Методологические аспекты системного анализа

В начале 1960-х гг. в литературе по системным исследованиям появился термин «system analysis» для обозначения возникшей техники анализа и проектирования сложных систем, развивающей, прежде всего, методы исследования операций и информационные технологии. На русский язык термин «system analysis» был переведен не как «анализ систем», а как «системный анализ». Системный анализ отечественные ученые рассматривают как научный инструментарий, реализующий идеи и принципы системного подхода и основанный на синтезе идей, принципов и методов общей теории систем и кибернетики, теории исследования операций, теории организации и управления [60; 62; 89]. В перечисленных дисциплинах и в системном подходе заложены истоки методологии системного анализа. По определению академика Н. Моисеева,

системный анализ — это обширная синтетическая дисциплина, занимающаяся проблемами принятия решений в условиях, когда выбор альтернативы требует анализа сложной и развитой системы моделей и информации различной физической природы [62].

Системный анализ, с одной стороны, располагает детализированными формальными методами и процедурами, заимствованными из математических дисциплин и созданными специально для него (например, теорией исследования операций), а с другой — эвристическими методами, основанными на активном использовании логических процедур, а также знаний, интуиции и опыта специалистов. Системный анализ не ограничивается изучением только внутренней среды системы, он выходит за ее границы и полностью следует общесистемным принципам и принципам системного подхода.

Методология системного анализа настраивает исследователя на системный охват изучаемого объекта (проблемы) и системное представление об объекте, что достигается построением модели изучаемого объекта, а также на поиск управления объектом (или системой) для достижения оптимального значения показателей эффективности. Системное исследование основывается на взаимоувязанной последовательности действий, состоящих в следующем.

1. Построение дескриптивной модели объекта путем придания ему статуса системы и определения ее границ, формулирование общей цели и совокупности правил (алгоритма) поведения системы.

2. Изучение основных свойств, определяющих взаимодействие системы с внешней средой и характеризующих результат деятельности системы, и обоснование гипотезы о классе исследуемой системы.

3. Разработка концептуальной модели системы, ориентированной на выделение именно тех свойств, которые представляют собой предмет исследования, и обоснование уровня абстрактного описания системы.

4. Разработка целевой модели системы, состоящей из модулей связки «цель — критерий — ограничения — показатель» и определяющей набор критериев, который позволит наиболее полно оценить достижение поставленной цели.

5. Замена исследуемой системы абстрактной (математической, имитационной) моделью, отображающей все внутренние и внешние факторы и связи, действующие в реальной ситуации и оказывающие влияние на принятие решений.

6. Разработка информационной модели системы и баз данных; установление информационной взаимосвязанности задач.

7. Разработка исходных альтернатив поведения системы или изменение факторов и связей, действующих в реальной ситуации, с использованием эвристических методов.

8. Нахождение оптимального варианта функционирования системы с широким использованием математического и имитационного (статистического) моделирования.

9. Оценка и обоснование параметров функционирования системы.

Системный анализ предполагает использование современных вычислительных и информационных технологий, баз данных и баз знаний, систем автоматизированного проектирования (САПР), экспертных систем. Методология системного анализа служит основой параметрических и операционных исследований систем управления.

Классы систем

Существенный аспект раскрытия системы как объекта исследования заключается в выделении различных типов и классов систем. В литературе существует несколько общих классификаций систем, имеющих некоторые отличия, которые не рассматриваются в данном курсе. Наша задача — вписать организацию как систему в эти классификации. Безусловно, любая социально-экономическая система является искусственной [61] и одновременно материальной [107], место действие которой — хозяйственно-экономическая среда. К искусственным следует отнести и абстрактную систему, отображающую модель материальной (естественной и искусственной) системы и являющуюся продуктом человеческого мышления.

Исследование материальной системы всегда предполагает изучение ее модели. К настоящему времени сложилась развернутая классификация абстрактных систем, разделяющая их на классы по признакам, определяющим аппарат их исследования. Класс — это совокупность объектов, удовлетворяющих какому-либо разделительному признаку. Каждый класс создает определенный формальный образ системы, поэтому классификация систем служит методологической основой для построения моделей систем или их формализованных объектов, обладающих необходимой степенью подобия исходной системе, отвечающей целям исследований.

