Відмінності між імітаційним, інформаційним і структурним моделюванням

 Цілеспрямовані системи - системи, що володіють цілеспрямованістю, тобто керуванням системи і приведенням до визначеної поведінки або стану, компенсуючи зовнішні збурення). Досягнення мети в більшості випадків має імовірнісний характер.

Англійський кібернетик С. Бір класифікує всі системи на три групи - прості, складні і дуже складні. При цьому він вважає досить істотним спосіб опису системи - детермінований або теоретико-імовірнісний.

Російський математик Г. М. Поваров класифікує усі системи в залежності від числа елементів, що складають систему, на чотири групи :

• малі системи (10 - 103 елементів);
• складні системи (103 - 107 елементів);
• ультраскладні системи (107 - 1030 елементів);
• суперсистеми (1030 - 10200 елементів}.

Прикладом системи другої групи може служити автоматична телефонна станція, транспортна система великого міста, третьої групи - організми вищих тварин і людини, соціальні організації, четвертої групи - Всесвіт.

Класифікація може базуватися на складності системи. В класифікації наведеній нижче, цілий ряд більш складних систем опущений, тому що не представляє для нас інтересу.

Морфологічні системи. Це системи, які описуються за допомогою мережі структурних взаємозв'язків (наприклад, типова організаційна схема).

Каскадні системи. Вони показують шляхи проходження речовини і енергії в системі (наприклад, схема інформаційних потоків в організації).

Системи типу дія - реакція об'єднують зазначені вище і показують спосіб, яким структура прив'язана до процесу життєдіяльності (наприклад, накладення інформаційних потоків на організаційну схему).

Керуючі системи (transducers) - системи типу 3, в яких основні компоненти контролюються людиною. Можна вважати якусь організацію керованою або кібернетичною системою, якщо контроль за допомогою зворотного зв'язку приводить до саморегулювання.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.4.  Класифікація властивостей систем

 

Інший спосіб класифікації ґрунтується на взаємодії із зовнішнім середовищем.

Ізольована система. Границі такої системи закриті для експорту і імпорту речовини і енергії (або інформації).

Закрита система. Її границі перешкоджають експорту і імпорту речовини, але відкриті для енергії (або інформації).

Відкрита система. Така система обмінюється і речовиною, і енергією (інформацією) із зовнішнім середовищем. Всі управлінські системи є відкритими, хоча при аналізі ми іноді розглядаємо їх як закриті, ігноруючи всяку взаємодію із зовнішнім середовищем.

Крім того, ми розглядаємо системи або їх оточення як статичне або динамічне в залежності від швидкості зміни їх характеристик у часі. Адаптивна система може реагувати на зміни середовища способом, відповідно її звичайним діям. Зрозуміло, це відноситься до тих змін, які відбуваються у зовнішньому середовищі і не стосуються внутрішніх проблем. Таким чином, ми говоримо про релевантне середовище, тобто про події або об'єкти, не пов'язані з тим, що відбувається усередині системи.

 

2.ПРЕДМЕТ ТА МЕТОДИ ЗАСТОСУВАННЯ  СИСТЕМНОГО АНАЛІЗУ

В сучасному розумінні, системний аналіз - це наукова дисципліна, яка займається проблемами прийняття рішень в умовах аналізу великої кількості інформації різної природи.

Системний аналіз – це метод дослідження предметної області за допомогою системного підходу.

Предметна область – частина реального світу, в якій функціонує система (існує проблема).

Предметом теорії систем та системного аналізу є вивчення великих (складних) систем навколишнього світу на основі системного підходу, вивчення внутрішніх і зовнішніх найбільш загальних характеристик системи, розробка методів аналізу систем  та методів вирішення проблем, котрі виникають у цих системах під час практичної діяльності людини.

Системний підхід – методологія дослідження сукупності елементів в техніці, науці, природі, суспільстві, при якому система або проблема розглядається в цілому, а не розглядаються ізольовано окремі її підсистеми.

