Юськів Б.М. Системний аналіз

Подождите немного. Документ загружается.

Рівненський інститут слов’янознавства

Київського славістичного університету

Кафедра міжнародної інформації

06–081

ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни

“СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ”

для студентів спеціальностей 7.030404 "Міжнародна

інформація" та 7.030405 "Країнознавство"

Рівне – 2003

Опорний конспект лекцій з дисципліни “Системний аналіз” для студентів

спеціальностей 7.030404 "Міжнародна інформація" та 7.030405 "Країнознавст-

во" / Б.М.Юськів. – Рівне: РІС КСУ, 2003. – 48 с.

Укладач: Б.М.Юськів, кандидат економічних наук, доцент кафедри міжна-

родної інформації

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри міжнародної інформації,

професор, кандидат філософських наук Є.Б.Тихомирова

Рецензенти:

Тихомирова Є.Б., професор, кандидат філософських наук;

Денищук М.Ф., доцент, кандидат технічних наук

Київського славістичного університету, 2003

ЗМІСТ

ВСТУП......................................................................................................................4

Тема 1. МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ, ЇЇ МІСЦЕ В

НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ...................................................................................5

Тема 2: СИСТЕМНЕ МИСЛЕННЯ – ШЛЯХИ РОЗВИТКУ І ПОТОЧНИЙ

СТАН ........................................................................................................................5

2.1. Зародження системних уявлень...........................................................................................5

2.2. Технічно-організаційні шляхи розвитку системного підходу..........................7

2.3. Шляхи розвитку науки до системного підходу..........................................................8

2.4. Нові парадигми в науці, технології і економіці.........................................................9

Тема 3. СИСТЕМИ, ЇХ ВИДИ ТА ВЛАСТИВОСТІ ............................................12

3.1. Визначення та види систем.......................................................................12

3.2. Елементи, зв’язки та структура системи..................................................15

3.4. Стан системи та функції ...........................................................................17

Тема 4. ЦИКЛ ЖИТТЯ СИСТЕМ.........................................................................19

4.1. Цикл життя систем....................................................................................19

4.2. Цикл життя природних систем.................................................................19

4.3. Цикл життя штучних систем ....................................................................19

Тема 5. МОДЕЛІ СИСТЕМ І МОДЕЛЮВАННЯ ................................................20

5.1. Моделювання як етап цілеспрямованої діяльності людей......................20

5.2. Поняття моделі..........................................................................................20

5.3. Властивості моделей .................................................................................21

5.4. Класифікація моделей...............................................................................23

5.4. Моделювання.............................................................................................25

Тема 6. ЛОГІКА І МЕТОДОЛОГІЯ СИСТЕМНОГО АНАЛІЗУ........................27

6.1. Загальні засади системного аналізу .........................................................27

6.2. Логічні основи системного аналізу ..........................................................30

6.3. Методологія системного аналізу..............................................................32

Тема 7. МЕТОДИ СИСТЕМНОГО АНАЛІЗУ .....................................................35

7.1. Методи системного аналізу та їх класифікація........................................................35

7.2. Якісні методи, використовувані системним аналізом .........................................36

7.3. Методи формалізованого представлення систем....................................................42

ЛІТЕРАТУРА.........................................................................................................44

ВСТУП

Для нинішнього життя характерне значне ускладнення, з яким зустрічає-

мось повсюдно та повсякчас. З одного боку, його створюємо ми самі, намагаю-

чись створити собі комфорт, наприклад, придбати комп’ютер або сучасні побу-

тові пристрої. Однак, це вимагає знань з фізики, механіки, електротехніки то-

що, і не зі злої волі виготовлювачів ми змушені вивчати детальні інструкції ко-

ристувача. Адже техніка, як правило, багатофункціональна і гріх не використа-

ти всі її цінні властивості.

Суттєво ускладнюють життя сучасної людини численні зв’язки, якими во-

на оплутана і які увесь час розширюються. Крім традиційних сімейних і родин-

них зв’язків, кожен підтримує контакти з друзями, сусідами, діловими партне-

рами, організаціями. Все це є результатом складного структурованого середо-

вища нашого існування.