Организация может быть представлена как система: простая или сложная, закрытая или открытая, рефлекторная или рефлексивная, детерминированная или вероятностная, статическая или динамическая, дискретная или непрерывная (рис. 2.1).

Рис. 2.1.Классы систем

Отнесение той или иной реальной системы к разряду сложных или простых зависит от позиции исследователя и связано в основном с тем, насколько существенную роль играют при изучении системы комплексные, общесистемные вопросы. Например, простой системой на первом этапе исследования можно представить любую реальную систему и отобразить ее в виде простейшей модели «вход — выход». Понятие «вход» — это множество ресурсов: технических, матермальных, человеческих, энергетических, информационных. Понятие «выход» — это продукция или оказанная услуга.

^ Простая система не обладает достаточным разнообразием, чтобы справиться с разнообразием внешней среды. Она характеризуется прозрачностью и предсказуемостью, с одной стороны, и единообразным поведением — с другой. Таким образом, простая система не только может делать ошибки, но и не способна правильно работать. Успешно справиться с разнообразием управляемой системы может только такая управляющая система, которая сама обладает достаточным разнообразием. Простые системы вступают в противоречие с законом необходимого разнообразия и быстродействия.

К определению «сложная система» следует подойти с позиции раскрытия сути термина «сложность». Он имеет двоякий смысл: с одной стороны, сложность можно понимать как сложность устройства (complication), что характеризует наличие в системе большого числа элементов и различного характера связей между ними; с другой — речь идет о сложности внешних проявлений системы (complexity) безотносительно к внутреннему устройству. Хотя эти две сложности во многом взаимосвязаны, они не эквивалентны. Сложность системы управления предполагает как наличие большого числа взаимосвязанных элементов, так и проявление системой свойств, отсутствующих у составляющих ее частей и образующихся как результат системного эффекта.

В зависимости от характера взаимодействия системы с внешней средой системы разделяются на открытые и закрытые. ^ Открытая система характеризуется тем, что сама определяет свои цели во взаимной связи с внешней средой. По этому признаку все социально-экономические системы относятся к открытым. Понятие «открытая система» в определенной степени условно, так как система открыта настолько, насколько это позволяют сформированные границы, отделяющие ее от внешней среды. Исследование открытых систем затруднено их высокой размерностью. Закрытая система — это система, цели и функции которой не изменяются с изменениями во внешней среде, так как процесс их создания нацелен на предотвращение воздействия среды на систему. Применительно к системам управления существует понятие «замкнутая система», под которой понимается система, реализующая принцип обратной связи в управлении или принцип управления по отклонениям.

Рефлекторная и рефлексивная системы представляют относительно новый класс систем. К рефлекторным Н. Моисеев относит системы, однозначно реагирующие на изменение собственного состояния и условий существования, т.е. на действие внешней среды [61]. Изучение рефлекторных систем сводится к задачам оптимизации и не требует для своего анализа введения специальных гипотез их поведения. Все технические системы относятся к числу рефлекторных. Открытые системы с иерархической структурой в принципе не могут быть рефлекторными, в отличие от ее отдельных функциональных подсистем.

Функционирование рефлексивных систем слабо поддается формализации. Здесь для выбора модели требуется выработка специальной гипотезы поведения системы: детерминированная она или вероятностная, статическая или динамическая и т.д. Класс рефлексивных систем использует сложные правила принятия решений, допускающие многозначность. С принятием гипотезы поведения системы упрощается ее модель, но достигается решение поставленной задачи с определенной степенью достоверности. Системы управления организациями относятся к классу рефлексивных систем.

При организации систем управления, как советует В.Д. Могилевский в работе [60], наиболее рационально придавать им и рефлекторные и рефлексивные свойства. Первые эффективны при работе систем в стандартных ситуациях, на которые система программируется заранее. Особенно это относится к рутинным процессам управленческой деятельности. Достоинство рефлекторной системы заключается в ее управляемости: система реагирует заданным образом на определенный круг воздействий. Подключение особых процедур принятия решений требуется при усложнении ситуации до нетривиальной. Создание систем управления, оснащенных базами знаний и экспертными системами, направлено на приближение к рефлексивному управлению сложными системами, способному производить оптимальный выбор направления и способа действия в той или иной бизнес-ситуации.