Використовуючи системний підхід, дослідник (системотехнік), або їх групи, вирішують визначену проблему. З цією метою, серед множини об’єктів матеріального світу, ними виділяється певна цілісність (система), котра призначена для розвязання цієї проблеми. Тобто, вирішення певної проблеми повинно обов’язково бути системним. Однак вирішити проблему у загальному випадку, зазвичай можна декількома способами, іноді взаємовиключними. Ці способи рішення проблеми називають альтернативами.

Альтернатива – необхідність вибору між двома або більше можливостями, що виключають одна одну; кожна з цих можливостей.

Саме аналіз можливих альтернатив та послідуючий вибір найкращої з них і буде системним підходом до вирішення певної проблеми.

Метою застосування системного аналізу до конкретної проблеми є підвищення ступеня обґрунтованості рішення, що приймається, розширення множини варіантів, серед яких провадиться вибір з одночасною указівкою способів відкидання тих з них, які демонстративно поступаються іншим. У максимально спрощеному виді, системний аналіз - це певна методика, котра дозволяє не пропустити з розгляду важливі сторони і зв'язки досліджуваного об'єкта, процесу, явища.

Компонентами системного аналізу є:

• методологія;
• апаратна реалізація;
• досвід застосування у різних областях знань і практики.

Методологія – сукупність прийомів дослідження, котрі застосовують у будь-якій науці відповідно до специфіки об’єкту її пізнання.

Методологія системного аналізу включає визначення використовуваних понять, принципи системного підходу, а також постановку і загальну характеристику основних проблем організації системних досліджень.

Визначення у методології зазвичай даються на словесно-інтуїтивному рівні і, як правило, є конструктивними. Загальноприйняті визначення створюють мову даної науки, впливають на наукове мислення. В системному аналізі, процес створення єдиних формулювань не є закінченим, і є досить актуальним у зв'язку з міждисциплінарним характером досліджень.

У центрі методології системного аналізу знаходиться операція кількісного і якісного порівняння альтернатив, яка виконується з метою вибору альтернативи, котра підлягає реалізації. Якщо  вимога рівноякісності альтернатив виконана, тоді можуть бути отримані і кількісні оцінки. Цього можна досягти, якщо враховані всі альтернативи і є правильні оцінки кожного елемента. Так реалізується ідея виділення „всіх елементів пов’язаних з даною альтернативою”, тобто ідея, яка на побутовій мові виражається як „всебічне урахування усіх обставин”. Виділювана цим визначенням цілісність і називається в системному аналізі повною системою або просто системою.

Системний аналіз – це методологія розв’язання проблем, яка заснована на концепції систем. Об’єкт пізнається як система тоді і тільки тоді, коли відносно нього вирішується задача певного (системного) типу.

Але як виділити цю цілісність, „систему”, як встановити, входить даний елемент в дану альтернативу чи ні? Єдиним критерієм може бути участь даного елемента у процесі, що призводить до появи вихідного результату даної альтернативи. Тому, поняття процесу виявляється центральним поняттям системного аналізу.

Таким чином, те, що передусім повинно бути виділено, якщо ми намагаємось думати і діяти системно, є процес.

Принципи системного підходу – це положення загального характеру, котрі є узагальненням досвіду роботи людини із складними системами. Часто їх вважають ядром методології. Постановка і характеристика проблем системних досліджень (наприклад, цілеспрямована структуризація, оптимальне чергування виконавських та управлінських операцій, задача про систему з плаваючою межею між нею і зовнішнім середовищем і т. ін.) складають в даний час найменш висвітлену частину методології системного аналізу.

Досвід застосування в різних областях - надзвичайно великий по змісту. Найважливішими розділами є науково-технічні розробки і різноманітні задачі економіки.

Проектування складного технічного об'єкта, створення та удосконалення сучасних автоматизованих систем становлять собою полігон для демонстрації системного аналізу в дії та ілюстрації практично усіх його положень і формальних структур.

