Лекция 7 (3)

1.

Раздел 3. Системный
подход
Методы системных
исследований
Принципы системного
подхода

2.

Методы системных
исследований
Условно методы можно расположить в порядке возрастания
формализованности – от качественных методов до
количественного системного моделирования с применением
ЭВМ.
Методы, которые условно относят к качественным, основное
внимание уделяют организации постановки задачи, первому
этапу её формализации, формированию вариантов, выбору
подхода к оценке, использованию опыта человека, его
предпочтений, которые не всегда могут быть выражены в
количественных оценках.
Методы, условно относящиеся к количественным, основное
внимание уделяют анализу вариантов, выдвигают на первый
план количественные характеристики с оценкой их
корректности, точности, ошибок и т.п., а для постановки
задачи эти методы не имеют средств, почти полностью
оставляя осуществление этого этапа за человеком.

3.

Методы системных
исследований
Существуют методы, которые стремятся охватить оба этапа –
этап постановки задачи, разработки вариантов и этап оценки
и количественного анализа вариантов, – но делают это с
привлечением разных исходных концепций и терминологии, с
разной степенью формализованности. Например:
Кибернетический подход к разработке адаптивных систем
управления, проектирования и принятия решений, который
исходит из развития основных идей классической теории
автоматического регулирования и управления и теории
адаптивных систем применительно к организационным
системам;
Информационно-гносеологический подход к моделированию
систем, основанный на общности процессов отражения,
познания в системах различной физической природы;
Системно-структурный подход;
Метод ситуационного моделирования;
Метод имитационного динамического моделирования.

4.

Методы системных
исследований
Качественные методы системного анализа
1. Методы типа мозговой атаки или коллективной
генерации идей
2. Методы типа сценариев
3. Методы экспертных оценок
4. Методы типа «Дельфи»
5. Методы типа дерева целей
6. Морфологические методы
Методы, занимающие промежуточное положение
1. Метод ситуационного управления
2. Имитационное моделирование

5.

Методы типа мозговой атаки
или коллективной генерации
идей
• Концепция мозговой атаки получила широкое распространение
с начала 50-х годов как «метод систематической тренировки
творческого мышления», направленный на «открытие новых
идей и достижение согласия группы людей на основе
интуитивного мышления». Методы этого типа известны также
под названиями мозгового штурма, конференций идей,
коллективной генерации идей (КГИ).
• Обычно при проведении мозговой атаки, или сессий КГИ,
стараются выполнить определенные правила, суть которых
сводится к тому, чтобы обеспечить как можно большую
свободу мышления участников КГИ и высказывания ими новых
идей; для этого рекомендуется приветствовать любые идеи,
даже если они вначале кажутся сомнительными или
абсурдными (обсуждение и оценка идей проводится позднее),
не допускается критика, не объявляется ложной идея и не
прекращается обсуждение ни одной идеи. Требуется
высказывать как можно больше нетривиальных идей,
стараться создавать как бы цепные реакции идей.

6.

Методы типа мозговой атаки
или коллективной генерации
идей
• В зависимости от принятых правил и жесткости их
выполнения различают прямую мозговую атаку, метод
обмена мнениями, методы типа комиссий, судов (когда одна
группа вносит как можно больше предложений, а вторая —
старается их максимально критиковать) и т.п. В последнее
время мозговую атаку проводят в форме деловой игры.
• На практике подобием сессий КГИ являются разного рода
совещания – конструктораты, заседания ученых и научных
советов, специально создаваемых временных комиссий.
• В реальных условиях достаточно трудно обеспечить жесткое
выполнение требуемых правил, создать «атмосферу
мозговой атаки», на конструкторатах и советах мешает
влияние должностной структуры организации: трудно собрать
специалистов на межведомственные комиссии. Поэтому
желательно применять способы привлечения компетентных
специалистов, не требующие обязательного их присутствия в
конкретном месте и в конкретное время и устного
высказывания своих мнений.

7.

Методы типа сценариев
Методы подготовки и согласования представлений о проблеме
или анализируемом объекте, изложенных в письменном виде,
получили название сценариев. Первоначально этот метод
предполагал подготовку текста, содержащего логическую
последовательность событий или возможные варианты решения
проблемы, развернутые во времени. Однако позднее
обязательное требование временных координат было снято, и
сценарием стали называть любой документ, содержащий анализ
рассматриваемой проблемы и предложения по ее решению или
по развитию системы, независимо от того, в какой форме он
представлен. Как правило, на практике предложения для
подготовки подобных документов пишутся экспертами вначале
индивидуально, а затем формируется согласованный текст.