Несмотря на то что понятия «рефлекторная система» и «рефлексивная система» сформулированы еще в 1950—1960-х гг., теория рефлексивных систем в приложении к менеджменту пока находится в стадии становления. Кратко рассмотрим основные положения ее развития, изложенные Дж. Соросом в книге «Алхимия финансов» [91]. Под рефлексивностью понимается определенная взаимосвязь между мышлением и ситуацией, которая представляется парой рекурсивных функций:

y = f(x) — когнитивная функция;

— воздействующая функция.

^ Когнитивная функция (функция обдумывания) — это усилие по пониманию ситуации, воздействующая функция (функция участия) — воздействие умозаключения на ситуацию. В том случае, когда обе функции работают одновременно, они интерферируют друг с другом. Вместо детерминированного результата мы имеем взаимодействие, в котором как ситуация, так и взгляды участников являются зависимыми переменными, и первичное изменение ускоряет наступление дальнейших изменений, как в самой ситуации, так и во взглядах участников. В этой связи имеем:

Указанные функции ведут не к равновесию, а к никогда не заканчивающемуся процессу изменений. Этот процесс коренным образом отличается от процессов, изучаемых естественными науками, где одна совокупность факторов следует за другой без существенного вмешательства со стороны. В том случае, когда в ситуации действуют мыслящие участники, последовательность событий перекрестным образом, наподобие шнурка от ботинок, соединяет факты с их восприятием, а восприятие — с фактами. В этой связи концепция рефлексивности предполагает «шнуровочную» теорию изменения предпочтений событий. Предпочтения делают состояние равновесия недостижимым. Здесь целью процесса принятия решений выступает не равновесие, а некая движущаяся мишень.

^ Детерминированная система — это система, поведение, движение и развитие которой полностью обусловлены и не подвержены случайностям. И, как следствие: система детерминированна, если, зная ее состояние в некоторый момент времени t₀ и значения выходных параметров в интервале {t₀,, t_s}, можно точно определить ее состояние в момент t_s. Детерминированная система характеризуется определенностью и однозначностью результатов ее функционирования при заданных исходных данных. Модель системы называют детерминистической, если каждой реализации ее входного сигнала соответствует одна реализация выходного сигнала.

^ Вероятностная система — система, процессы которой характеризуются вектором случайных величин. Любая реальная организация функционирует в условиях действия большого количества случайных факторов, поэтому предсказание поведения сложной системы должно происходить в рамках вероятностных категорий. Модель вероятностной системы называется стохастической, если каждой реализации ее входного сигнала соответствует вполне определенное распределение ее выходного сигнала.

Для изучения процесса функционирования сложной системы с учетом случайных факторов необходимо иметь достаточно четкое представление об источниках случайных воздействий и весьма надежные данные об их количественных характеристиках. В связи с этим любому расчету или теоретическому анализу, связанному с исследованием сложной системы, предшествует экспериментальное накопление статистического материала, характеризующего поведение отдельных элементов и системы в целом в реальных условиях.

Динамика и статика — два понятия, используемые в теории систем и обозначающие различные подходы к их классификации и исследованию. Система в зависимости от характера поведения или движения может быть статической или динамической. Статическая система — эта система, параметры которой остаются неизменными во времени. Статика системы — это ее структура, которая остается неизменной в течение продолжительного периода времени. Часто, особенно в теории исследования операций, для достижения результата при исследовании сложных систем принимается гипотеза, что система квазистатическая, и благодаря этому ее функционирование можно описать аналитической моделью.

Для действующей системы характерна множественность состояний, что служит отражением ее динамизма и альтернативности развития. В этой связи широкий спектр систем относится к динамическим системам. Система, характеризующаяся множеством состояний на временной оси, называется динамической.

