Понятие о системном подходе, системном анализе

1. Понятие о системном подходе, системном анализе

к.в.н. Митрофанов А.А.
Доцент кафедры А5

2. Понятие о системном подходе, системном анализе

Структура системного анализа
Классификация систем

3. Список литературы

1. Яковлев, В.П. Основы системного анализа / В.П. Яковлев. – СПб.: СПбГУПТД, 2023. – 108с.
2. Силич, В.А. Теория систем и системный анализ / В.А. Силич, М.П. Силич. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2011. – 276с.
3. Спицнадель, В.Н. Основы системного анализа: Учеб. Пособие / В.Н. Спицнадель. – СПб.: «Изд. Дом «Бизнесс-пресса», 2000 г.
— 326 с.
4. Макаров, Р. И. Анализ и синтез информационных систем: учеб. пособие / Р. И. Макаров, Е. Р. Хорошева; Владим. гос. ун-т им.
А. Г. и Н. Г. Столетовых. – Владимир : Изд-во ВлГУ, 2019. – 251 с.
5. Глухих, И.Н. Теория систем и системный анализ [Электронный ресурс]: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Тюмень:
Издательство Тюменского государственного университета, 2016. – 148 с.
6. Антонов, А.В. Системный анализ. Учеб. Для вузов. – М.: Высш. школа, 2004. – 454с.
7. Горохов, А. В. Основы системного анализа : учеб. пособие для вузов / А. В. Горохов. —М.: Издательство Юрайт, 2017 – 140с.
8. Бобронников, В.Т. Системный анализ в инженерных исследованиях: учебное пособие / В.Т. Бобронников; Министерство
образования и науки Российской Федерации, Московский авиационный институт (национальный исследовательский
университет). – М.: Изд-во МАИ, 2018. - 143 с.
9. Силич М.П. Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине Теория систем и системный анализ /
М.П. Силич. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 32с.
3

4. Общий подход к решению проблем

Системность, есть всеобщее свойство материи, одна из форм ее существования. Основной признак системности —
целенаправленная взаимосвязь составных частей человеческой практики, познания, природы, Вселенной.
Системный подход – это направление методологии научного познания и практики, в основе которого лежит
исследование объектов как систем. Системный подход – это понимание системности мира, и использование этого
понимания в практической деятельности людей.
Классический подход рассматривает систему
путем перехода от частного к общему и
конструирует систему слиянием ее компонентов,
разрабатываемых по отдельности.
Системный подход в отличие от классического
рассматривает систему путем перехода от общего
к частному, когда в основе лежит цель.
4

5. Декомпозиция

Декомпозиция – разделение систем на части, с последующим самостоятельным рассмотрением отдельных частей.
На этапе декомпозиции:
1.
Определение и декомпозиция общей цели исследования и основной функции системы как ограничение
траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций. Наиболее часто декомпозиция
проводится путем построения дерева целей и дерева функций.
2.
Выделение системы из среды (разделение на систему/«несистему») по критерию участия каждого
рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной
части надсистемы.
3.
Описание воздействующих факторов.
4.
Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.
5.
Описание системы как «черного ящика».
6.
Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений
между элементами) декомпозиции системы.
5

6. Декомпозиция

Глубина декомпозиции ограничивается.
Декомпозиция должна прекращаться, если необходимо изменить уровень абстракции – представить элемент как
подсистему. Если при декомпозиции выясняется, что модель начинает описывать внутренний алгоритм
функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде «черного ящика», то в этом случае
произошло изменение уровня абстракции. Это означает выход за пределы цели исследования системы и,
следовательно, вызывает прекращение декомпозиции.
В автоматизированных методиках типичной является декомпозиция модели на глубину 5-6 уровней. На такую
глубину декомпозируется обычно одна из подсистем. Функции, которые требуют такого уровня детализации, часто
очень важны, и их детальное описание дает ключ к секретам работы всей системы.
Проблема проведения декомпозиции состоит в том, что в сложных системах отсутствует однозначное соответствие
между законом функционирования подсистем и алгоритмом, его реализации.
6