В процесі наукових досліджень і технічних розробок, на виробництві і в суспільному житті ми постійно маємо справу із сукупностями об'єктів, які прийнято називати складними системами. Їх відмітними особливостями є чисельні та різноманітні зв'язки між окремо існуючими елементами системи і наявність у системи емерджентної функції, яка відсутня у елементів, що складають систему. Зв'язки між елементами складної системи характеризуються певним порядком, внутрішніми властивостями, спрямованістю на виконання функції системи. Такі особливості даної конкретної системи називаються її організацією.

Тенденцією розвитку систем є постійне їх ускладнення. Складні системи характеризуються:

• багатовимірністю – величезна кількість елементів, з яких складається система;
• багатокритеріальністю – використання декількох (багатьох) критеріїв;
• різноманіттям природи елементів;
• різноманіттям процесів управління.

Основним питанням при аналізі та синтезі складних систем, незалежно від їх області застосування, змісту і характеру – є питання вибору найбільш прийнятної альтернативи рішення.  У свою чергу, вибір альтернативи залежить від здатності оцінити ефективність кожної альтернативи, можливості вибору оптимальної альтернативи та розрахунку необхідних для її реалізації коштів.

Таким чином, аналіз та синтез складних систем потребує нових підходів, які суттєво відрізняються від методів дослідження простих елементів. Дослідження складних систем грунтується на системному підході.

Системний аналіз має декілька аспектів:

• системно-компонентний – відображає вивчення системи шляхом розчленування її на компоненти;
• системно-структурний відображає вивчення внутрішніх зв’язків системи та взаємодію її елементів;
• системно-функціональний – передбачає вивчення функціональних залежностей між елементами, між елементами та системою в цілому, між системою і зовнішнім середовищем, у тому числі і з іншими системами. При цьому може відбуватись як координація так і субординація компонентів. Координація – узгодження компонентів по горизонталі. Субординація – узгодження компонентів по вертикалі (визначає підпорядкованість елементів) ;
• системно-інтегративний – вивчення системи з точки зору можливості об’єднання аналогічних систем;
• системно-комунікаційний – потребує вивчення системи у взаємодії із зовнішнім середовищем (визначає вплив зовнішнього середовища на систему, а також вплив системи на зовнішнє середовище);
• системно-історичний – потребує вивчення системи в історичному плані: коли була створена система, який шлях пройшла, який її сучасний рівень і чи є перспективи її розвитку.

По визначенню, система складається із компонентів та зв'язків між ними, а також їх зв'язків із зовнішнім середовищем. Система визначається завданням системних об'єктів, властивостей і зв'язків.  В подальшому, компоненти і зв’язки ми будемо називати ланками системи.

Компонент – неподільний елемент системи (матеріальний, енергетичний або інформаційний), який володіє певними особливостями, складова будь-якої системи. Елементи можуть, в свою чергу, представляти собою системи, тобто бути підсистемами. Тому при аналізі або складанні моделі, дуже важливо розчленувати цільну систему на кінцеву кількість елементів, щоб уникнути зайвої складності і не втратити при цьому адекватність моделі.

Входом називається дискретна або безупинна множина контактів, через які дія середовища передається системі. Вхід – це те, що змінюється в процесі  протікання процесу. В багатьох випадках компонентами входу є „робочий вхід”, тобто те що „обробляється  і процесор, тобто те, що „обробляє”.

Процес перетворює вхід на вихід.

Здатність перетворювати даний вхід на даний вихід, називається властивістю даного процесу. Будь-який елемент системи має як мінімум один вхід і один вихід. Вплив може складатися із передачі речовини, енергетичного чи інформаційного обміну між системою і середовищем.

Входи і виходи можуть бути просторовими і часовими, причому часовий вхід завжди є причиною, а вихід – наслідком. Виділити систему в реальному світі – значить вказати усі процеси, які дають даний вхід.