Дискретность означает прерывность и противопоставляется непрерывности. Дискретная система — это система, изменение состояний которой происходит через определенные промежутки времени. Система непрерывна, если ее состояние удается оценить на любой точке траектории.

Примем — функция, отражающая эффективность деятельности системы в момент t. Для непрерывной системы суммарный эффект функционирования системы за период [0, ] определяется в виде интеграла:

Примером непрерывной системы служит ее представление в виде движения материальных или информационных потоков.

Для дискретной системы суммарный эффект функционирования системы определяется как сумма эффектов по дискретным состояниям функционирования системы:

, (2.2.1)

В общем случае непрерывные системы описываются дифференциальными уравнениями, дискретные системы — дифференциально-разностными и линейными уравнениями.

Следует отметить, что система, как правило, обладает несколькими классификационными признаками. Например, простая система — детерминированная и статическая, что означает: информация предсказуема и не изменяется по интервалам времени. По этим признакам и выбирается математическая модель функционирования системы. Для систем существует множество вариантов сочетания приемов формализации системы.

Набором классов систем можно составить образ системы и обосновать выбор математической модели ее функционирования. Например, характеристика сложной системы через условное обозначение ее классов будет иметь вид

С: {СЛ - ОТ - PC - В - ДМ - ДС}.

В заключение следует сделать акцент на том, что классы систем полностью соотносятся с классами математических моделей.

Основные свойства систем

Любая реальная система функционирует в организованной и структурированной внешней среде. По этой причине взаимосвязь среды и системы можно считать внешней характеристикой системы, в значительной степени определяющей ее свойства или внутренние характеристики [60]. Это положение соответствует фундаментальному общесистемному принципу взаимодействия системы и среды. Жизнь системы в окружении среды становится возможной благодаря тому, что система обладает рядом свойств, таких как равновесие, устойчивость, эффективность, надежность, адаптация, самоорганизация, жизнеспособность и др. Каждое свойство имеет определенную количественную меру и представляет собой сложный результат деятельности системы управления [8].

Свойство — проявление определенной стороны системы (объекта), обусловливающей ее различие или общность с другими системами (объектами), с которыми она вступает во взаимодействие. Результаты управления функционированием системы проявляются в ее свойствах. Свойства системы оценивают при помощи числовых характеристик. Каждая характеристика должна удовлетворять, по крайней мере, следующим трем требованиям [8]:

1) представлять величину, зависящую от процесса функционирования системы, которая по возможности просто вычисляется, исходя из математического описания системы;

2) давать наглядное представление об одном из свойств системы;

3) допускать, в пределах возможного, простую приближенную оценку по экспериментальным данным.

Определение числовых характеристик свойств (параметров, показателей) системы является, как правило, предметом параметрических исследований. В теории управления и практической деятельности исследуются и оцениваются следующие основные свойства системы.

1. Если система способна переходить из одного состояния (S) в другое (S_t ₊ ₁), то говорят, что она обладает поведением:

, (3.1.)

, (3.2.)

где — интенсивность перехода (движение);

x_t — возмущающие входы.

Под состоянием системы понимается совокупность параметров, оценивающих ее функциональную направленность и однозначно определяющих ее последующие изменения. Минимальное количество величин, характеризующих состояние системы в каждый момент времени, называют параметрами (или переменными) состояния. Всю совокупность переменных состояния системы называют вектором состояния, а множество всех возможных векторов состояния — пространством состояния системы.

Как только принята гипотеза о поведении системы, можно утверждать, что система функционирует, она динамическая и ей присущи все свойства этого класса систем. И наоборот, если система отнесена к классу динамических, то функционирование системы характеризуется вектором ее состояний.

2. Функционирование — это воспроизведение пространства зависимых состояний системы и динамики их изменения во времени под влиянием внутренних и внешних факторов. Все последующие свойства системы относят к характеристике функционирования системы.

3. Проявление внутренних процессов в системе, которыми объясняется, как система переходит из одного состояния в другое, называется движением системы [60]. Очевидно, что движение системы есть не поведение, а некоторый процесс, характеризующийся «скоростью» (Y: t) преобразования ресурсов. Если система имеет движение, то это движение совершается по определенной траектории, описываемой, например, логистической, экспоненциальной, экологической или другого вида функциями.

