Системный подход и системный анализ

Применения системных представлений для анализа сложных объектов и явлений рассматривают системные направления, включающие в себя: системный подход, системные исследования, системный анализ (системологию, системотехнику и т.п.). За исключением системотехники, область которой ограничена техническими системами, все другие термины часто употребляются как синонимы.

Системный подход – термин применяется для подчеркивая необходимости исследования объекта с разных сторон, комплексно, в отличие от ранее принятого разделения исследований на физические, химические и др. С помощью многоаспектных исследований получают более правильное представление об объектах, выявляют их новые свойства, лучше определяют взаимоотношения объекта с внешней средой, другими объектами. Т.е. под системным подходом, понимаемым как часть методологии системного анализа, называется применение ряда методологических положений (принципов) общего характера к исследованию систем. Известно около двух десятков таких принципов, связанных с необходимостью изучать систему комплексно, в ее разумной полноте, связности и организованности. Т.е. он сводится к охвату всей сферы познания, а не к сосредоточению внимания на некотором частном участке, входящем в эту сферу.

Системные исследования – в исследованиях понятия теории систем используются более конструктивно: определяется класс систем, вводится понятие структуры, а иногда и правила ее формирования и т.п. Это был шаг в направлении системных исследований. В поисках конструктивных рекомендаций появились системные направления с разными названиями: системотехника, системология и др. Для их обобщения стал применяться термин «системные исследования» с использованием аппарата исследования операций, который к тому времени был больше развит, чем методы системных исследований. Прилагательный «системный» в применении к целому ряду понятий (метод, исследование, особенность, взгляд, модель и т.д.) означает учет в этих понятиях принципов системного подхода. Так, системные исследования – это акцентирование внимания на сложности конечной цели, единстве и расчлененности процесса исследования, наличии его внутренней структуры и т.д.

Системный анализ – в настоящее время является наиболее конструктивным направлением. В одних источниках он определяется как «приложение системных концепций к функциям управления, связанным с планированием». В других – как синоним термина «анализ систем» (Э. Квейд)или термина «системные исследования» (С. Янг). Однако независимо от того, применяется он только к определению структуры целей системы, к планированию или к исследованию системы, включая функциональную и обеспечивающую части, работы по системному анализу существенно отличаются тем, что в них всегда предлагается методология проведения исследований, делается попытка выделить этапы исследования и предложить методику выполнения этих этапов в конкретных условиях. В них всегда уделяется особое внимание определению целей системы, вопросам формализации представления целей. Некоторые авторы подчеркивают это в определении: системный анализ – это методология исследования целенаправленных систем (Д. Киланд, В. Кинг).

Термин «системный анализ» впервые появился в связи с задачами военного управления в исследованиях RAND Corporation (1948 г.), а в отечественной литературе получил широкое распространение после выхода в 1969 г. книги С. Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем». В начале работы по системному анализу в большинстве случаев базировались на идеях теории оптимизации и исследования операций. При этом особое внимание уделялось стремлению получить выражение, связывающее цель со средствами, аналогичное критерию функционирования или показателю эффективности, т.е. отобразить объект в виде хорошо организованной системы. Так, например, в ранних руководящих материалах по разработке АСУ рекомендовалось цели представлять в виде набора задач и составлять матрицы, связывающие задачи с методами и средствами достижения. Правда, при практическом применении этого подхода выяснялась его недостаточность, и исследователи стали обращать внимание на необходимость построения моделей, не просто фиксирующих цели, компоненты и связи между ними, а позволяющих накапливать информацию, вводить новые компоненты, выявлять новые связи и т.д., т.е. отображать объект в виде развивающейся системы, не всегда предлагая, как это делать.

Позднее системный анализ начинают определять как «процесс последовательного разбиения изучаемого процесса на подпроцессы» (С. Янг)и основное внимание уделяют поиску приемов, позволяющих организовать решение сложной проблемы путем расчленения ее на подпроблемы и этапы, для которых становится возможным подобрать методы исследования и исполнителей. В большинстве работ стремились представить многоступенчатое расчленение в виде иерархических структур типа «дерева», но в ряде случаев разрабатывались методики получения вариантов структур, определяемых временными последовательностями функций.