8.

Методы типа сценариев
Сценарий предусматривает не только содержательные
рассуждения, помогающие не упустить детали, которые
невозможно учесть в формальной модели (в этом собственно
и заключается основная роль сценария)» но и содержит, как
правило, результаты количественного техникоэкономического или статистического анализа с
предварительными выводами. Группа экспертов,
подготавливающая сценарий, пользуется обычно правом
получения необходимых справок от предприятий и
организаций, необходимых консультаций.
На практике по типу сценариев разрабатывались прогнозы в
отраслях промышленности. Разновидностью сценариев
можно считать комплексные программы научно-технического
прогресса и его социально-экономических последствий.

9.

Методы типа сценариев
В последнее время понятие сценария все больше
расширяется в направлении как областей применения, так и
форм представления и методов их разработки: в сценарий
вводятся количественные параметры и устанавливаются их
взаимозависимости, предлагаются методики подготовки
сценария с использованием ЭВМ (машинных сценариев),
методики целевого управления подготовкой сценария.
•Сценарий позволяет создать предварительное
представление о проблеме (системе) в ситуациях, когда не
удается сразу отобразить ее формальной моделью. Но все
же сценарий – это текст со всеми вытекающими
последствиями (синонимия, омонимия, парадоксы),
связанными с возможностью неоднозначного его толкования
разными специалистами. Поэтому такой текст следует
рассматривать как основу для разработки более
формализованного представления о будущей системе или
решаемой проблеме.

10.

Методы экспертных оценок
Изучению возможностей и особенностей применения
посвящено много работ. В них рассматриваются формы
экспертного опроса (разные виды анкетирования, интервью),
подходы к оцениванию (ранжирование, нормирование,
различные виды упорядочения и т.д.), методы обработки
результатов опроса, требования к экспертам и
формированию экспертных групп, вопросы тренировки
экспертов, оценки их компетентности (при обработке оценок
вводятся и учитываются коэффициенты компетентности
экспертов, достоверности их мнений), методики организации
экспертных опросов.
Выбор форм и методов проведения экспертных опросов,
подходов к обработке результатов опроса и т.д. зависит от
конкретной задачи и условий проведения экспертизы. Однако
существуют некоторые общие проблемы, которые нужно
помнить специалисту по системному анализу.

11.

Методы экспертных оценок
Возможность использования экспертных оценок,
обоснование их объективности обычно базируется на том, что
неизвестная характеристика исследуемого явления
трактуется как случайная величина, отражением закона
распределения которой является индивидуальная оценка
специалиста-эксперта о достоверности и значимости того или
иного события. При этом предполагается, что истинное
значение исследуемой характеристики находится внутри
диапазона оценок, получаемых от группы экспертов, и что
обобщенное коллективное мнение является достоверным.
Однако в некоторых теоретических исследованиях это
предположение подвергается сомнению. Например,
предлагается разделить проблемы, для решения которых
применяются экспертные оценки, на два класса.

12.

Методы экспертных оценок
К первому классу относятся проблемы, которые достаточно
хорошо обеспечены информацией и для которых можно
использовать принцип «хорошего измерителя», считая
эксперта хранителем большого объема информации, а
групповое мнение экспертов — близким к истинному.
Ко второму классу относятся проблемы, в отношении
которых знаний для уверенности в справедливости названных
предположений недостаточно; экспертов нельзя
рассматривать как «хороших измерителей», и необходимо
осторожно подходить к обработке результатов экспертизы,
поскольку в этом случае мнение одного (единичного)
эксперта, больше внимания уделяющего исследованию
малоизученной проблемы, может оказаться наиболее
значимым, а при формальной обработке оно будет утрачено.
В связи с этим к задачам второго класса в основном должна
применяться качественная обработка результатов.
Использование методов осреднения (справедливых для
«хороших измерителей») в данном случае может привести к
существенным ошибкам.

13.

Методы типа «Делфи»
Метод «Дельфи», или метод «дельфийского оракула»,
первоначально был предложен О. Хелмером и его коллегами
как итеративная процедура при проведении мозговой атаки,
которая способствовала бы снижению влияния
психологических факторов при повторении заседаний и
повышении объективности результатов. Однако почти
одновременно «Дельфи»-процедуры стали средством
повышения объективности экспертных опросов с
использованием количественных оценок при оценке «дерева
цели» и при разработке «сценариев».
•Основные средства повышения объективности результатов
при применении «Дельфи»-метода – использование
обратной связи, ознакомление экспертов с результатами
предшествующего тура опроса и учет этих результатов при
оценке значимости мнений экспертов.