Характерною особливістю нинішнього життя стала необхідність все часті-

ше приймати рішення: від побутових до життєво важливих і виробничих. При-

чина цього є розширення спектру можливостей, багатоальтернативність нашого

буття, яку можна пояснити в кінцевому підсумку складністю побудови суспіль-

ства і держави. Прийняття правильного рішення можливе лише за умови глибо-

кого проникнення в сутність ситуації, всебічного розуміння явищ, стосовно

яких рішення приймається.

Надії на спрощення нашого буття немає – цивілізація розвивається в на-

прямку її ускладнення, насамперед, у сфері технологічній та інформаційній. В

цих умовах єдино правильний підхід – це всестороннє пізнання явища і, в жод-

ному разі, неприпустимість локалізованого ізольованого дослідження. Предмет

розгляду потрібно вивчати у взаємозв'язку зі своїм оточенням, зрозуміти при-

чини його розвитку і руху, а це означає з’ясувати цілі та способи їх досягнення,

встановити ресурси і джерела існування аналізованого явища. Більше того, ви-

вчення потрібно здійснювати систематизовано, в певній послідовності, лише

тоді воно дасть очікуваний результат. Якщо ще донедавна науковці буквально

ганялися за фактами, то сьогодні в епоху інформаційних технологій, вони вже

не в змозі справитися з величезними потоками розрізнених і різноманітних фа-

ктів. Аналітичні методи окремих наук, які спрацьовують при вивченні окремих

явищ і процесів, тепер не спрацьовують. Потрібен принцип, який допоміг би

розібратися в усіх логічних зв’язках між відокремленими фактами.

Таким принципом став системний підхід до пізнання, за яким об’єкт пі-

знання потрібно розглядати як систему, що функціонує в середовищі та взаємо-

діє з іншими системами. В загально теоретичному плані системний підхід

знайшов своє втілення в теорії систем, в прикладному – в системному аналізі.

Нині системний підхід використовують в усіх галузях знань, хоча в різних об-

ластях він проявляється по різному. В технічних науках мова іде про системо-

техніку, в кібернетиці – системне управління, в біології – біосистеми, в соціо-

логії – структурно-функціональний підхід, в суспільних науках – системологію.

Тема 1. МЕТА ТА ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ, ЇЇ МІСЦЕ

В НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ

Мета вивчення дисципліни – забезпечення майбутніх фахівців знаннями

та вміннями постановки системних досліджень, побудови моделей і застосу-

вання системного аналізу до розв’язування задач зі спеціальності.

Завдання вивчення дисципліни:

– ознайомитися з теоретичною базою та методами досліджень, використо-

вуваними в умовах недостатньої інформації і високої невизначеності, відсутно-

сті кількісних даних і навіть за відсутності початкової інформації;

– дати студентам уявлення про сучасні методи системних досліджень, ме-

тодологію прикладних досліджень соціальних, економічних і технічних систем;

– навчитися практичному використанню методів системного аналізу на

конкретних прикладах соціальних, економічних і політичних систем.

Вимоги до знань та вмінь:

– знати: основні поняття, категорії, принципи системного аналізу; методи-

ку розв’язання погано структурованих задач за допомогою системного аналізу;

основні методи якісного та формалізованого системного аналізу.

– вміти: використовувати методи та моделі системного аналізу до ниніш-

ніх умов розвитку українського суспільства та світової спільноти в цілому.

Тема 2: СИСТЕМНЕ МИСЛЕННЯ – ШЛЯХИ

РОЗВИТКУ І ПОТОЧНИЙ СТАН

Системне мислення вказує нові перспективи в дослідженні природи і лю-

дини, створенні техніки та нового суспільного життя. Воно являє собою також

новий спосіб організації досліджень завдяки використанню таких понять як си-

стема, системні властивості і відношення. Системний підхід до оточуючого нас

природного і технічного середовища перетворився у суспільну необхідність і

складову багатьох напрямів науки і задоволення потреб в розвитку техніки та

технології.

