17345

Сложный объект как система. Основные аспекты системного исследования

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Тема 2. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ Лекция 3. 2.4. Сложный объект как система Основные аспекты системного исследования Несколько нарушая принятую методологию изложения материала начнем с определения объекта Ob как потенциально сложного элемента системы. Сложный ...

Русский

2013-07-01

136.5 KB

8 чел.

Тема 2. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ

Лекция 3.

2.4. Сложный объект как система

Основные аспекты системного исследования

Несколько нарушая принятую методологию изложения материала, начнем с определения объекта Ob, как потенциально сложного элемента системы. Сложный объект Ob, по определению обладающий свойством целостности, обычно наделяется широким спектром свойств, а потому полагается заведомо многоаспектным, а выделение и выбор для исследования наиболее значимых аспектов является задачей системного исследователя - системного аналитика (САн). На каждом уровне исследования может быть построена и исследована модель Ob, а совокупность моделей, полученных на каждом уровне исследования по всем выделенным аспектам при определенных допущениях может рассматриваться как исчерпывающая модель исследуемого Ob.

Процесс познания сложного объекта обычно начинается с выбора фиксированного множества существенных аспектов p1, p2,..,ps, pi{P} рассмотрения (исследования) системы (объекта), ранжирования аспектов и  выделения (выбора) наиболее значимого (ведущего) аспекта. По выбранному аспекту pi исследования системы  производится дальнейшее её упрощение  представления путем декомпозиции (расчленения) на более простые по данному аспекту составляющие компоненты 2-го, 3-го и т.д. порядков (движение «от простого к сложному») и разработка соответствующей pi –аспектной иерархической модели.

Возможны и другие схемы декомпозиции системы и последовательного построения иерархии моделей.

Наиболее характерными аспектами исследования объектов (систем) являются:

  •  морфологический;
  •  организационный;
  •  управленческий;
  •  информационный;
  •  информационно-логический; 
  •  функциональный;
  •  социально-экономический;
  •  технологический;
  •  философский;
  •  другие аспекты;

Определяя понятие «объект» как целостную компоненту «системы», необходимо сформулировать некоторые важные положения

2.5. Концепция существования реального и идеального объекта во времени и пространстве 

Дадим некоторые определения.

Объект системы (Ob) – это некоторая сущность реального мира, воспринимаемая интеллектом системного аналитика (САн) через систему органов чувств в форме образа Obr_Ob; последний является отображением внутреннего Ob состояния через систему показателей, параметров и индикаторов, которыми обладает по определению объект. При проектировании в качестве такого объекта рассматривается возможный прототип (в сфере инженерии: реализованный ранее подобный объект, макет, опытно-промышленная установка)

Полагаем, что объект имеет внутреннюю структуру, изолированную от внешнего мира  с помощью оболочки (границы), проникновение через которую внутрь объекта Ob для САн невозможно или нецелесообразно по условиям задачи исследования (проекта).

Факт существования Ob – феномен, воспринимаемый САн как установленный набор атрибутов, связанный с Ob, позволяющий отличать данный вид объектов от других видов объектов, а также данный конкретный  объект от других объектов данного вида (типа).

Объекту приписывается наличие конечного множества внутренних состояний {Z} с элементами zi  Z, i=1,2,...,r.  Ob наделяется способностью:

  1.  Воспринимать и передавать внутри объекта некоторый набор внешних сигналов xi{X} с помощью:
  •  механизмов рецепторов хrc , способных воспринимать и выделять специфичный сигнал и определять наличие внешнего воздействия);
  •  внутренних  афферентных путей (передают информацию с рецептора во анализатор).
  1.  Вырабатывать набор выходных сигналов yi{Y}; y=f(x,z);xi{X}, yi{Y}.

Существование реального объекта проявляется в его способности находиться в одном из возможных внутренних состояний zi  Z, а его функционирование как элемента системы проявляется  в способности принимать различные состояния z(t) в последовательные моменты t1, t2 ,...,∞; tiT, которое полагается дискретным.