7. Стратегии декомпозиции

Функциональная декомпозиция. Декомпозиция базируется на анализе функций системы. При этом ставится вопрос что делает
система, независимо от того, как она работает. Основанием разбиения на функциональные подсистемы служит общность
функций, выполняемых группами элементов.
Декомпозиция по жизненному циклу. Признак выделения подсистем – изменение закона функционирования подсистем на
разных этапах цикла существования системы «от рождения до гибели». Рекомендуется применять эту стратегию, когда целью
системы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов в
выходы.
Декомпозиция по физическому процессу. Признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования
подсистемы, стадии смены состояний. Хотя эта стратегия полезна при описании существующих процессов, результатом ее часто
может стать слишком последовательное описание системы, которое не будет в полной мере учитывать ограничения, диктуемые
функциями друг другу.
Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция). Признак выделения подсистем – сильная связь между элементами
по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (информационных, логических, иерархических,
энергетических и т.п.). Для описания всей системы должна быть построена составная модель, объединяющая все отдельные
модели. Рекомендуется использовать разложение на подсистемы, только когда такое разделение на основные части системы не
изменяется.
7

8. Анализ

Под анализом понимается процесс исследования систем, основанный на их декомпозиции с последующим определением
статических и динамических характеристик элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами систем и
окружающей средой.
Задача анализа состоит в определении свойств системы по ее структуре и значениям параметров.
Процесс анализа:
1.
Функционально-структурный анализ существующей системы, позволяющий сформулировать требования к
создаваемой системе. Он включает уточнение состава и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования
и взаимовлияний подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характеристик, задание пространства состояний Z,
задание параметрического пространства Т, в котором задано поведение системы, анализ целостности системы,
формулирование требований к создаваемой системе.
2.
Морфологический анализ – анализ взаимосвязи компонентов.
3.
Генетический анализ – анализ предыстории, причин развития ситуации, имеющихся тенденций, построение
прогнозов.
4.
Анализ аналогов.
5.
Анализ эффективности (по результативности, ресурсоемкости, оперативности). Он включает выбор шкалы измерения,
формирование показателей эффективности, обоснование и формирование критериев эффективности, непосредственно
оценивание и анализ полученных оценок.
8
6.
Формирование требований к создаваемой системе, включая выбор критериев оценки и ограничений.

9. Синтез

Синтез — это метод исследования системы (или процесса) путем воссоединения целого из частей, обобщение и
сведение в единое целое данных, добытых анализом.
1.
Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата, моделирование, оценка
модели по критериям адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса
погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения).
2.
Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.
3.
Синтез параметров системы, снимающей проблему.
4.
Оценивание вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оценивания, реализация модели,
проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего
варианта).
Задача синтеза состоит в определении структуры и
значений параметров системы по заданным свойствам.
Упрощенная функциональная диаграмма
этапа синтеза системы, решающей проблему
9

10. Основные задачи системного анализа

Структура системного анализа
Декомпозиция
Определение и
декомпозиция общей
цели, основной
функции
Анализ
Синтез
Функциональноструктурный анализ
Разработка модели
системы
Морфологический
анализ
Структурный синтез
Описание
воздействующих
факторов
Генетический анализ
Параметрический
синтез
Описание тенденций
развития,
неопределенностей
Анализ аналогов
Оценивание системы
Выделение системы
из среды
Описание как
«черный ящик»
Функциональная,
компонентная и
структурная
декомпозиция
Анализ
эффективности
Формирование
требований к
создаваемой системе
10

11. Классификация систем

Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам.
Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности.
Признак (или совокупность признаков) является основанием (критерием) классификации.
Рис. 1 – Классификация систем по происхождению
11