14.

Методы типа «Делфи»
•В силу трудоемкости обработки результатов и значительных
временных затрат первоначально предусматриваемые методики
«Дельфи» не всегда удается реализовать на практике. В
последнее время процедура «Дельфи» в той или иной форме
обычно сопутствует любым другим методам моделирования
систем – морфологическому, сетевому и т.д.
•В частности, предложенная в свое время В.М. Глушковым,
состоит в том, чтобы сочетать целенаправленный
многоступенчатый опрос с «разверткой» проблемы во времени,
что становится вполне реализуемым в условиях алгоритмизации
такой (достаточно сложной) процедуры и использования
компьютерной техники.
Для повышения результативности опросов и активизации
экспертов иногда сочетают процедуру «Дельфи» с элементами
деловой игры: эксперту предлагается проводить самооценку,
ставя себя на место конструктора, которому реально поручено
выполнять проект, или на место работника аппарата управления,
руководителя соответствующего уровня системы
организационного управления и т.д.

15.

Методы типа дерева целей
Идея метода дерева целей впервые была предложена У.
Черменом в связи с проблемами принятия решений в
промышленности.
Термин «дерево» подразумевает использование
иерархической структуры, полученной путем разделения
обшей цели на подцели, а их, в свою очередь, на более
детальные составляющие, которые можно называть
подцелями нижележащих уровней или, начиная с некоторого
уровня, – функциями. Как правило, термин «дерево целей»
используется для иерархических структур, имеющих
отношения строго древовидного порядка, но сам метод
иногда применяется и в случае «слабых» иерархий. Поэтому
в последнее время все большее распространение получает
предложенный В.М. Глушковым термин «прогнозный граф»,
который может представляться и в виде древовидной
иерархической структуры, и в форме структуры со «слабыми»
связями.

16.

Методы типа дерева целей
При использовании метода «дерево целей» в качестве средства
принятия решений часто вводят термин «дерево решений». При
применении «дерева» для выявления и уточнения функций
управления говорят о «дереве целей и функций». При
структуризации тематики научно-исследовательской организации
удобнее пользоваться термином «дерево проблемы», а при
разработке прогнозов – термином «дерево направлений развития
(или прогнозирования развития)» или упомянутым выше
термином «прогнозный граф».
Метод «дерева целей» ориентирован на получение полной и
относительно устойчивой структуры целей, проблем,
направлений, т.е. такой структуры, которая на протяжении какогото периода времени мало изменялась при неизбежных
изменениях, происходящих в любой развивающейся системе.
Для достижения этого при построении вариантов структуры
следует учитывать закономерности целеобразования и
использовать принципы и методики формирования
иерархических структур целей и функций.

17.

Морфологические методы
•Основная идея морфологического подхода – систематически
находить наибольшее число, а в пределе – все возможные
варианты решения поставленной проблемы или реализации
системы путем комбинирования основных (выделенных
исследователем) структурных элементов системы или их
признаков. При этом система или проблема может
разбиваться на части разными способами и рассматриваться
в различных аспектах.
Отправными точками морфологического исследования
считаются:
1) равный интерес ко всем объектам морфологического
моделирования;
2) ликвидацию всех ограничений и оценок до тех пор, пока
не будет получена полная структура исследуемой области;
3) максимально точную формулировку поставленной
проблемы.

18.

Морфологические методы
Кроме этих общих положений, Цвикки предложил ряд
отдельных способов (методов) морфологического
моделирования: метод систематического покрытия поля
(МСПП), метод отрицания и конструирования (МОК), метод
морфологического ящика (ММЯ), метод экстремальных
ситуаций (МЭС); метод сопоставления совершенного с
дефектным (МССД), метод обобщения (МО). Наибольшую
известность получили три первых метода.
МСПП предполагает, что существует некоторое число так
называемых «опорных пунктов» знания в любой исследуемой
области. Этими пунктами могут быть теоретические
положения, эмпирические факты, открытые законы, в
соответствии с которыми протекают различные процессы, и
т.д. Исходя из ограниченного числа опорных пунктов знания и
достаточного числа принципов мышления, морфологическим
методом покрытия поля ищут все возможные решения
поставленной проблемы.

