Історія формування системного аналізу

ТЕМА 1. Історія дисципліни. Основні методологічні принципи системного аналізу. Залізничний транспорт як об’єкт системного аналізу

Залізничний транспорт є одною з основних галузей господарства, яка відіграє важливу роль в переводі економіки України на інтенсивний шлях розвитку та її інтеграцію до світового ринку. Проблеми підвищення ефективності роботи та розвитку транспорту складні та різноманітні. В першу чергу необхідно відмітити задачу покращення якості обслуговування клієнтів і зменшення власних витрат на утримання та розвиток інфраструктури. Для цього потрібно підвищити збалансованість планів розвитку залізничного транспорту та інших галузей матеріального виробництва і невиробничої сфери, створити необхідні резерви пропускної та провізної здатності. Зважаючи на те, що вирішення цих задач потребує мільярдів гривен, проблема ефективності використання ресурсів на транспорті має першорядне значення.

Необхідність урахування широкого спектру техніко-економічних, соціальних, технологічних екологічних та інших факторів, що характеризують транспорту систему, вимагає нових підходів до вирішення цих задач. Методологічною основою такого підходу є системний аналіз, що поєднав такі дисципліни як дослідження операцій, теорія ігор, теорія інформації, теорія прийняття рішень, теорія оптимального управління та ін.

Історія формування системного аналізу

Історія розвитку системних уявлень спочатку йшла по декільком окремим напрямкам: із різних вихідних позицій наближалися до сучасного розуміння системності філософська думка, наукова і технічна методологія. Першим в явній формі питання про науковий підхід до керування складними системами поставив М. -А. Ампер. При побудові своєї класифікації всіляких наук він виділив спеціальну науку про керування державою і назвав її кібернетикою. При цьому Ампер не тільки позначив необхідне місце для кібернетики в ряді інших наук, але і підкреслив її основні особливості: “Постійно уряду необхідно вибирати серед різних мір ту, котра найбільше усього придатна до досягнення мети... і лише завдяки заглибленому і порівняльному вивченню різних елементів, які доставляються йому для цього вибору, знанням усього того, що стосується керованого їм народу: характеру, поглядів, історії, релігії, засобів існування і процвітання, організацій і законів може воно скласти собі загальні правила поведінки, що керують ним у кожному конкретному випадку”. Польський філософ Б. Трентовський у своїх працях вже ставив метою побудову наукових основ практичної діяльності керівника – “кібернета”. Він підкреслював, що ефективне управління повинно враховувати всі найважливіші зовнішні і внутрішні фактори, що впливають на об’єкт керування. По-справжньому явне і масове засвоєння системних понять почалося з 1948 р. коли американський математик Вінер опублікував книгу під назвою “Кібернетика”, де він визначив кібернетику як “науку про керування і зв’язок в тваринах і машинах”. В подальшому принципи кібернетики були розширені на інші області і зараз вона визначається як наука про оптимальне управління складними динамічними системами.

Паралельно і незалежно від кібернетики прокладається ще один підхід до науки про системи – загальна теорія систем. Теорія систем та системного аналізу досить молода наука, що почала складатися з 30 років 20 сторіччя. Розгорнутий варіант загальної теорії систем був сформульований в 1947 році біологом Л. фон Берталанфі. Основна задача цієї теорії полягала в тому, щоб спираючись на розуміння системи як взаємопов’язаного комплексу компонентів, знайти закони, що пояснюють поведінку різноманітних складних систем, розробити ефективні методи аналізу та синтезу систем як єдиного цілого.

В другій половині 20 сторіччя виникла ідея узагальнити усі факти, поняття закономірності, метод дослідження різних систем, що було узагальнено в один метод – системний аналіз. Спочатку метою системного аналізу вважався лише обґрунтований вибір одного варіанта рішення з декількох, а сам системний аналіз носив суто математизований характер. В останній четверті 20 сторіччя він мочав використовуватись для розв’язання “нематимізуємих” проблем таких як вивчення забруднення навколишнього середовища, організація транспортних потоків, медичне обслуговування, криміналістика і т.д. Це стало можливим за рахунок введення до системного аналізу евристичних методів залучених із соціальних наук.

Зараз існує навіть така професія як системний аналітик – особа, що спеціально навчена різноманіттю методів і ідей системного аналізу і здатна організувати вирішення будь якої проблеми у будь якій галузі.

Визначення системи.

Термін система використовується в різноманітних галузях людської діяльності. Астрономи використовують поняття “сонячна система”, математики – “система рівнянь”, фізіологи – “система травлення”, економісти – “фінансова система”, актори – “система Станіславського” и т.д. Загальним у всіх цих визначеннях є слово “система”.

Система – сукупність пов’язаних між собою елементів, об’єднаних єдиною метою та загальними правилами взаємовідношень.