Фазы существования объекта

Будем различать две основные фазы существования Ob: 

фаза покоя Φ0, в которой на интервале наблюдения T[0,T] для любого tT  

Obr_Ob(t)) = Jc = CONST;       (1)

и фаза активности Φa, если (1) не имеет место. Активность проявляется в процессе функционирования Ob.

Будем называть горизонтом наблюдения T  в текущий момент ti временной интервал, включающий на временной оси данный момент наблюдения ti и его окрестность – m  предшествующих и  n последующих точек наблюдения (отсчета):

 «Tн» = [ti-m, ...,  ti-2,  ti-1, ti, ti+1, ti+2,..., ti+n]    (2)

В пределах горизонта наблюдения могут быть выделены некоторые характерные точки и области:

  1.  «СЕЙЧАС» = [ ti,] ;

  1.  «ПРОШЛОЕ»= определяется выражением (2) со значением m определяемым горизонтом наблюдения поведения Ob в прошлом, рассматриваются интервалы tk  ti;
  2.  «БЛИЖАЙШЕЕ БУДУЩЕЕ»= определяется выражением (2) со значением n, определяемым горизонтом прогнозирования поведения Ob, рассматриваются интервалы ti+r >tk  ti; r –горизонт ближайшего будущего.
  3.  «БУДУЩЕЕ»= определяется выражением (2) со значением n, определяемым горизонтом предвидения поведения Ob на интервале  t  ti;
  4.  «ДАЛЕКОЕ БУДУЩЕЕ»= определяется выражением (2) со значением n, определяемым горизонтом предвидения поведения Ob на интервале T =[ti, t].

С точки зрения САн  объект существует (присутствует)  в момент t в реальном мире постольку, поскольку является наблюдаемым его образ в форме описания его состояния C_Ob(t).

Если для рассматриваемого объекта состояние Ψ0  сохраняется на интервале [t-, ti], а также может прогнозироваться на интервал [ti, t], такой объект следует считать статичным по природе, в противном случае объект следует считать функционирующим (функционировавшим).

Тема 3. НАУЧНЫЕ (ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ) ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

3.1. Введение. Определение термина «системный подход»

Рассмотренные выше основные понятия и идеи общей теории систем нашли применение в качестве теоретической базы в  практике решения многих «трудных» прикладных задач анализа, синтеза, проектирования и создания сложных реальных систем в самых различных предметных областях, требующих, как правило, междисциплинарного подхода. Эта практика основана на системной методологии, которая  с 70-х годов известна как «системный подход» (СПд). Существуют и другие термины (наименования):"системный анализ", "системные методы", "системно-структурный подход", даже «общая теория систем". В зарубежных изданиях часто используют термины system approach, system concept, The systems approach method и др. Термин «Системный подход»  принято считать более точным, к тому же он наиболее распространён в литературе на русском языке. В Украине чаще используется термин «системный анализ».

Современный СПд часто рассматривается как общая методология системного мышления, направленного на познание сложных объектов реального мира (Об) со всем многообразием их взаимосвязей (Св); используется как базовая методология практических приложений теории систем главным образом к задачам управления в сложных системах.

СПд, как научная дисциплина, определяется как совокупность методов и средств исследования сложных, многоуровневых и многокомпонентных систем, объектов, процессов, опирающихся на междисциплинарный, комплексный подход, учет взаимосвязей и взаимодействий между элементами системы.

Использование СПд непосредственно для решения конкретных системных задач междисциплинарного прикладного характера, следует называть прикладным системным подходом (ПСПд). Результатом проведения прикладных системных исследований и синтеза сложных систем является, как правило, выбор из множества возможных вполне определенной альтернативы: параметров конструкции сложного технического объекта (например, самолета, танкера, реактора);  основных проектных решений по структуре, архитектуре и стратегии реализации автоматизированной (информационно-аналитической) системы, корпоративной сети; плана комплексного развития региона, стратегии действий на аграрном, энергетическом, финансовом рынках и т.д.