2.1. Зародження системних уявлень

Слово система з’явилося в Древній Елладі в 2000-2500 років тому і почат-

ково означало: поєднання, організм, організація, союз, лад. Воно також виража-

ло деякі акти діяльності та їх результати в розумінні того, як один предмет по-

ставлений разом з іншим, або приведене в порядок. Початково слово "система"

пов’язувалося з формами соціально-історичного буття і лише пізніше принцип

порядку переноситься на Всесвіт.

Метафоризація слова "система", мабуть, розпочата Демокритом (460-360

до н.е.), древньогрецьким філософом, одним із основоположників матеріалісти-

чного атомізму. Він вважав, що складні тіла утворені з атомів, подібно до того,

як слова утворюються зі складів, а склади – з літер. Таким чином, вперше еле-

менти уподібнюються з літерами та формується науково-філософське поняття,

яке має узагальнене універсальне значення.

Поступово продовжується універсалізація значення слова "система", воно

набуває більш загального змісту, що дозволяє застосовувати його як до фізич-

них, так і штучних об’єктів.

Отож, в античний філософії термін “система” характеризував цілісність і

впорядкованість. Окрім терміну “система”, існував термін “синтагма”, який

означав впорядкованість і цілісність штучних об’єктів – продуктів діяльності

людини. Саме в цей період була сформульована теза про те, що ціле більше су-

ми його частин.

В період Відродження трактування буття як Космосу замінюється розгля-

дом його як системи світу. При цьому система світу розглядається як незалежна

від людини і така, що має свою організацію, ієрархію, власні внутрішні закони

функціонування та незалежну структуру. Більше того, буття стає предметом не

лише філософських роздумів, які прагнуть зрозуміти його цілісність, але й

предметом соціально-наукового аналізу. Виникає ряд наукових дисциплін, ко-

жна з яких виділяє в природному світі певну область і аналізує її своїми влас-

ними методами. Наприклад, астрономія була однією з перших наук, яка пере-

йшла до причинно-натуралістичної інтерпретації системності світу. Так

М.Коперник розробив геліоцентричну картину світу (земля, як інші планети,

обертається не лише навколо сонця, але й навколо власної осі.), яка відіграла

значну роль в новому трактуванні системності буття.

Г.Галілей та І.Ньютон визначили певну концептуальну систему з категорі-

ями: предмет і його властивості, ціле і частина, субстанція й атрибути. Тепер

предмет трактується як сума окремих властивостей. Основна пізнавальна про-

цедура при цьому зводиться до пошуку схожості і відмінності в предметах. У

зв’язку з цим, специфічно трактується категорія “відношення”, яка, насамперед,

виражає субординацію головних і другорядних властивостей, динамічний

вплив одного предмета на інший: перший є причиною, інший – наслідком.

В німецькій класичний філософії багато уваги приділялося ідеї системної

організації наукового знання, тобто структура наукового знання стала предме-

том спеціальних філософських роздумів. Зокрема, німецький математик і філо-

соф І.Г.Ламберт вважав, що будь-яка наука, як і її частини, являють собою сис-

теми і водночас трактуються як цілі. В системі має бути наявна субординація та

координація. Німецький учений І.Кант не лише усвідомив системний характер

наукового знання, але перетворив дану проблему в методологічну, пропонуючи

для цього певні процедури та засоби системного конструювання знань. Ще в

більшій мірі продовжує цю лінію І.Г.Фіхте, який вважає, що наукове знання є

системно цілим. Г.Гегель виходив з єдності змісту та форми знання, тотожності

думки і дійсності, і трактував становлення системи відповідно до принципів

переходу від абстрактного до конкретного.

В теоретичному природознавстві ХІX-XX ст. уже розрізняється об’єкт і

предмет пізнання, підвищується роль моделей у пізнанні, фіксується наявність

особливих інтегральних характеристик, досліджуються системоутворюючі

принципи (породження властивостей цілого з елементів і властивості елементів

з цілого).