19.

Метод ситуационного
управления
В основе метода лежат следующие принципы:
1. Модель объекта управления и описания протекающих в нем
процессов является семиотической и строится на основе текстов,
выраженных на естественном языке. Модель описания ситуаций
также является семиотической.
2. Формирование ОУ и протекающих в нем процессов происходит
либо путем ее создания специалистом до ввода в ЭВМ, либо на
основании анализа поведения объекта в различных ситуациях,
проводимого самой ЭВМ. В последнем случае в ЭВМ должны
быть заложены некоторые механизмы для осуществления такого
анализа.
Общая модель включает:
нулевой уровень, где хранится множество базовых понятий;
•первый уровень, содержащий мгновенные фотографии реальной
ситуации;
•второй уровень, где отражаются закономерные связи между
предметами внешнего мира и т.д.

20.

Метод ситуационного
управления
Модель второго уровня является еще достаточно подробной
и описывает внешний мир в слишком мелких единицах. Все
последующие слои модели проводят постепенные
обобщения.
Таким образом, вся модель мыслится как совокупность
целого ряда моделей, начиная от моделей
непосредственного опознания на первом уровне и кончая
моделью образования абстрактных понятий.
Основные недостатки ситуационного управления:
часто требуется огромная «ручная» работа по
формированию базовых понятий и базовых отношений;
сформированный базис (понятия и отношения) замыкает круг
задач, которые могут быть решены с помощью данной
модели;
при изменении части условий ситуации или расширении
границ системы, как правило, требуется существенная
переработка модели.

21.

Имитационное
моделирование
Под имитационным моделированием понимается процесс
формирования модели реальной системы и проведения на этой
модели экспериментов в целях выявления свойств системы,
определения возможных путей ее создания, совершенствования
и (или) эффективного использования.
Широкий интерес определяется рядом факторов:
1) возможность заменить эксперименты в реальных условиях
экспериментами в искусственной среде;
2) возможность наглядно представить явно не воспроизводимые
или не существовавшие ранее проблемы, когда традиционные
методы анализа непригодны;
3) обеспечение лучших условий для систематического
использования интуиции и суждений экспертов;
4) возможность изменять время течения изучаемых процессов в
широких пределах;
5) обеспечение условий стабильности проведения эксперимента;
6) получение множества альтернатив поведения системы.

22.

Имитационное
моделирование
Недостатки имитационного моделирования:
1. Разработка имитационной модели часто обходится дорого и
требует значительны затрат времени большой группы
высококвалифицированных специалистов.
2. Высокая опасность ложной имитации, которая чаще всего
возрастает с усложнением модели.«Ложность» имитации связана
прежде всего с неадекватностью некоторых соотношений,
процедур и правил имитационного моделирования реальности.
3. Не все алгоритмы, теоретически дающие решения, могут быть
«физически» реализованы на ЭВМ в силу или чрезмерно высоких
затрат времени или резкого падения точности решения при
округлениях значений на множестве вычислительных операций,
или переполнения памяти машины и т.д.
4. Нередко приходится затрачивать значительное время на
переделку модели, если возникает необходимость внести в нее
изменения или дополнения.

23.

Принципы системного
подхода
•Рассмотрение понятий «системность»,
«системный» приводит к убеждению, что сложный
объект надо рассматривать и как целое, и как
состоящее из отдельных частей; что нужно
исследовать предмет с разных сторон и точек
зрения, вдаваться в его внутреннее строение и
организацию.
Все это приводит к формулировке положений,
которые принято называть принципами системного
подхода. Это – некоторые утверждения весьма
общего характера, обобщающие опыт работы
человека со сложными системами.

24.

Принципы системного
подхода
1. Принцип конечной цели: абсолютный приоритет конечной
(глобальной) цели.
Означает, что в целенаправленной системе все должно быть
подчинено глобальной цели. Любая попытка изменения,
совершенствования и управления в такой системе должна
оцениваться с точки зрения того, помогает или мешает она
достижению конечной цели. Это накладывает особую
ответственность на выбор цели и ее четкую трактовку.
Расплывчатые, не полностью определенные цели влекут за
собой неясности в структуре и управлении системой, и, как
следствие, неверные действия в системе.
Это принцип можно применять и к системам, которые не
являются целенаправленными, только в несколько измененной
трактовке. В этом случае понятие конечной цели заменяют
понятиями основной функции, основного назначения, свойства
системы. При этом принцип указывает что изучение и работа с
системой должны вестись на базе первоочередного уяснения
этих понятий.