Одним из основных приемов выполнения СПд является декомпозиция (расчленение) процесса получения решения на последовательные логически связанные этапы, на каждом из которых используются разнообразные формальные методы, модели, инструментальные системы (аналитические методы, экспертные системы, системы искусственного интеллекта) и непосредственно интеллект подготовленного для выполнения соответствующей миссии человека (эксперта, системного аналитика, конструктора и т.п.).

3.2. Базовые концепции методологии СПд

Априорно могут быть сформулированы следующие базовые концепции СПд:

БК1. Концепция существования (наличия) мира реальных , а также мира мыслимых абстрактных объектов, которые являются потенциальными объектами исследования (Об) и связей между ними (Св);

БК2. Концепция наличия субъекта – системного мыслителя (СМсл), обладающего следующими свойствами (спобностями):

  •  идентифицировать системные (SOb)  объекты реального или идеального мира;
  •  исследовать SOb и накапливать результаты исследований в форме теорий, моделей и вообще знаний (Zn_SOb);
  •  манипулировать знаниями Zn_SOb при решении системных задач (анализа, синтеза, интеграции).

БК3. Концепция системы: совокупность {Об} и {Св}  образует новый, абстрактный объект исследования, который принято называть "система" (Сис). Под системой в общем случае понимается совокупность некоторых объектов (элементов) и связей между ними, обладающая определенной целостностью, или  свойством эмерджентности.

БК4. Концепция прикладной системы (ПСис): Под ПСис понимается реальная система, создаваемая для достижения определенных целей или выполнения определенных функций (прикладная целевая система – ПЦС). Данная концепция предполагает создание или искусственной системы заданного целевого (функционального) назначения по проекту (Пр_ПСис) или ее исследование. В составе такого проекта выделяется концептуальная (общесистемная) часть (Оч_Пр_ПСис), основные проектные решения которой носят междисциплинарный характер и разрабатываются (СМсл) с ролевой функцией субъекта исследования (Сб_СИ) и системного проектировщика (СПр_ПСис); в качестве СПр_ПСис  в распространенной практике (чаще всего, на уровне жаргонных терминов) принято определять такие ролевые функции (субъекты):

  •  (конструктор Конс_ПСис,
  •  системный аналитикСАн_ПСис,
  •  системный интегратор СИн_ПСис и т.п.).

Полагаем, что назрел вопрос о введении в сфере проектирования ПЦС ролевой функции «системный архитектор» (САрх), априори владеющего методологией системного исследования и проектирования объектов. По уровню представления аспектов и свойств сложной системы САрх – это новый, самый высший уровень специализации и квалификации системного специалиста. Вводя такого субъекта, автор опирается на уже распространяющуюся практику. Имеются публикации, в том числе объявления в Интернете, о вакансиях специалистов - архитекторов (самых высокооплачиваемых) с указанием возлагаемых на них функций такого вида в таких направлениях, как:

  •  телекоммуникации (IT-системы),
  •  программных систем,
  •  бизнесовых систем и др.

3.3. Методологические основы СПд

Основами данной методологии являются:

а) замена реальных Об, Св и Сис их абстрактными представлениями – моделями: Мод_Об, Мод_Св и Мод_Сис;

б) формализация представлений и разработка алгоритмов инструментальных моделей ИМод_Об, ИМод_Св и ИМод_Сис, ориентированных на их реализацию (интерпретацию) с помощью компьютерных систем;

в) исследование адекватности моделей соответствующим прототипам реального мира;

г) исследование моделей с целью получения знаний, необходимых для проектирования и создания ПСис;

д) приложение полученных знаний для принятия решений в проектах прикладных систем.

