Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.1. Основные принципы, этапы и методы системного анализа
1. Особенности методов системного анализа. Этапы системного анализа.
2. Основные принципы системного анализа. Системный подход.
3. Методы системного анализа.
1. Особенности системного анализа. Этапы системного анализа
Отличие системного анализа от других методов исследования:
Основные отличия системного анализа от других более или менее формализованных подходов при обосновании принятых решений по исследуемой проблеме сводятся к следующему:
– рассматриваются все теоретические возможные альтернативные методы и средства достижения поставленных целей (исследовательские, конструктивные, технологические, эксплуатационные и т.д.), правильная комбинация и сочетание этих различных методов и средств;
– альтернативы решению оцениваются обязательно с позиции длительной перспективы (особенно для систем, имеющих стратегическое назначение);
– отсутствуют стандартные решения;
– четко излагаются различные взгляды при решении одной и той же проблемы;
– применяется 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.
Системный анализ дает основу для сочетания знаний и опыта специалистов многих областей при нахождении решений, трудности которых не могут быть преодолены на основе суждений любого отдельного эксперта.
Понимая недостаточность и необходимость разработки средств сохранения целостности, в последнее время часто возвращаются к определению системного анализа как формализованного здравого смысла, к пониманию системного анализа как искусства, требующего математической поддержки, к более глубокому исследованию закономерности целостности и роли человека в ее формировании и сохранении.
Таким образом, основной особенностью методик системного анализа является сочетание в них формальных методов и неформализованного (экспертного) знания.
С учетом вышесказанного, давая определение системного анализа, нужно отражать в нем, что системный анализ:
– применяется для решения таких проблем, которые не могут быть поставлены и решены отдельными методами математики;
– использует не только формальные методы, но и методы качественного анализа («формализованный здравый смысл»), т.е. методы, направленные на активизацию использования интуиции и опыта специалистов (лиц, принимающих решения);
– объединяет разные методы с помощью единой методики;
– дает возможность объединить знания, суждения и интуицию специалистов различных областей знаний и обязывает их к определенной дисциплине мышления.
Основная особенность системного анализа заключается в том, что он ориентирует исследователя, проектировщика не на то, чтобы он стремился предложить сразу окончательную модель объекта или процесса принятия решений (как это имеет место при математическом моделировании или в и изобретательской деятельности), а на разработку методики, содержащей средства, позволяющие постепенно формировать модель, обосновывая ее адекватность на каждом шаге формирования с участием ЛПР: вначале при выборе элементной базы, затем – при формулировании целей и выборе критериев, далее – при выборе методов моделирования, при получении вариантов решения, из которых ЛПР выбирают лучший.
Системный анализ можно проводить на уровне логики или здравого смысла. Научным методом системный анализ является лишь тогда, когда на всех его этапах используется научный подход, в основе которого лежит количественный анализ.
В укрупненном виде системный анализ состоит из следующих этапов:
– постановка задачи;
– структуризации системы;
– построения и исследования модели.
Первый этап – это этап постановки задачи, который весьма важен для последующей работы. Принято считать, что грамотная постановка задачи обеспечивает 60–70 % успеха в получении результатов.
Второй этап системного анализа – структуризация. Прежде всего, надо локализовать границы системы и определить ее внешнюю среду. Для этого необходимо определить набор всех элементов и разделить их на два класса: исследуемую систему и ее внешнюю среду. Структуризация системы заключается в разбиении ее на подсистемы в соответствии с поставленной задачей. Завершается этап структуризации определением всех существенных связей между нею и системами, выделенными во внешней среде. Тем самым для каждой из выделенных систем (подсистем) определяют ее входы и выходы.
Следующий – третий этап системного анализа – построение и исследование математической модели. Модель – это отображение реальной системы (оригинала), позволяющее прогнозировать ее функциональные системы с внешней средой. Задача построения определения математической модели системы называется задачей идентификации. Задача идентификации может быть сформулирована следующим образом: по результатам наблюдений над входными и выходными переменными системы должна быть построена оптимальная в – некотором смысле математическая модель.
2. Основные принципы системного анализа. Системный подход
Системный анализ базируется на ряде общих принципов.
1. Принцип обобщение опытных данных, это закон явлений, найденный из наблюдений. Поэтому их истинность связана только с фактом, а не с какими-либо домыслами.