Понятие «системный» используется потому, что исследования объектов и явлений строятся на использовании категории системы. С одной стороны, системой называется физическая реальность, по отношению к которой необходимо принять решения (любые естественные и искусственные объекты). С другой стороны, в процессе системного анализа создается  абстрактная и концептуальная система, описываемая с помощью символов или других средств, которая представляет определенное структурно-логическое устройство, цель которого – служить инструментом для понимания, описания и возможно более полной оптимизации поведения связей и отношений элементов реальной физической системы. Такого рода абстрактной системой может быть математическая, машинная или словесная модель или система моделей и т.д.

Термин «анализ» используется для характеристики самой процедуры проведения исследования, которая состоит в том, чтобы разбить проблему в целом на ее составляющие части, более доступные для решения, использовать наиболее подходящие специальные методы для решения отдельных подпроблем и, наконец, объединить частные решения так, чтобы было построено общее решение проблемы. Наиболее эффективно анализ может быть произведен на основе системного подхода, который предусматривает не только органическое сочетание аналитического расчленения проблем на части и исследования связей и отношений между этими частями, но также делает особое ударение на рассмотрение целей и задач, общих для всех частей, и в соответствии с этим осуществляется синтез общего решения из частных решений (в последнее время под системным походом зачастую понимают некоторую совокупность системных принципов). По сути дела, в системном анализе методы анализа и синтеза взаимно переплетаются, при осуществлении аналитической процедуры обращается внимание на способы объединения отдельных результатов в единое целое и влияние каждого из элементов на другие элементы системы.

Анализ различных точек зрения на термин «системный анализ», позволяет выделить два различных подхода.

Сторонники первого делают ударение на математику, т.е. на описание сложной системы с помощью формальных средств (блочных диаграмм, сетей, математических уравнений). На основе такого рода формального описания ставится математическая задача на отыскание оптимального проекта системы, т.е. нахождения максимума (или минимума) целевой функции системы при заданных ограничениях на значения управляемых переменных.

Другой подход во главу угла ставит логику системного анализа. В этом случае подчеркивается неразрывная связь системного анализа с принятием решения, и означающим выбор определенного образа или плана действий среди нескольких возможных альтернатив. Здесь системный анализ рассматривается как методология уяснения и упорядочивания или так называемой структуризации проблемы, которую предстоит решить с применением или без применения математики и ЭВМ. При этом в понятие «структуризации» вкладывается как пояснение реальных целей самой системы, альтернативных путей достижения этих целей и взаимосвязей между компонентами в процессе реализации каждой альтернативы, так и достижение углубленного понимания внешних условий, в которых возникла проблема, а отсюда ограничений и последствий того или иного курса действий. Логический системный анализ в той или иной степени дополняется математическими, статистическими и логическими методами.

Сначала системный анализ базировался главным образом на применении сложных математических приемов. Спустя время исследователи пришли к выводу, что математика неэффективна при анализе широких проблем с множеством неопределенностей, которые характерны для исследования и разработки объектов как единого целого. Поэтому стала вырабатываться концепция системного анализа, в котором делается упор преимущественно на разработку новых по своему существу принципов научного мышления, логического анализа сложных объектов с учетом их взаимосвязей и противоречивых тенденций. При таком подходе на первый план выдвинулись не математические методы, а сама логика системного анализа, упорядочение процедуры принятия решений.

Системный анализ – это взаимосвязанное логико-математическое и комплексное рассмотрение всех вопросов, относящихся не только к замыслу, разработке, производству, эксплуатации и последующей ликвидации современных сложных объектов, но и к методам руководства всеми этими этапами с учетом социальных, политических, стратегических, психологических, правовых, географических, демографических, военных и других аспектов.

Самым существенным является то, что систематически на всех этапах жизненного цикла любого объекта осуществляется сопоставление альтернатив, по возможности в количественной форме, на основе логической последовательности шагов, которые могут быть воспроизведены и проверены другими. Системный анализ позволяет неизмеримо глубже осмыслить сущность сложного объекта, его структуру, организацию, задачи, закономерности развития, оптимальные пути и методы управления.