Завершая введение, отметим, что в настоящее время СПд пока не существует в виде строгой методологической концепции; он выполняет свои эвристические функции, оставаясь не очень жестко связанной совокупностью определенного множества познавательных принципов, основной смысл которых состоит в соответствующей ориентации конкретных исследований и проектирования. Эта ориентация осуществляется двояко:

  •  во-первых, содержательные принципы СПд позволяют выявлять недостаточность старых, традиционных предметов изучения для постановки и решения новых задач;
  •  во-вторых, понятия и принципы СПд существенно помогают проектировать (создавать, строить) новые предметы и объекты, задавая структурные и типологические характеристики этих предметов и тем самым. способствуют формированию конструктивных социально-экономических, технологических, научно-технических, исследовательских и др. программ (проектов).

3.4. Роль СПд в научном познании, анализе и синтезе ПСис

В 70-90-х годах ХХ в. СПд занимает одно из ведущих мест в научном познании, анализе и синтезе. Предпосылкой его проникновения в науку явился прежде всего переход к новому типу научных задач: в целом ряде областей науки центральное место начинают занимать проблемы организации и функционирования сложных объектов: познание начинает оперировать системами, границы и состав которых далеко не очевидны и требуют специального исследования в каждом отдельном случае.

В конце ХХ в. аналогичные по типу задачи возникают и в социальной практике: техника всё более превращается в технику сложных систем, где многообразные технические и другие средства тесно связаны решением единой крупной задачи (например, космические проекты, человеко-машинные системы разного рода,  в социальном управлении вместо господствовавших прежде локальных, отраслевых задач и принципов ведущую роль играют крупные комплексные проблемы, требующие тесного взаимоувязывания экономических, социальных и иных аспектов общественной жизни (например, проблемы создания современных производственных комплексов, развития городов, мероприятия по охране природы).

При обращении к теоретическим основам ОТС системные проблемы обычно выражаются в близких к метафизическим понятиям и высказываниях, подобных, например, понятию «эмерджентная эволюция» или утверждению «целое больше суммы его частей», однако они имеют вполне определенное операционное значения, раскрываемое при углублении постановки задачи или исследования.

3.5. Системность, целостность и принципы системного подхода

Тонкость понятия понятия  «свойство целостности» или  «свойство эмержентности»  (emergent properties) можно пояснить на таком примере. В экономике в качестве эмерджентных свойств рассматривается, например, способность государства осуществлять крупные научно-технические программы, непосильные для отдельных хозяйственных звеньев, как бы много их ни было. Следовательно, имеет место  эффект организации, который является результатом возникновения между элементами синергических связей, т.е. таких, которые создают суммирующий эффект пар, троек, n-ок элементов, входящих в систему.

При применении инструмента анализа, т.е. так называемой  «аналитической процедуры», некоторая исследуемая сущность разлагается на части, и, следовательно, затем она может быть составлена или воссоздана из собранных вместе частей, причем эти процессы возможны как мысленно, так и материально. Это основной принцип «классической» науки, который может осуществляться различными путями: разложением исследуемого явления на отдельные причинные цепи, поисками «атомарных» единиц в различных областях науки и т. д. Этот принцип классической науки, впервые сформулированный Галилеем и Декартом, до сих пор является ведущим при изучении широкой сферы явлений.

Применение аналитических процедур требует выполнения двух существенных  условий.

Во-первых, необходимо, чтобы взаимодействие между частями данного явления отсутствовало или было бы пренебрежимо мало для некоторой исследовательской цели. Только при этом условии части можно реально, логически или математически «извлекать» из целого, а затем «собирать».

Во-вторых, отношения, описывающие поведение частей, должны быть линейными. Только в этом случае имеет место отношение суммативности, т.е. форма уравнения, описывающего поведение целого, такова же, как и форма уравнений, описывающих поведение частей; наложение друг на друга частных процессов позволяет получить процесс в целом и т.д.