На поч. ХХ ст. спроби розробити загальні принципи системного підходу

були зроблені російським лікарем, філософом і економістом О.О.Богдановим в

роботі "Всезагальна організаційна наука (тектологія)". Тектологія – оригінальна

загальнонаукова концепція, яка являє собою історично перший розгорнутий ва-

ріант загальної теорії системи. Її автор приходить до висновку про існування

єдиних структурних зв’язків і закономірностей, спільних навіть для явищ, які

найбільш між собою відрізняються. Основна ідея тектології – визнання необ-

хідності підходу до будь якого явища з точки зору організованості, де під орга-

нізованістю розуміється властивість цілого бути більшим за суму своїх частин.

Чим більше ціле відрізняється від суми своїх частин, тим більше воно організо-

ване. Тектологія розглядає всі явища як неперервні процеси організації та дез-

організації. Принципи організованості і динамічності тісно пов’язані з принци-

пом цілісного розгляду окремих явищ і світу загалом.

2.2. Технічно-організаційні шляхи розвитку системного підходу

Розглядаючи джерела зародження системної науки та практики, в підруч-

никах з досліджень операцій і системного аналізу насамперед наводять прикла-

ди двох реальних проблем, пов’язаних з другою світовою війною: – протипові-

тряна оборона Великобританії із застосуванням радара; – організації та оборона

конвою під час перевезення матеріальної допомоги воюючій Європі із США.

Першу проблему розв’язувала група під керівництвом професора Блетчета з

Манчестерського Університету (1940 р.), склад групи покривав увесь можливий

спектр проблем і питань, які належало розв’язати, проектуючи місцеву систему

протиповітряної оборони. Момент появи наукових публікацій цієї групи (1940

р.) вважається датою створення нової дисципліни ефективних колективних дій,

яка отримала назву дослідження операцій.

Інша група науковців і спеціалістів з США працювала над проблемою пе-

ревезення матеріалів до Європи, де об’єктом дослідження стали розмір конвою,

його шлях, бойові порядки, загрози з боку німецьких підводних човнів і літаків.

Інша нагальна проблема, розв’язувана тією ж групою, пов’язана з розміщенням

морських мін проти підводних човнів.

В надзвичайно короткі строки перелічені проблеми були успішно

розв’язані. Отримання позитивних результатів досліджень операцій насамперед

пов'язують із щонайменше трьома їх принципами: цілісний (системний) підхід

до проблеми; використання математичних і імітаційних моделей; груповий або

командний підхід.

Успіхи подібних груп науковців, військових і цивільних фахівців у війсь-

ковій галузі були настільки вагомими, що відразу після завершення війни в ра-

мках Повітряних сил Сполучених штатів Америки було cтворено організацію

RAND Corporation (Research ANd Development), який в цільовому порядку по-

чала займатися застосуванням досліджень операцій вирішення стратегічних по-

треб армії та держави в цілому.

Після війни дослідження операцій сконцентрували свою увагу на цивільній

сфері, насамперед, промисловості, займаючись проблемами оптимізації управ-

ління та планування технологічних операцій і процесів. Офіційним визнанням

цієї дисципліни стало створення в 1952 у США Інституту операційних дослі-

джень.

2.3. Шляхи розвитку науки до системного підходу

Теоретичні джерела розвитку системної теорії. Основними підвалинами

системної теорії вважають загальну теорію систем, кібернетику, теорію інфор-

мації, теорію ігор і прийняття рішень.

Уже в тридцятих роках (1934) на ґрунті біологічної науки постало перше

уявлення про організм як систему, запропоноване Людвігом фон Берталанфі. В

основі його концепції була ідея цілісності живих організмів. Це означало, що

складові частини організму можна окреслити лише через пізнання їхньої ролі у

цілому організмі. Такий підхід є цілковитою противагою механістичній конце-

пції розуміння та пізнання світу. За результатами своїх досліджень Л.фон Бер-

таланфі опублікував у 1968 р. книгу “Загальна теорія систем”. Перед цим коле-

ктив інших науковців створив у 1954 р. Інститут вивчення загальної теорії сис-

тем. Це стало можливим завдяки цілому ряду наукових результатів, які сьогодні

складають підвалини Загальної теорії систем.