Основные отличия системного анализа от других более или менее формализованных подходов при обосновании решений состоят в следующем:

рассматриваются все теоретические возможные альтернативные методы и средства достижения целей по жизненному циклу сложного объекта (исследовательские, конструктивные, технологические, эксплуатационные и пр.), правильная комбинация и сочетание этих различных методов и средств;

– альтернативы объекта оцениваются с позиции длительной перспективы;

– четко излагаются различные взгляды при решении одной и той же проблемы;

– применяются к проблемам, для которых не полностью определены требования стоимости или времени;

– признается принципиальное значение организационных и субъективных факторов в процессе принятии решений, и в соответствии с этим разрабатываются процедуры широкого использования качественных суждений в анализе и согласовании различных точек зрения;

– особое внимание уделяется факторам риска и неопределенности, их учету и оценке при выборе наиболее оптимальных решений среди возможных вариантов.

Его применение определяется типом проблемы, которые от глубины их познания подразделяются на три класса:

а) хорошо структуризированные или количественно сформулированные проблемы, в которых существенные зависимости выяснены настолько хорошо, что они могут быть выражены в числах и символах, получающих в конце концов численные оценки;

б) неструктуризированные или качественно выраженные проблемы, содержащие лишь описание важнейших ресурсов, признаков и характеристик, количественные зависимости между которыми совершенно неизвестны;

в) слабо структуризированные или смешанные проблемы, которые содержат как качественные, так и количественные элементы, причем качественные малоизвестные и неопределенные стороны проблемы имеют тенденцию доминировать.

Для решения хорошо структуризованных проблем используется методология исследования операций. Она состоит в применении математических моделей и методов (линейного, нелинейного, динамического программирования, теории массового обслуживания, теории игр и т.д.) для отыскания оптимальной стратегии управления целенаправленными действиями. Основная проблема применения методов исследования операций состоит в том, чтобы правильно подобрать типовую или разработать новую математическую модель, собрать необходимые исходные данные и убедиться путем анализа исходных предпосылок и результатов математического расчета, что эта модель отражает существо решаемой задачи.

В неструктуризованных проблемах традиционными являются логико-эвристический и экспертный методы (в перспективе методы искусственного интеллекта), существо которых основывается на том, что опытный исследователь собирает максимум различных сведений о решаемой проблеме и на основе экспертных заключений, интуиции и суждений вносит предложения о целесообразных мероприятиях. При таком подходе отсутствует какая-либо упорядоченная логическая процедура отыскания решения, и исследователь, выдвигающий определенные предложения, не может сколько-нибудь четко изложить способ, на основе которого он от совокупности разрозненных исходных сведений пришел к окончательным рекомендациям. При решении проблемы такой исследователь полагается на имеющийся собственный опыт, на опыт своих коллег, на профессиональную подготовленность, на изучение аналогичных проблем методом ситуаций, но не на четко сформулированную методику.

К слабо структуризованным проблемам, для решения которых предназначен системный анализ, относится большинство наиболее важных экономических, технических, политических и военно-стратегических задач крупного масштаба. Типичными проблемами такого рода являются те, которые: а) намечены для решения в будущем; б) сталкиваются с широким набором альтернатив; в) зависят от текущей неполноты технологических достижений; г) требуют больших вложений капитала и содержат элементы риска; д) внутренне сложны вследствие комбинирования ресурсов, необходимых для их решения; е) для которых не полностью определены требования стоимости или времени.

При осуществлении системного анализа в процессе структуризации проблемы некоторые ее элементы-подзадачи получают количественное выражение, и отношения между всеми элементами становятся все более определенными. Исходя из этого, в отличие от применения методов исследования операций, при использовании системного анализа совсем не обязательна первоначальная четкая и исчерпывающая постановка проблемы, эта четкость должна достигаться в процессе самого анализа и рассматривается как одна из его главных целей. Задачи методов исследования операций могут быть поставлены в количественной форме и решены на ЭВМ. В противовес этому стратегические проблемы, состоящие в выработке долгосрочной политики, в области производства, как правило, не могут быть сформулированы как задачи исследования операций. Проблемы такого рода являются предметом системного анализа.

Исходя из этого, системный анализ – это совокупность методов и средств выработки, принятия и обоснования решений. Новизна системного анализа заключается в том, что он рассматривает проблему в целом, с постоянным ударением на ясность анализа, на количественные методы и на выявление неопределенности.

Достоинство системного анализа состоит в том, что он позволяет систематически и эффективно сочетать суждения и интуицию экспертов в соответствующих областях.

Ограниченность системного анализа обусловлена: неизбежной неполнотой анализа; приближенностью меры эффективности; отсутствием способов точного предсказания будущего.