12. Классы систем по различным основаниям классификации

Основание классификации
Система
Вид
1
2
Природа системы
Физическая
Техническая
Кибернетическая
Химическая
Биологическая
Социальная
Способ
системы
Интеллектуальная
существования Абстрактная
Материальная
Характеристика
3
Субстанциональный уровень системы
Совокупность физических элементов, интегрированных на физических законах (поезд,
мост, космические объекты)
Совокупность деталей, техническое устройство (станок, конвейер, техническое устройство)
Множество взаимосвязанных объектов — элементов системы, способных воспринимать,
запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией
(автопилот, регулятор температуры в холодильнике, ЭВМ, человеческий мозг, живой
организм, биологическая популяция, человеческое общество)
Множество элементов, взаимосвязанных химическими связями (молекула, химическое
соединение)
Организмы или их сообщества (растение, животное)
Общество или некоторая его составляющая, развивающаяся как целое (государство,
экономика, законодательство)
Знание, способы познания и мышления (методы научного познания, математика)
Единство некоторых символов или знаков (теория, система исчисления)
Совокупность материальных явлений (город, горная система)
12

13. Классы систем по различным основаниям классификации

Основание классификации
Система
Вид
1
Характер
детерминации
Происхождение систем
Масштабы
Количество элементов
Характеристика
2
3
Субстанциональный уровень системы
Стохастическая, Вероятностная Поведение носит вероятностный характер (ценообразование, игра)
Детерминированная
Поведение предопределено (падение предметов)
Естественная
Возникает
и
развивается
естественно,
без
вмешательства
человека
Искусственная
Возникает и развивается благодаря человеку
Естественноискусственная
Возникает и развивается естественно и путем вмешательства человека
Микромасштабная
Относительно небольшое образование (малая или контактная группа, вирусы)
Макромасштабная
Значительное по размеру образование
Метасистема
Сверхбольшое образование (общество, планета)
Мегосистема
Бесконечное по размеру образование (Вселенная)
Уровень строения системы
Одноклеточная
Состоит из одного элемента (Земля, клетка)
Бинарная
Состоит из двух элементов (Земля — Луна)
Тринарная
Состоит из трех элементов (системы треугольники)
Четырехэлементная
Состоит из четырех элементов (футбольное поле)
Многоэлементная
Состоит из многих элементов (план города)
13

14. Классы систем по различным основаниям классификации

Основание классификации
Система
Вид
1
Степень
открытости
Характер взаимодействия
элементов
Степень организованности
2
Открытая
Закрытая
Координационная
Характеристика
3
Уровень строения системы
Открыта для воздействия внешней среды (демократическое общество)
Закрыта для воздействия внешней среды (тоталитарное общество)
Элементы отличаются равноправием (дружба, отделы одного уровня в системе
управления)
Элементы соподчинены (система управления)
Объединяет равноправные и неравноправные элементы (общество)
Иерархическая
Координационно
иерархическая
Недостаточно организованная Переходная экономика, реорганизуемое предприятие, кризис
система, или хаос-система
Суммативная
Неразвитое взаимодействие между элементами (империя Александра Македонского)
Организованная
Выраженные организационными структурами (правительство, предприятие)
Заорганизованная
Однозначно предопределенное поведение элементов (армия, тюрьма)
14

15. Классы систем по различным основаниям классификации

Основание классификации
Система
Вид
1
Степень сложности системы
Тип структуры
Наличие
информации
строении системы
Характер воспроизводства
2
Простая
Сложная
Сверхсложная
Линейная
Сотовая
Иерархическая
Смешанная
о “Черный ящик”
“Серый ящик”
“Белый ящик”
Воспроизводимая
окружающей
Воспроизводящая
подобных
Характеристика
3
Уровень строения системы
Состоит из небольшого числа элементов и связей между ними (телефонный абонент)
Включает в себя большое число простых систем (телефонная станция)
Включает в себя большое число сложных систем (телефонная связь)
Линейная структура взаимосвязи элементов (цепь, участок метро)
Разветвленные связи, множество путей прохождения информации (связь)
Соподчинение элементов (власть)
Наличие всех типов структуры (предприятие)
С неизвестным строением
С наличием некоторой информации о ее строении
С известным строением
Уровень функционирования системы
Последствия любых действий
средой
себе Животные, растения
15