Початок основ кібернетики пов’язують з проф. Н.Вінером та появою у

1948 р. його знаменитої книги “Кібернетика або контроль та управління живи-

ми організмами та технікою”, де вперше сформульовано поняття зворотного

зв’язку, головним чином негативного, з допомогою якого здійснюється управ-

ління системою довільної природи.

Роком пізніше К.Шенон опублікував основи цілісної теорії інформації в

своїй знаменитій книзі “Математична теорія комунікації”, де вперше запрова-

див і дав означення кількісної міри інформації, яка проходить через комуніка-

ційний канал.

В 1947 р. Дж.фон Нейман і П.Моргенштерн опублікували монографію

“Теорія ігор і економічної поведінки”, започаткувавши таким чином новий на-

прямок, який дістав назву теорія ігор і прийняття рішень. Майже одночасно в

новоствореній RAND Corporation розроблено метод прийняття рішень, що

отримав назву Системний аналіз і стратегія планування, який завдяки систем-

ному підходу до проблеми, цілеспрямованому пошуку альтернативних

розв’язків дозволяв виробляти оптимальну стратегію поведінки для погано ст-

руктурованих задач.

Напрями розвитку сучасного системного мислення. Минуло лише по-

над 50 років від часу заснування Інституту досліджень загальної теорії систем,

однак за цей порівняно невеликий строк системний підхід отримав поширення

в усіх галузях людської діяльності.

Застосування системного підходу здійснюється в двох напрямах. По-

перше, системний підхід має вплив на розвиток усіх наук, починаючи від кла-

сичної фізики, через психологію, соціологію, макроекономіку і медицину аж до

екології, де без системних уявлень взагалі неможливо що-небудь робити. Осно-

вою такого впливу на людину і суспільство стала системна логіка, яка дозволяє

не лише розуміти, але й пізнавати світ і суспільство.

Разом з цим ми стали свідками виникнення нових наук внаслідок систем-

ного поєднання наук, наприклад, мехатроніки (механіка + електрика + електри-

ка + інформатика), біоніки та біоінженерії (біологія + біотехнологія + механіка

+ електроніфка + інформатика), нанотехнологій (фізика + хімія + біологія + ме-

ханіка + електроніка + інформатика, і це усе за масштабами нано = 10

-9

Інша течія сучасного системного підходу – інженерно-організаційна –

знайшла своє вираження в інженерних науках та аналізі систем, насамперед

втілюючи методи пошуку оптимальних розв’язків при проектуванні, створенні

та використанні технічних і організаційних систем протягом всього їхнього.

2.4. Нові парадигми в науці, технології і економіці

Традиційна та нова парадигми в науці. В результаті розвитку загальної

теорії систем і застосування системного підходу в науці сформувалася нова па-

радигма наукового мислення, яку можна назвати холістичною (цілісною), еко-

логічною, системною, хоча жодна з цих характеристик сама по собі не розкри-

ває його природи. Нова парадигма суттєво відрізняється від традиційної, осно-

ви якої закладені ще в часи Р.Декарта, І.Ньютона та Ф.Бекона. Найбільш відчу-

тно оцінити різницю між парадигмами можна за критеріями:

1). перехід від поняття ”частини” до поняття “цілісність”. Мислення в

рамках традиційної парадигми передбачало, що для складної системи динаміку

цілісності можна зрозуміти на підставі цілей складових частин цієї цілісності. В

сучасній парадигмі за основу береться зворотний процес: мету складових мож-

на зрозуміти лише на підставі цілісності, без цілого самі складові існувати не

можуть;

2). перехід від поняття “структури” до поняття “процесу”. Традиційна

парадигма вважає первинною існуючу структуру, а не сили та механізми здійс-

нення процесів у системі. В сучасній парадигмі кожна структура стає зрозумі-

лою як прояв процесів в системі, при цьому мережа взаємозв’язків має динамі-

чну природу;

