят различные схемы е о выполнению. Схемы проведе-

ния системно о анализа представляются в виде ал оритмов. То об-

стоятельство, что системный анализ оперирет не тольо формали-

зованными, но и неформализованными процедрами не означает,

что нельзя оворить об ал оритмах системно о анализа. Неод-

норатно имели место попыти создать достаточно общий, нивер-

сальный ал оритм системно о анализа. Тщательный анализ имею-

щихся в литератре ал оритмов поазывает, что они имеют большю

степень общности в целом и различия в частностях, деталях.

Далее изложим основные процедры ал оритма проведения сис-

темно о анализа, оторые являются обобщением последовательнос-