Системный анализ в управлении - Анфилатов В.С., Емельянов А.А., Кукушкин А.А. (под ред. Емельянова А.А
.).pdfВ.С. АНФИЛАТОВ, А Л ЕМЕЛЬЯНОВ, А А КУКУШКИН
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ
В УПРАВЛЕНИИ
Допущено Министерством образования
Российской Федерации в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Прикладная информатика" (по областям) и другим компьютерным специальностям
МОСКВА "ФИНАНСЫ и СТАТИСТИКА"
2002
УДК 004.94:658.01
ББК 65.050.03 А73
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
кафедра прикладной математики
Московского энергетического института (Технического университета);
Бугорский В.Н., кандидат экономических наук, профессор, директор Института информационных систем в экономике и управлении Санкт-Петербургского инженерно-экономического университета
Анфилатов B.C. и др.
А73 Системный анализ в управлении: Учеб. пособие / B.C. Анфилатов, А.А. Емельянов, А.А. Кукушкин; Под ред. А.А. Емельянова. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 368 с: ил.
ISBN 5-279-02435-Х
Даны общие положения по методологии системного анализа, оценке си стем на основе качественных и количественных шкал в детерминированных, вероятностных и неопределенных условиях, управлению в информационных системах. Приведены модели основных функций цикла управления, описа ние организационных структур, подходов к оценке качества управления. Рас смотрены вопросы устойчивости управления проектами и показано приме нение моделей в управлении экономическими процессами в условиях рисков
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Прикладная ин форматика (по областям)» и другим компьютерным специальностям. Может использоваться в подготовке аспирантов, а также для самообразования.
д 2404000000-022 ^^^ ^^^ |
удК |
004.94:658.01 |
010(01)-2002 |
ББК |
65.050.03 |
ISBN 5-279-02435-Х |
© B.C. Анфилатов, А.А. Емельянов, |
А.А. Кукушкин, 2002 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Высокие темпы информатизации различных видов деятель ности в настоящее время привели к тому, что появилось проти воречие между простотой освоения работы на компьютере (в ка честве пользователя) и незначительной эффективностью функци онирования информационных систем.
Одной из причин такого положения является недостаточное количество пособий, направленных на формирование системной управленческой идеологии лиц, связанных с использованием си стем обработки информации в органах управления.
Всамом деле, дефицита книг, ориентированных на изучение порядка обращения с компьютерными программами, не испыты вает, пожалуй, никто. В то же время информация по основам по строения систем автоматизации организационного управления охраняется как коммерческий секрет фирм - системных интегра торов.
Втаких условиях учебное пособие «Системный анализ в уп равлении» может быть полезно практически всем лицам, так или иначе связанным с популярным направлением Managment (Business) Information Systems - информационно-управляющие си стемы. Это определяется требованием совершенствования систем
суправлением и автоматизированных информационных систем как основного средства повышения эффективности управления.
Учебное пособие включает разделы: основы системного ана лиза, основы оценки сложных систем с примерами моделей и методик оценивания систем, основы управления и методики, ис пользуемые при динамическом управлении проектами с учетом рисков.
Общие свойства управления исследуются в кибернетике. Про блемы управления техническими системами без участия человека -
Предисловие
втеории автоматического управления. Особенности управления
всоциальных и экономических системах изучаются в рамках ме неджмента, управление в современных организационно-техничес ких системах - предмет системного анализа в управлении. Во всех этих областях требуется знание общих законов функционирова ния систем, которые изучаются в рамках общей теории систем, включающей научные направления: системный подход, систем ные исследования, системный анализ.
Системный анализ - наиболее конструктивное направление, используемое для практических приложений теории систем к за дачам управления. Конструктивность системного анализа связа на с тем, что он предлагает методику проведения работ, позволя ющую не упустить из рассмотрения существенные факторы, определяющие построение эффективных систем управления в кон кретных условиях.
Оценка качества и эффективности функционирования систем проводится в соответствии с положениями, выработанными в теории эффективности.
При таком представлении цели, стоящие перед теоретически ми основами автоматизированного управления, имеют три аспекта:
1)преодоление второго информационного барьера в управ лении;
2)оптимальный синтез систем управления;
3)управление информационным процессом.
В70-80-х гг. общество находилось перед вторым информа ционным барьером в области управления (по определению ака демика В.М. Глушкова). В настоящее время началось преодоле ние этого барьера, причем очень высокими темпами.
Исторически управление и выполнение работы долгое время осуществлялось одними и теми же людьми. Иначе говоря, систе ма управления (СУ) бьша совмещена с объектом управления (ОУ). С усложнением задач управления появился первый информаци онный барьер, определяемый пропускной способностью отдель-
Предисловие
ного человека как системы управления (2-4 бит/с). Он был пре одолен путем отделения функций СУ от функций ОУ и перехода к иерархическому принципу управления. В соответствии с этим принципом СУ включает лицо, принимающее рещение (ЛПР), и группу подчиненных управленцев - должностных лиц, отвечаю щих за отдельные функции ОУ.
С течением времени органы управления столкнулись со вто рым информационным барьером, когда суммарная сложность задач по управлению ОУ, состоящего из / человек иJ средств, стала выше способности СУ по переработке информации.
Для преодоления второго информационного барьера имеет ся принципиально другой путь: автоматизация всех информаци онных процессов, телекоммуникации и сетевые технологии, Ин тернет. Объектом автоматизации являются функции, задачи и процессы, происходящие в системах управления. Без знания ос нов управления говорить об автоматизации нет смысла.