4. Равновесие — способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий сохранять свое поведение и выдерживать заданную траекторию движения. Равновесие организации, по определению К. Менара, — «это совмещение формализма внутренних правил и возможности адаптации организации к окружающей среде» [51]. Равновесие на стадии создания системы обеспечивается достигнутой сбалансированностью ресурсов, причем таким образом, чтобы система обладала свойством адаптации, когда допускается некоторая флуктуация ее параметров. Появление флуктуации параметров ставит вопрос об устойчивости сформированного равновесия. На рис. 3.1 приводится концептуальная иллюстрация понятия устойчивого равновесия, предложенная В.И. Курбатовым и ГА. Угольницким в работе [40]. Математически условие равновесия имеет вид

, (3.3)

так как, если производная функции равна нулю, то сама функция не изменяется. Выделяют несколько равновесных состояний: тривиальное (прямая X*, рис. 3.1), асимптотически устойчивое (кривая 2, рис. 3.1) и устойчивое (кривая 1, рис. 3.1).

5. Любой баланс в реальной системе в связи с ее вероятностной природой подвержен нарушению. Все выходные показатели системы относят к категории случайных величин.

В этом контексте важным фактором представляется устойчивость равновесия системы, т.е. ее способность сохранять требуемые свойства в условиях возмущающих воздействий или способность системы, выведенной из устойчивого состояния, самостоятельно возвращаться в это состояние. Понятие устойчивости, получившее широкую известность, сформулировано в конце XIX в. русским ученым А.М. Ляпуновым. Согласно этому понятию траектория движения объекта называется устойчивой, если для сколь угодно малого предельного отклонения, определяющего коридор (окрестность, пространство) устойчивости, можно указать такие ограничения для возмущений (колебаний), при которых система не выйдет из этого коридора или окрестности.

Рис. 3.1. Концептуальная иллюстрация понятия равновесия
и его устойчивости:

1 — характерная траектория в случае устойчивого равновесия;

2 — характерная траектория в случае асимптотически устойчивого равновесия

Из этого определения вытекает важное для управления организационными системами следствие, согласно которому система только тогда обладает требуемыми свойствами (эффективностью, финансовой состоятельностью и т.п.), когда выбранные характеристики изучаемых свойств находятся в заданных пределах или принадлежат некоторым областям, зонам, ограничивающим определенное пространство допустимых значений параметров. Строго говоря, понятие устойчивости в контексте исследования систем управления относится не к системе как таковой, а к параметрам ее функционирования, т.е. к некоторому множеству .

Устойчивость в социально-экономических системах по аналогии с биологическими и экологическими системами сводится к поддержанию гомеостаза, к соблюдению некоторого динамического равновесия, характеризующегося совокупностью параметров порядка и диапазоном допустимых колебаний их значений, при которых система «здорова». Для определения устойчивости функционирования системы необходимо провести анализ действующих в системе возмущений (отклонений от средних значений) и указать ограничения, налагаемые на эти возмущения (например, на рис. 3.1 это величины и ), при которых система имеет разную степень устойчивости. Контролируемыми параметрами при оценке устойчивости выступает набор определенных показателей. В частности, к ним относят рентабельность продаж и операционной деятельности, оборачиваемость оборотных средств и запасов, коэффициент обеспеченности собственными средствами и др.

6. В связи с закономерным воздействием возмущений на функционирование системы образовалась достаточно новая область знаний — «управление изменениями». Управление изменениями тем успешнее, чем больше система обладает свойством адаптации. Под адаптацией понимается способность системы изменять свое состояние и поведение (параметры, структуру, алгоритм функционирования) в связи с изменениями в ней самой и во внешней среде, без потерь эффективности ее функционирования, за счет накапливания и использования информации о системе и внешней среде. Адаптация может быть целевой, функциональной, структурной, объектной и параметрической. В управлении системами проблеме адаптации придается большое значение. Например, в книге С. Хенди «Адаптация организации» (1985) предлагается теория адаптации организации к изменениям, как внешней, так и внутренней среды. Здесь заслуживает внимания предложенный подход к разработке способов адаптации. Основой адаптации системы служит дифференциация видов деятельности любой организации, независимо от ее размера и цели. К адаптационным решениям системы относят создание запасов сырья и материалов, резервов технических ресурсов и капитала и др. Такими решениями обеспечиваются структурная и объектная адаптации.