2. Принцип оптимальности. Известно, что характерной чертой современного развития является выбор наиболее подходящего варианта развития. В живой природе подобное совершается в виде естественного отбора, хотя имеет место и искусственный отбор, например в деятельности селекционеров. В развитии какого-либо объекта мы также должны иметь дело с отбором. В ходе практического освоения научных достижений важно выбирать такие творческие решения, которые являются лучшими по комплексу показателей для заданных условий.
3. Принцип системности. Чтобы действительно знать предмет, надо охватить, изучить все его стороны, все связи и опосредствования. Мы никогда не достигаем этого полностью, но требование всесторонности предостерегают нас от ошибок. Принцип системности предполагает подход к новому объекту как к комплексному объекту, представленному совокупностью взаимосвязанных частных элементов. Он предполагает исследование объекта, с одной стороны, как единого целого, а с другой стороны, как части более крупной системы, в которой анализируемый объект находится с остальными системами в определенных отношениях. Таким образом, принцип системности охватывает все стороны объекта и предмета в пространстве и во времени!
4. Принцип иерархии. Иерархические отношения имеют место во многих системах, для которых характерна как структурная, так и функциональная дифференциация, т.е. способность к реализации определенного круга функций. В реальных системах иерархическая структура никогда не бывает абсолютно жесткой в силу того, что иерархия сочетается с большей или меньшей автономией нижележащих уровней по отношению к вышележащим, и в управлении используются присущие каждому уровню возможности самоорганизации.
5. Принцип интеграции. Интегративные свойства объекта появляются в результате совмещения элементов до целого, а также в ходе совмещения функций во времени и в пространстве.
6. Принцип формализации основан на использование формального метода описания системы (например, математическими методами) и получение количественных и комплексных характеристик.
Таким образом, согласно принципам системного анализа возникающая перед обществом та или иная сложная проблема должна быть рассмотрена в целостном контексте – как система во взаимодействии всех ее компонентов, чаще всего как организация компонентов, имеющая общую цель.
Системный подход – является теоретической и методологической основой системного анализа. Это подход к исследованию объекта (проблемы, явления, процесса) как к системе, в которой выделены элементы, внутренние и внешние связи, наиболее существенным образом влияющие на исследуемые результаты его функционирования, и цели каждого из элементов, исходя из общего предназначения объекта. Он ориентирует на раскрытие целостности объекта и обеспечивающих его механизмов, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину.
Системный подход основан на общей теории систем (Людвиг фон Берталанфи) и кибернетике – теории управления (Норберт Винер, У. Росс Эшби, Стаффорд Бир). Он сформировался в 40–60-е годы ХХ в. Наиболее полное и захватывающее изложение системного подхода, его истории, принципов и существующих направлений представлено в замечательной книге американского физика Ф. Капра «Паутина жизни».
Цель системного подхода – опираясь на изучение объективных закономерностей развития систем, дать правила организации мышления по многоэкранной схеме.
Суть системного подхода при исследовании научной проблемы – представление этой проблемы как системы. Кроме этого системный подход представляет любую систему как подсистему, ибо над любой системой есть надсистема, которая находится на более высоком уровне иерархии систем.
Определим черты системного подхода. Системный подход – это форма методологического знания, связанная с исследованием и созданием объектов как систем, и относится только к системам.
Системный подход требует рассматривать проблему не изолированно, а в единстве связей с окружающей средой, постигать сущность каждой связи и отдельного элемента, проводить ассоциации между общими и частными целями.
Представляется обоснованным определенным образом осуществленные системные исследования расценивать как системный анализ, а их методологию называть системным подходом.
3. Методы системного анализа
Рассмотрим основные методы, направленные на использование интуиции и опыта специалистов, а также методы формализованного представления систем, которые используются в системном анализе.
Метод «мозговой атаки» («мозгового штурма»)
Методы данного типа преследуют основную цель – поиск новых идей, их широкое обсуждение и конструктивную критику. Основная гипотеза заключается в предположении, что среди большого числа идей имеются по меньшей мере несколько хороших. При проведении обсуждений по исследуемой проблеме применяются следующие правила:
1) сформулировать проблему в основных терминах, выделив единственный центральный пункт;
2) не объявлять идею ложной и не прекращать исследование ни одной идеи;
3) поддерживать идею любого рода, даже если ее уместность кажется вам в данное время сомнительной;
4) оказывать поддержку и поощрение, чтобы освободить участников обсуждения от скованности.