Для образований, называемых системами, т.е. состоящих из взаимодействующих частей, эти условия не выполняются. Как утверждал А. Эйнштейн, линейных зависимостей в природе не существует! Прототипом описания систем являются системы дифференциальных уравнений, в общем случае, нелинейные. Систему, или «организованную сложность», можно описать через «сильные взаимодействия» или взаимодействия, которые «нетривиальны», т.е. нелинейны. Методологическая задача теории систем, таким образом, состоит в решении проблем, которые носят более общий характер, чем аналитически-суммативные проблемы классической науки.

3.6. Концептуальное определение системного подхода

Изложенные в разд. 2 элементы общей теории систем можно рассматривать скорее как достаточно популярное введение в ОТС, которое, будучи существенно расширенным, может рассматриваться как идейная база системного похода, имеющего свои многочисленные дифиниции и многие тонкости, требующие ясных формулировок и четкой их интерпретации.

Системный подход (СПд)это методология исследования проблем, группирующихся вокруг  задач идентификации, проектирования, создания, функционирования сложного объекта (системы) и управления им, в основе которой лежит идеология общей теории систем, т.е.  рассмотрение объекта как целостного множества элементов в совокупности отношений и связей между ними. СПд по отношению к ОТС обычно рассматривается как широкое прикладное научно-методическое направление последней, тесно связанное с ней, но имеющее собственную парадигму –  совокупность категориальных, понятийных и критериальных  ценностей, методов, подходов, технических, навыков, технологий и даже инструментальных средств.

Методологии системного подхода в основном базируется  на использовании теоретических положений общей теории систем,  которые дополняются знаниями конкретной прикладной области, в которой решаются задачи анализа, синтеза, проектирования и создания сложной системы..

Говоря о системном подходе, обычно имеют в виду  некоторый способ организации и направления действий системного специалиста (ученого, разработчика, проектировщика) в двух осовных взаимоувязаных направлениях деятельности – анализа и синтеза систем. Далее будем именовать таких субъектов выше введенным термином – «системными архитекторами» (САрх), деятельность которых находится над уровнем системных аналитиков (САн) и «системных интеграторов» (СИн), и может включать в себя частично  функции (Сан и СИн).

САрх должен иметь научную подготовку, которая бы позволяла проникать в проблематику  любого рода деятельности, выявляя системные закономерности и взаимосвязи элементов с целью их эффективного использования. При этом системный подход часто является не столько методом решения задач, сколько методом постановки задач. Известно крылатое выражение: «правильно заданный вопрос – половина ответа». Это качественно более высокий, нежели просто предметный, способ познания свойств объекта, с которым оперирует САн. Как явствует из рассмотренного в разделе 2 материала, в качестве потенциальных прикладных систем может  рассматриваться множество самых разнородных объектов, например, атом, клетка, автомобиль, здание, человеческое общество, мировая экономическая система и т. д.

3.7. Основные аспекты системного подхода

Системный подход к исследованию и проектированию – это подход, при котором любая система (объект) рассматривается как совокупность взаимосвязанных элементов (компонентов), в которой определены:

выход (цель),

вход (ресурсы),

связи с внешней средой,

обратная связь.

Это наиболее общий, хотя и не слишком содержательный  подход. СПд представляет собой форму приложения общей теории систем, которая, в свою очередь, является адаптацией теории познания и диалектики к исследованию процессов, происходящих в природе, обществе, мышлении. Его сущность состоит в реализации требований общей теории систем, согласно которой каждый объект в процессе его исследования должен рассматриваться как большая и сложная система и, одновременно, как элемент более общей системы.