7. Динамическим характером системы и внешней среды обусловлена необходимость дополнения адаптации способностью перестройки системы или ее элементов во времени. В этой связи появились такие понятия, как гибкость системы, гибкость технологии, гибкость структуры, гибкость ассортимента продукции и др.

Под гибкостью понимается способность организации эффективно изменять внутренние правила игры и структуру, объекты производства в предельно сжатые сроки. Гибкость рассматривается как способность системы к эффективной адаптации.

8. Способность системы на основании оценки воздействия внешней среды путем последовательного изменения внутренней среды прийти к некоторому устойчивому процессу функционирования, при котором воздействие внешней среды находится в допустимых пределах, называется самоорганизацией [8].

9. Эффективность — свойство системы, определяющее способность системы к выполнению поставленных перед ней целей. Оно интегрирует все предыдущие свойства и тем самым обеспечивает жизнеспособность системы. Исследование показателей эффективности сводится к оценке устойчивости, надежности, адаптивности, безопасности и т.д.

10. Жизнеспособность — это способность системы к самоорганизации и развитию в конкурентной среде. Это свойство системы выступает обобщенной характеристикой адаптации, устойчивости, гибкости системы и ее взаимодействия с окружающей средой. Развитие организации в конкурентной среде можно отобразить в виде восходящей последовательности траекторий жизненного цикла системы (рис. 3.2). Переход на каждый последующий уровень становится возможным благодаря инновационным преобразованиям.

Каждый уровень жизнеспособности системы определяется набором параметров, критерии которых зависят от стадии жизненного цикла и сферы деятельности предприятия. Например, низкий уровень обеспечивает только сохранение производственного и экономического потенциалов предприятия; средний уровень позволяет предприятию развиваться в конкурентной среде; высокий уровень создает возможность выйти на лидирующие позиции и осуществить диверсификацию производства. На рис. 3.2 приведена траектория развития угледобывающих предприятий в зависимости от рентабельности капитала по чистой прибыли ().

Рис. 3.2. Уровни жизнеспособности системы

Для определения уровня жизнеспособности системы могут также использоваться такие параметры, как производительность труда, прибыль на одно рабочее место, инвестиции в обучение персонала и др.

11. Надежность — это свойство системы, заключающееся в ее способности в определенных условиях и в течение заданного периода времени выполнять назначенные функции, сохраняя эффективность функционирования на установленном уровне. Надежность системы зависит от надежности элементов и связей, соединяющих эти элементы в определенную целостность. Надежность системы устанавливается на стадии проектирования, обеспечивается на стадии производства и проявляется на стадии эксплуатации.

Объективный характер функционирования элементов системы, состоящий в последовательном переходе из состояния работы в состояние отказа, приводит к тому, что система в тот или иной период времени реализует только часть своего технического, экономического и интеллектуального потенциала и работает с «частичным» эффектом. Важность свойства надежности системы, влияющего на ее экономичность и безопасность, объясняется созданием фундаментальной теории оценки и оптимизации надежности систем.

12. К определению понятия «безопасность системы» подходят с двух позиций:

1) безопасность воздействия системы на внешнюю среду;

2) способность системы сопротивляться воздействию внешней среды. В соответствии с этим в работах [60; 69] выделяется внутренняя и внешняя безопасность системы.

^ Внутренняя безопасность — характеристика целостности системы или показатель ее гомеостаза, определяющий способность системы поддерживать свое нормальное функционирование в условиях воздействия внутренних и внешних возмущений.

^ Внешняя безопасность — способность системы взаимодействовать со средой без нарушения гомеостаза последней, т.е. при воздействии системы на среду не происходит необратимых изменений или нарушений важнейших параметров, характеризующих состояние среды, принятое как допустимое.