При всей кажущейся простоте данные обсуждения дают неплохие результаты.
Методы экспертных оценок
Основа этих методов – различные формы экспертного опроса с последующим оцениванием и выбором наиболее предпочтительного варианта. Возможность использования экспертных оценок, обоснование их объективности базируется на том, что неизвестная характеристика исследуемого явления трактуется как случайная величина, отражением закона распределения которой является индивидуальная оценка эксперта о достоверности и значимости того или иного события. При этом предполагается, что истинное значение исследуемой характеристики находится внутри диапазона оценок, полученных от группы экспертов и что обобщенное коллективное мнение является достоверным. Наиболее спорным моментом в данных методиках является установление весовых коэффициентов по высказываемым экспертами оценкам и приведение противоречивых оценок к некоторой средней величине.
Наиболее распространенными методами экспертных оценок при классификации по признаку оценки предпочтений в настоящее время являются следующие:
– метод рангов;
– метод непосредственного оценивания;
– метод сопоставлений.
Последний метод (метод сопоставлений) включает две его разновидности: парного сравнения и последовательного сопоставления.
В принципе каждый из них имеет много общего, а отличие, в основном, только в том, что оценивание (измерение) изучаемых объектов осуществляется различными способами. Причем каждый из методов обладает определенными достоинствами и недостатками.
Общность каждого из методов заключается в последовательности проведения процедур их использования. К ним следует отнести:
– организацию экспертного оценивания;
– проведение сбора мнений экспертов;
– обработку результатов мнений экспертов.
Практика показывает, что уменьшение субъективности и соответственно повышение объективности результатов использования экспертных методов существенно зависит от соблюдения правил организации, подготовки и проведения экспертных работ. Особенно это зависит, в первую очередь, от организации экспертного оценивания, назначения ответственного за организацию и проведение работ по экспертной оценке, а также от формирования экспертных комиссий.
Для общего руководства экспертными работами следует назначать руководителя экспертной комиссии. В составе комиссии организуют две группы: рабочую и экспертную.
Рабочую группу возглавляет ее руководитель (организатор). В его подчинение входят технические работники, осуществляющие технические работы по подготовке материалов к работе экспертов, отработку результатов работы экспертов и т.п.
В экспертную группу входят эксперты – специалисты по решаемым проблемам.
Формирование экспертной группы осуществляет руководитель (организатор) рабочей группы. При этом выполняется ряд последовательных мероприятий:
– постановку проблемы и определение области деятельности группы;
– составление предварительного списка экспертов – специалистов в рассматриваемой области деятельности;
– анализ качественного состава предварительного списка экспертов и уточнение списка;
– получение согласия эксперта для участия в работе;
– составление окончательного списка экспертной группы.
Метод «Делъфи»
Первоначально метод «Дельфи» был предложен как одна из процедур при проведении мозговой атаки и должен был помочь снизить влияние психологических факторов и повысить объективность оценок экспертов. Затем метод стал использоваться самостоятельно. Его основа – обратная связь, ознакомление экспертов с результатами предшествующего тура и учет этих результатов при оценке значимости экспертов.
Таким образом, метод Дельфи, представляет собой итеративную процедуру анкетного опроса. При этом соблюдается требование отсутствия личных контактов между экспертами и обеспечения их полной информацией по всем результатам оценок каждого тура опроса с сохранением анонимности оценок аргументации и критики.
Суть метода Дельфи – инструмент, позволяющий учесть независимое мнение всех участников группы экспертов по обсуждаемому вопросу путем последовательного объединения идей, выводов и предложений и прийти к согласию. Метод основан на многократных анонимных групповых интервью.
Процедура метода включает несколько последовательных этапов опроса. На первом этапе производится индивидуальный опрос экспертов, обычно в форме анкет. Эксперты дают ответы, не аргументируя их. Затем обрабатываются результаты опроса, формируется коллективное мнение группы экспертов, выявляется и обобщается аргументация в пользу различных суждений. На втором – вся информация сообщается экспертам и их просят пересмотреть оценки и объяснить причины своего несогласия с коллективным суждением. Новые оценки вновь обрабатываются и осуществляется переход к следующему этапу. Как показывает практика, после трех-четырех этапов ответы экспертов стабилизируются, и можно прекращать процедуру.