Развернутое определение системного подхода включает также обязательность изучения и практического использования следующих его основных аспектов:

  1.  Системно-элементного а. Или системно-комплексного а., состоящего в выявлении элементов, составляющих данную систему. Так во всех социальных системах можно обнаружить вещные компоненты (средства производства и предметы потребления), процессы (экономические, социальные, политические, духовные и т.д.) И идеи, научно-осознанные интересы людей и их общностей;
  2.  Системно-структурного а., заключающегося в выяснении внутренних связей и зависимостей между элементами данной системы и позволяющего получить представление о внутренней организации (строении) исследуемой системы;
  3.  Системно-функционального а., предполагающего выявление функций, для выполнения которых созданы и существуют соответствующие системы;
  4.  Системно-целевого а., означающего необходимость научного определения целей и подцелей системы, их взаимной увязки между собой;
  5.  Системно-ресурсного а., заключающегося в тщательном выявлении ресурсов, требующихся для функционирования системы, для решения системой той или иной проблемы;
  6.  Системно-интеграционного а., состоящего в определении совокупности качественных свойств системы, обеспечивающих её целостность и особенность;
  7.  Системно-коммуникационного а., означающего необходимость выявления внешних связей данной системы с другими, то есть, её связей с окружающей средой;
  8.  Системно-исторического а., позволяющего выяснить условия во времени возникновения исследуемой системы, пройденные ею этапы, современное состояние, а также возможные перспективы развития.

Практически все современные науки построены по системному принципу. Важным аспектом системного подхода является выработка нового принципа его использования – создание нового, единого и более рационального (оптимального) подхода (общей методологии) к познанию, для применения его к любому познаваемому материалу, с гарантированной целью получить наиболее полное и целостное представление об этом материале.


Вопросы для самопроверки:

  1.  Основные аспекты системного исследования
  1.  Концепция существования реального и идеального объекта во времени и пространстве
  1.  Основные фазы существования объекта
  1.  Горизонт наблюдения объекта

  1.  Определение термина «системный подход».
  1.  Базовые концепции методологии СПд
  1.  Методологические основы СПд
  1.  Роль СПд в научном познании, анализе и синтезе ПСис
  1.  Системность, целостность и принципы системного подхода
  1.  Концептуальное определение системного подхода
  1.  Основные аспекты системного подхода. Определение системного подхода как методологии познания

PAGE   \* MERGEFORMAT 14


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53536. Технологія формування та обробки лінійних списків в Excel з використанням електронного робочого зошита 416 KB
  Актуальність теми: при роботі з великими об’ємами даних важливе значення відіграє їх наглядність та наочність. І навіть наша приймальна комісія використовує електронні таблиці для сортування абітурієнтів та створення бази даних та ведення документації по прийому технікуму. Навчальні цілі заняття : знати команди фільтрації розширеного фільтру автофільтру та сортування даних ІІ рівень абстракції; Оволодіти навичками сортування списків за умовою навчитися проводити фільтрацію даних за автофільтром та розширеним фільтром ІІІ рівень...
53539. Ведущие европейские страны в годы I мировой войны 42.32 KB
  Интересам повышения обороноспособности служила реорганизация управления страной. В августе 1914 г. либералы, консерваторы и лейбористы договорились о взаимном отказе от соперничества на внеочередных выборах в Палату общин вместо досрочно выбывших депутатов и прекратили традиционную политическую борьбу в парламенте
53540. Разработка технологического процесса изготовления отливки «Котел» 4.38 MB
  В расчетно-пояснительной записке приведены: технологичность отливки и способ её изготовления, задачами которых являются выбор способа формовки, выбор положения отливки в форме, выбор поверхности разъема, сплав, минимальная толщина стенки, радиусы сопряжений стенок, литейные радиусы
53541. Управлінські рішення 25.34 KB
  Управлінське рішення — це вибір альтернативи, речове відбиття управління, певною мірою його підсумок. Воно є результатом обдумувань, дій та намірів, висновків, міркувань, обговорень, постанов спрямованих на реалізацію цілей управління.
53542. Вульф Григорій (Юрій) Вікторович 202.18 KB
  Георгій Вікторович Вульф народився в 1863 р. в м. Чернігові. Закінчив 6 чоловічу класичну гімназію у Варшаві в 1881 р. і вступив до Варшавського університету, на природне відділення фізико-математичного факультету. З 2-го курсу почав працювати з кристалографії