3). перехід від “об’єктивної” науки до “епістемологічної” науки. Тради-

ційна парадигма вважає, що науковий опис є об’єктивним, а знання – незалеж-

ним від дослідника та процесу пізнання. Сучасна парадигма базується на епі-

стемології, і, щоб зрозуміти процес формування знань, слід стати безпосереднім

“учасником” досліджуваних явищ;

4). перехід від поняття “будівлі” до поняття “мережі” як метафори

знань. Розуміння знань як “будівлі”, яка утворена з фундаментальних та абсо-

лютних істини, засад, концептуальних понять (цеглинок) тощо, домінувала в

науці та філософії Заходу тисячі років. В рамках зміни парадигми ламаються

фундаменти знань. В уяві сучасної парадигми метафора "будівлі" поступилася

місцем метафорі “мережа”. Нині ми спостерігаємо дійсність як мережу взаєм-

них відносин і, описуючи її, також створюємо мережу взаємних відносин, утво-

рених між досліджуваними явищами. В такій мережі немає ні абсолютної ієра-

рхії, ні абсолютних підвалин. Наприклад, нова метафора “мережі” порушує да-

вню істину про фізику як ідеал, який служить основою та моделлю для інших

наук, а також головним джерелом метафор наукового опису.

5). перехід від поняття “істини” до поняття “наближеного опису”. Па-

радигма Р.Декарта спиралася на переконання, що наукове знання спроможне

дати абсолютну й остаточну істину. В контексті сучасної парадигми вважаєть-

ся, що будь-яке поняття, теорія та відкриття є обмеженими і наближеними, нау-

ка ніколи не досягне цілісного й остаточного розуміння дійсності. Науковці ні-

коли не досягають істини (в розумінні цілковитої відповідності між описом та

описуваним явищем), а обмежуються наближеними описами дійсності, які слід

постійно піддавати перегляду.

Еволюція економічних парадигм. Системні уявлення мали також визна-

чне значення для зміни економічної парадигми. Зауважимо, що в технології та

економіці зміни парадигми відбуваються набагато швидше. За Фріманом, пер-

ша парадигма технологічна та економічна базувалася на силах природи, зокре-

ма на людській силі та силі тварин, а потім вітру та води. Парова сила, як друга

парадигма, вийшла на економічну арену в XVII ст. Сила електрична як третя

парадигма була запроваджена XIX ст., коли на кінець століття було опановано

генерування та передачу на відстані електричного струму. Засади масової про-

дукції – четверта парадигма – почали застосовуватися спочатку в обробній

промисловості та автомобілебудуванні, а потім в промисловості в цілому, здо-

були перевагу в ХХ ст. Теперішня п’ята парадигма – інформаційні технології –

розвивається після другої світової війни як поширення та втілення в практику

системних уявлень.

Інформаційна цивілізація. Новий перелом цивілізації настав вже в роках

60-х на заході в США, а саме в 1968, коли чисельність працівників промислово-

сті стала меншою половини працюючих (“білі” та “чорні” комірці). Саме цей

час можна ототожнити з моментом переходу до інформаційної цивілізації, а де-

хто веде мову про навіть інформаційну революцію. Для цивілізації третьої хви-

лі, інформаційної, А. і Х.Тофлери вважають мірилом поступу, влади, творення

й інших показників цивілізації інтенсивність надходження та обміну знаннями

та інформацією. Однак умовою переходу до нової цивілізації є високоінтелек-

туальна економіка з плоскими безпосередніми зв’язками, безпосереднім досту-

пом до знань та інформації, які служать замінником більшості джерел продук-

ції, енергії, матеріалу, людської праці, капіталу тощо. Країни першої та другої

хвилі щораз більше стають ринками збуту держав третьої хвилі, та джерелами

сировини та дешевої робочої сили.

Переваги економіки третьої хвилі. Будь-які економічні здобутки зале-

жать від суспільно нагромаджених та використаних засобів. Економісти і під-

приємці найчастіше в своїх розрахунках враховують капітал, робочу силу, зем-