Рис. 2.1. Алгоритм организации и проведения экспертной оценки метода Дельфи
Алгоритм организации и проведения экспертной оценки метода Дельфи состоит из следующих этапов (рис. 2.1):
1. Сформировать рабочую группу для сбора и обобщения мнений экспертов.
2. Сформировать экспертную группу из специалистов, владеющих вопросами по обсуждаемой теме.
3. Подготовить анкету, указав в ней поставленную проблему, уточняющие вопросы. Формулировки должны быть четкими и однозначно трактуемыми, предполагать однозначные ответы.
4. Провести опрос экспертов в соответствии с методикой, предполагающей при необходимости повторение процедуры. Полученные ответы служат основой для формулирования вопросов для следующего этапа.
5. Обобщить экспертные заключения и выдать рекомендации по поставленной проблеме.
Достоинством метода Дельфи является использование обратной связи в ходе опроса, что значительно повышает объективность экспертных оценок. Однако данный метод требует значительного времени на реализацию всей многоэтапной процедуры. Для сокращение временим предлагается создание и применение компьютерной системы.
Таким образом, метод Дельфи – метод быстрого поиска решений, основанный на их генерации в процессе мозгового штурма, проводимого группой специалистов, и отбора лучшего решения, исходя из экспертных оценок.
Метод «дерева целей»
Термин «дерево» предполагает использование иерархической структуры, полученной путем разделения общей цели на подцели. Для случаев, когда древовидный порядок строго по всей структуре не выдерживается, В.И. Глушков ввел понятие «прогнозного графа». Метод «дерева целей» ориентирован на получение относительно устойчивой структуры целей проблем, направлений. Для достижения этого при построении первоначального варианта структуры следует учитывать закономерности целеобразования и использовать принципы формирования иерархических структур.
Морфологические методы
Основная идея морфологического подхода – систематически находить все возможные варианты решения проблемы путем комбинирования выделенных элементов или их признаков. В систематизированном виде метод морфологического анализа был впервые предложен Ф. Цвикки и часто так и называется «метод Цвики». Известны три основные схемы метода:
– метод систематического покрытия поля, основанный на выделении так называемых опорных пунктов знаний в исследуемой области и использование для заполнения поля некоторых сформулированных принципов мышления;
– метод отрицания и конструирования, который заключается в формулировке некоторых предположений и замене их на противоположные с последующим анализом возникающих несоответствий;
– метод морфологического ящика, который состоит в определении всех возможных параметров, от которых может зависеть решение проблемы. Выявленные параметры формируют матрицы, содержащие все возможные сочетания параметров по одному из каждой строки с последующим выбором наилучшего сочетания.
Одна из наиболее полных классификаций, базирующаяся на формализованном представлении систем, т.е. на математической основе, включает следующие методы:
– аналитические (методы как классической математики, так и математического программирования);
– статистические (математическая статистика, теория вероятностей, теория массового обслуживания);
– теоретико-множественные, логические, лингвистические, семиотические (рассматриваемые как разделы дискретной математики);
– графические (теория графов и пр.).
Классу плохо организованных систем соответствует в данной классификации статистические представления. Для класса самоорганизующихся систем наиболее подходящими являются модели дискретной математики и графические модели, а также их комбинации.
Прикладные классификации ориентированы на экономико-математические методы и модели и в основном определяются функциональным набором задач, решаемых системой.
Заключение. Рассмотрены отличия системного анализа от других методов исследования, особенности методов системного анализа. Описаны этапы системного анализа и основные принципы системного анализа. Рассмотрены системный подход и методы системного анализа: метод «мозговой атаки»; методы экспертных оценок; метод «Делъфи»; метод «дерева целей» и морфологические методы
Контрольные вопросы
1. Чем же отличается системный анализ от других методов исследования?
2. Особенности методов системного анализа.
3. Этапы системного анализа.
4. Основные принципы системного анализа.
5. Системный подход.
6. Методы системного анализа.
7. Метод «мозговой атаки».
8. Методы экспертных оценок.
9. Метод «Делъфи».
10. Метод «дерева целей».
11. Морфологические методы.