16. Классы систем по различным основаниям классификации

Основание классификации
Система
Вид
1
Количество функций
Характер размещения
Равновесие
Цель
Эффективность
Характеристика
2
3
Уровень функционирования системы
Монофункциональная
Реализация одной функции (контроль)
Полифункциональная
Реализация одновременно нескольких функций (система управления)
Плоскостная
Размещена в плоскости (земельный участок)
ТрехмерноГородская среда
пространственная система
Многомерная
Социальная технология
Равновесная
Сохранение равновесия (рынок)
Неравновесная
Нарушение равновесия (конфликт)
Одноцелевая
Ориентирована на достижение одной цели (карьера, система обслуживания)
Многоцелевая
Направлена на достижение нескольких целей (человек, многопрофильная фирма)
Неэффективная
Отличается низкой эффективностью (погрузка неподготовленными людьми)
Средней эффективности
Свойственна выраженная эффективность (грузчик)
Эффективная
Со значительной эффективностью (автопогрузчик)
16

17. Классы систем по различным основаниям классификации

Основание классификации
Система
Вид
1
Характеристика
2
3
Уровень функционирования системы
Результат
С нулевым результатом
Не имеет результата (пассивный работник)
Результативная
с
высоким Отличается результативностью (активный работник)
результатом
Высокий синергетический результат (работоголик)
Уровень развития системы
Способность
Адаптивная
Способность приспосабливаться, не теряя своей идентичности (успевающие
приспосабливаться
студенты первого курса)
Неадаптивная
Не обладает способностью приспосабливаться (неуспевающие студенты первого
курса)
Способность к движению Статическая
Статические, неменяющиеся образования (скала)
(скорость)
Динамическая
Характеризуется изменяемостью (экономика наиболее развитых стран)
Вектор развития
Восходящего развития
Свойственен рост показателей развития с той или иной скоростью (экономика
периода подъема, политики с нарастающими рейтингами)
Нисходящая
Присуще падение показателей развития с той или иной скоростью (кризисная
экономика, политики с падающей поддержкой электората)
Стабильная
Свойственно сохранение показателей (системы устойчивого развития)
17

18. Классы систем по различным основаниям классификации

Основание классификации
Система
Вид
1
Способность
самовоспроизводства
Этап развития
2
Неорганическая
Органическая
Система зародыш
Детская
Молодая
Зрелая
Кризисная
Переходная
Деградирующая
Траектория
развития
Линейная
Нелинейная
Характеристика
3
Уровень развития системы
Неспособность к самовоспроизводству (механические, технические
системы)
Способность к самовоспроизводству (организмы)
Находится на стадии возникновения (зародыши)
На стадии становления (ребенок, новое государство)
В процессе достижения зрелости (молодежь, молодое государство)
Соответствует всем качествам зрелости (человек среднего возраста,
развитое демократическое государство)
В процессе падения показателей, разрушения и перестройки (кризисная
экономика)
Переходит из одного состояния в другое (украинская экономика)
Доминирование процессов ухудшения показателей и разрушения
(экономика Украины начала 90-х годов)
Подчиняется линейной функции развития (линейные зависимости)
Подчиняется нелинейным функциям развития (население планеты)
18

19. Классификация систем

По содержанию различают реальные (материальные), объективно существующие, и
абстрактные (концептуальные, идеальные), являющиеся продуктом мышления.
Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и искусственные
(антропогенные).
Естественные системы: системы неживой (физические, химические) и живой (биологические)
природы.
Искусственные системы: создаются человечеством для своих нужд или образуются в
результате целенаправленных усилий.
Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и социальные
(общественные).
Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в определенных целях.
К социальным системам относятся различные системы человеческого общества.
19

20. Классификация систем

В порядке усложнения поведения: автоматические, решающие, самоорганизующиеся,
предвидящие, превращающиеся.
Автоматические: однозначно реагируют на ограниченный набор внешних воздействий,
внутренняя их организация приспособлена к переходу в равновесное состояние при выводе
из него (гомеостаз).
Решающие: имеют постоянные критерии различения их постоянной реакции на широкие
классы внешних воздействий. Постоянство внутренней структуры поддерживается заменой
вышедших из строя элементов.
Самоорганизующиеся: имеют гибкие критерии различения и гибкие реакции на внешние
воздействия, приспосабливающиеся к различным типам воздействия. Устойчивость
внутренней структуры высших форм таких систем обеспечивается постоянным
самовоспроизводством.
Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью
поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов
20

21. Спасибо за внимание!