Недостатки системного анализа заключаются в том что, многие факторы, имеющие фундаментальное значение, неподдаются количественной обработке и могут быть упущены из рассмотрения или умышленно оставлены для последующего рассмотрения, а потом забыты. Иногда им может придаваться неправильный вес в самом анализе либо в решении, основанном на таком анализе.

Другая причина в том, что исследование может внешне выглядеть до такой степени научным и количественно точным, что ему может быть приписана совершенно неоправданная обоснованность, несмотря на то, что она включает много субъективных суждений. Другими словами, исследователь может быть так очарован привлекательностью и точностью чисел, что просмотрит упрощения, сделанные для достижения этой точности, упустит анализ качественных факторов и преувеличит важность абстрактных вычислений в процессе решения. Но без анализа он сталкиваемся с еще большей опасностью упущения улучшений тех или иных соображений и неправильного «взвешивания» отдельных факторов.

ЗАДАЧИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

В процессе исследования объектов и явлений исследователи стремятся к наиболее полному и объективному представлению объекта – описанию его внутренней структуры, объясняющей причинно-следственные законы функционирования и позволяющей предсказать, а значит, и управлять его поведением. Одним из условий исследований является адекватное представление сложного объекта в виде системы.

Существует несколько подходов к математическому описанию систем. Наиболее общим является теоретико-множественный подход, при котором система S представляется как отношение , где X и Y – входной и выходной объекты системы, соответственно. Т.е., предполагается, что задано семейство множеств , где  – множество индексов, и система задается на V_i как некоторое собственное подмножество декартова произведения, все компоненты которого являются объектами системы.

Другие подходы, сформулированные на более низком уровне общности, не могут претендовать на роль математического фундамента теории систем, но позволяют конструктивно описывать системы определенного класса. Принято считать, что системный анализ – это методология решения проблем, основанная на структуризации систем и количественном сравнении альтернатив.

Иначе говоря, системным анализом называется логически связанная совокупность теоретических и эмпирических положений из области математики, естественных наук и опыта разработки сложных систем, обеспечивающая повышение обоснованности решения конкретной проблемы.

В системном анализе используются как математический аппарат общей теории систем, так и другие качественно-количественные методы из области математической логики, теории принятия решений, теории эффективности, теории информации, структурной лингвистики, теории нечетких множеств, методов искусственного интеллекта, методов моделирования.

Применение системного анализа при исследовании объектов и явлений дает возможность выделить перечень и указать целесообразную последовательность выполнения взаимосвязанных задач, позволяющих не упустить из рассмотрения важные стороны и связи изучаемого объекта автоматизации.

В состав задач системного анализа входят задачи декомпозиции, анализа и синтеза.

Задача декомпозиции означает представление системы в виде подсистем, состоящих из более мелких элементов (часто задачу декомпозиции рассматривают как составную часть анализа).

Задача анализа состоит в нахождении различного рода свойств системы или среды, окружающей систему. Целью анализа может быть определение закона преобразования информации, задающего поведение системы. В последнем случае речь идет об агрегации (композиции) системы в один-единственный элемент.

Задача синтеза системы противоположна задаче анализа. Необходимо по описанию закона преобразования построить систему, фактически выполняющую это преобразование по определенному алгоритму. При этом должен быть предварительно определен класс элементов, из которых строится искомая система, реализующая алгоритм функционирования.

В рамках каждой задачи выполняются частные процедуры. Например, задача декомпозиции включает процедуры наблюдения, измерения свойств системы. В задачах анализа и синтеза выделяются процедуры оценки исследуемых свойств, алгоритмов, реализующих заданный закон преобразования. Тем самым вводятся различные определения эквивалентности систем, делающие возможными постановку задач оптимизации, т.е. задач нахождения в классе эквивалентных систем системы с экстремальными значениями определяемых в них функционалов.

 

Контрольные вопросы

1. Почему в криминалистике узкоспециальная ограниченность недопустима? Приведите примеры.

2. Какие существуют способы исследования объектов? Приведите примеры.

3. Какими причинами обусловлена необходимость системного подхода в криминалистике?

4. Понятие системного анализа, его отличия при исследовании сложных объектов от других наук.

5. Какие основные задачи системного анализа? Раскрыть их на конкретных примерах.

6. Системный подход, его взаимосвязь с системным анализом.