25.

Принципы системного
подхода
2. Принцип единства: совместное рассмотрение системы как
целого и как совокупности частей (элементов).
3. Принцип связности: рассмотрение любой части системы
совместно с ее связями с окружением.
Эти два принципа обладают тесной взаимосвязью. Но существую
причины, по которым их можно рассматривать отдельно:
Во-первых, принцип единства – это ориентация на «взгляд
вовнутрь» системы или ее части, а принцип связности – на
«взгляд изнутри». В разные моменты исследования полезна либо
та, либо другая ориентация.
Во-вторых, рекомендуемое в принципе единства расчленение
системы с сохранением ее целостных представлений о ней на
практике довольно резко отличается от процедуры выявления
всевозможных связей, рекомендуемой в принципе связности.
В-третьих, процедура выявления связей, примененная ко всей
системе целиком, приводит к принципу учета внешней среды,
который, как следует из вышесказанного, можно не считать
самостоятельным.

26.

Принципы системного
подхода
4. Принцип модульного построения: полезно выделение
модулей в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей.
Этот принцип указывает на возможность рассмотрения вместо
части системы совокупности ее входных и выходных
воздействий. Он утверждает полезность абстрагирования от
излишней детализации при сохранении возможности адекватно
описывать системы.
5. Принцип иерархии: полезно введение иерархии частей
(элементов) и (или) их ранжирование.
Этот принцип акцентирует внимание на полезности отыскания
или создания в системе иерархического (доминирующего)
характера связей между элементами, модулями, целями.
Иерархические системы обычно исследуются и создаются
«сверху». Начиная с анализа модулей первого иерархического
уровня. В случае отсутствия иерархии исследователь должен
решить, в каком порядке он будет рассматривать части системы.
Таким образом, вводят порядок рассмотрения системы, который
и называется ранжированием.

27.

Принципы системного
подхода
6. Принцип функциональности: совместное рассмотрение
структуры и функции с приоритетом функции над структурой.
Это принцип утверждает, что любая структура тесно связана с
функцией системы и ее частей, и исследовать (создавать)
структуру необходимо после уяснения функций в системе. На
практике это принцип, в частности, означает, что в случае
придания системе новых функций полезно пересматривать ее
структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую
схему.
7. Принцип развития: учет изменяемости системы, ее
способности к развитию, расширению, замене частей,
накаливанию информации.
Понятие развития, изменяемости при сохранении качественных
особенностей выделяется почти в любой естественной системе,
а в искусственных возможность развития, усовершенствования,
как правило, закладывается в основу создания системы. При
модульном построении такое развитие обычно сводится к замене
и добавлению модулей (частей).

28.

Принципы системного
подхода
8. Принцип децентрализации: сочетание в принимаемых
решениях и управлении централизации и децентрализации.
Этот принцип рекомендует, чтобы управляющие воздействия и
принимаемые решения сходили не только из одного центра
(главенствующего элемента). Ситуация, когда все решения
исходят из одного места, называется полной централизацией.
Такое положение считается оправданным лишь при особой
ответственности за все, происходящее в системе, и при
неспособности частей системы самостоятельно реагировать на
внешние воздействия. Система с полной централизацией будет
негибкой, не приспосабливающейся, не обладающей
«внутренней активностью». Весьма вероятно, что в такой системе
каналы информации, ведущие к главному элементу. Окажутся
перегруженными, а сам этот элемент, будучи не в состоянии
переработать такое количество информации, начнет выдавать
неправильные управления.
Однако, чем выше степень децентрализации решений в системе,
тем сложнее они согласовываются с точки зрения выполнения
глобальной цели.

29.

Принципы системного
подхода
9. Принцип неопределенности: учет неопределенностей и
случайностей в системе.
Этот принцип утверждает, что исследователь может иметь
дел и с системой, в которой не все известно или понятно. Это
может быть система с невыясненной структурой, с
непредсказуемым ходом процессов, со значительной
вероятностью отказов в работе элементов, с неизвестными
внешними воздействиями и др. Частным случаем
неопределенности выступает случайность – ситуация, когда
вид события известен, но оно может либо наступить, либо не
наступить. На основе этого определения можно ввести
полное поле событий – это такое их множество, про которое
известно, что одно из них наступит.