При цьому під сукупністю елементів необхідно розуміти не просто набір елементів, хоч і з загальними ознаками, а набір, що дозволяє знайти у системи деяку загальну характеристику. Ця загальна характеристика хоч і залежить від характеристик окремих елементів, але не притаманна ні жодному окремому елементу, ні їх простій сукупності. До основних властивостей систем відносять структурованість, наявність взаємозв’язків між частинами системи, цільова організованість системи, цілісність, відносна відособленість від зовнішнього середовища і наявність зв’язків з ним.

При характеристиці систем використовуються наступні терміни.

Середовище – це все, що не входить до системи. Тому можна також сказати, що система – це кінцева множина об’єктів, деяким чином виділена з середовища за допомогою межі системи. Визначення межі системи досить умовне і цілком залежить від вибраної мети дослідження і дослідника.

Елемент. Під цим терміном прийнято розуміти найпростішу, неподільну частину системи. Однак відповідь на питання, що є такою частиною може бути неоднозначною. Тому використовується наступне визначення: елемент це межа членування системи з погляду рішення конкретної задачі, для досягнення поставленої мети.

Підсистема. Іноді система не може зразу бути розчленована на елементи. Тоді у багаторівневій структурі виділяють підсистеми. Підсистема - виділена із системи підмножина взаємопов’язаних деяким цільовим призначенням. При цьому, так як і при розчленуванні системи на елементи поділ залежить від мети і може змінюватись по мірі її уточнення і розвитку уявлень про об’єкт, що аналізується. Будь яка система може бути представлена як об’єднання (композиція) підсистем різних рівнів та рангів. Декомпозиція – розділення системи на підсистеми. Декомпозиція може виконуватись за різними ознаками і різними способами. Поділ системи на підсистеми за рівнями та рангами називають ієрархією.

Зв’язок – обмеження ступенів вільності елементів. Зв’язки характеризуються напрямком (спрямовані, неспрямовані), силою (сильні і слабкі), характером (підпорядкування, погодження, рівноправні, керування).

Між системою та середовищем існує багато взаємозв’язків, за допомогою яких реалізується взаємодія системи і середовища. По вхідним і вихідним зв’язкам між системою і середовищем шляхом взаємопередачі виконується обмін матеріальними, енергетичними, фінансовими, інформаційними елементами. При цьому елементи, що передаються з зовнішнього середовища до системи називають ресурсами, а із системи до середовища – кінцевими результатами діяльності системи.

Структура – відносно постійний порядок внутрішніх просторово-часових зв’язків системи між її елементами та взаємодія їх з зовнішнім середовищем, що визначає функціональне призначення системи. Іншими словами, структура - характеризує організованість системи, сталу упорядкованість її елементів і зв’язків. Структурні зв’язки мають відносну незалежність від елементів системи і схожі в системах з різною фізичною природою.

Мета (ціль) – це суб’єктивний образ неіснуючого, але бажаного стану середовища, що вирішило б виниклу проблему. У відповідності до визначення системи для однієї і тієї ж системи можуть бути розглянуті декілька цілей. До основних цілей будь якої економічної системи відносяться: існування системи, функціонування системи та розвиток системи.

Стан – характеризує миттєвий зріз системи.

Поведінка. Якщо система здатна переходити з одного стану в інший, то говорять, що вона володіє поведінкою.

Рівновага. Дане поняття визначає здатність системи у відсутності зовнішніх впливів, або при постійних впливах зберігати свій стан як завгодно довго.

Стійкість – здатність системи повертатися в стан рівноваги після того як вона була виведена з нього під дією зовнішніх факторів.

Класифікація систем

За рівнем складності структури виділяють прості та складні системи. Деколи в окремий клас виділяють „ великі ” системи – сукупність різнорідних складних систем з відносно слабкими взаємозв’язками між ними.

Характеристики „складності” систем супроводжуються такими специфічними рисами:

- багатакомпонентність системи – велика кількість елементів, зв’язків;

- різноманіття форм можливих зв’язків між елементами;

- багатокритеріальність, тобто наявність ряду різнопланових (в тому числі і суперечливих) критеріїв;

- різноманіття природи елементів, що складають систему;

- високий динамізм поведінки системи.

У відповідності до природи елементів, що складають систему виділяють дві великі групи систем: абстрактні та конкретні. Абстрактними є системи всі елементи яких є поняттями. Прикладами абстрактних систем є філософські системи, логічні системи. Конкретні системи до складу яких входять елементи, що є об’єктами.

По складності поведінки розрізняють наступні типи систем:

- автоматичні системи, що можуть реагувати на зовнішні впливи тільки детерміновано;

- вирішуючі системи, для яких є притаманним акт рішення;

- самоорганізуємі системи, що можуть пристосовуватись до невідомих сигналів і впливів;

- передбачуючі системи. Такі системи можуть досліджувати результати взаємодій до даного моменту та передбачати подальший хід подій.

Кожна система, поведінка якої залежить від дії випадкових факторів є стохастичною. Якщо всі параметри система мають визначені значення, то така система називається детермінованою.

Будь яка система, вхідні величини, стан і вихідні параметри якої залежать від часу, називається динамічною, інакше система є статичною.