Задача совершенствования ставится как задача оптимально го синтеза систем с управлением: при заданных системе и множе стве внешних воздействий построить систему управления, обес печивающую требуемое поведение системы, удовлетворяющей критериям качества управления.
Для сложных систем, с которыми приходится иметь дело на практике, применение классического экспериментального мето да исследования ограничено его высокой стоимостью, а в ряде случаев (экология, макроэкономика и др.) натурные эксперимен ты становятся либо вовсе невозможными, либо, по крайней мере, чересчур, рискованными. Поэтому в качестве основного метода исследования сложных систем используют метод машинного эк сперимента - универсальный метод познания, основанный на использовании системных имитационных моделей. Проблемы разработки системных моделей являются предметом изучения си стемного анализа, в котором вьщеляется теория эффективности - основа для количественной оценки альтернативных систем.
Предисловие
Информационные системы, являясь основным инструментом повышения обоснованности управленческих решений, представ ляют собой сложные программно-аппаратные и телекоммуника ционные комплексы, выступают в качестве самостоятельного объекта исследований. Вопросы архитектуры таких систем и орга низации управления информационным процессом представляют одно из главных направлений рассматриваемой области знаний. На это обстоятельство следует обратить особое внимание, ибо оно отличает понимание предмета «Системный анализ в управ лении», где главный упор делается на управление и применение методов прикладной информатики в прикладной области (Managment Information Systems, Business Information Systems), от компьютерных дисциплин (Computer Science), предметом ко торых является архитектура и управление вычислительными си стемами.
Информационные системы призваны помочь в решении ин формационных, логических и расчетных задач. Теоретические основы информационного, лингвистического, математического, программного и других видов обеспечения распределенной об работки информации, построения баз данных, баз знаний, ана литических и других систем определяют потенциальные возмож ности и ограничения информационных систем в целом. Методы информатики - это «мост» между теорией и практикой построе ния прикладных корпоративных систем, функционирующих в органах управления.
Оценка качества и эффективности функционирования систем проводится в соответствии с положениями, выработанными в теории эффективности.
При создании простых систем большинство подобных задач может быть решено средствами классической математики, допол ненными экспериментами и тривиальным перебором вариантов.
В пособии под информационной системой (ИС) понимается система, предназначенная для сбора, обработки и распростране-
Предисловие
ния информации в целях управления. В соответствии с общей те орией систем информационную систему можно определить как совокупность информационных элементов ввода, обработки, пе реработки, хранения, поиска, вывода и распространения инфор мации, находящихся в отнощениях и связях между собой и со ставляющих определенную целостность, единство. Ранее исполь зуемые термины, такие, как АСУ, АСОИУ, АИС, появились в связи с различными направлениями применения информацион ных систем.
Книга написана с использованием опыта работы, накоплен ного авторами в процессе преподавания учебных дисциплин, свя занных с системным анализом, подготовки и издания учебно-ме тодических материалов в высших учебных заведениях, где они осуществляли свою научно-педагогическую деятельность.
Труд авторов распределился следующим образом: профес сор кафедры Военного университета связи, г. Санкт-Петербург, K.T.H., доцент B.C. Анфилатов - разд. 1.3, 4.1.2, 4.4.1, остальные материалы глав 1, 2 и 4 - совместно с А.А. Кукушкиным; дирек тор Института компьютерных технологий МЭСИ, г. Москва, д. э. н. А.А. Емельянов - глава 5, общее редактирование книги; начальник кафедры Академии ФАПСИ, г. Орел, к.т.н., доцент А.А. Кукушкин - разд. 2.1 - 2.4, глава 3, разд. 4.2.5, 4.4.2, остальные материалы глав 1, 2 и 4 - совместно с B.C. Анфилатовым.
В конце каждой главы приведен список вопросов для само контроля. Учебное пособие содержит значительное число мате матических формул, поэтому в приложениях приведены основ ные математические обозначения, а также таблицы букв гречес кого и латинского алфавита, их произношение. Краткий словарь терминов, предметный указатель и список сокращений также об легчают усвоение материала книги.
Учебное пособие является базовым для изучения дисципли ны «Теория систем и системный анализ» специальности 351400
8 |
Предисловие |
«Прикладная информатика (по областям)». Предварительная подготовка по системному анализу необходима для изучения дру гих дисциплин этой же специальности:
•«Теоретические основы информационных систем и инфор мационных технологий»;
•«Интеллектуальные информационные системы»;
•«Имитационное моделирование экономических процессов»;
•«Проектирование информационных систем».
Пособие может быть рекомендовано студентам, обучающимся по другим компьютерным и информационным специальностям. Отдельные разделы полезны при подготовке специалистов-менед жеров и магистров по программам МВА.
Авторы
о с н о в ы СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
1.1. СУЩНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ
Под управлением в самом общем виде будем понимать про цесс формирования целенаправленного поведения системы по средством информационных воздействий, вырабатываемых че ловеком (группой людей) или устройством.
К задачам управления относятся целеполагание, стабилиза ция, выполнение программы, слежение и оптимизация.
Задача целеполагания - определение требуемого состояния или поведения системы.
Задача стабилизации - удержание системы в существующем состоянии в условиях возмущающих воздействий.
Задача выполнения программы - перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин из меняются по известным детерминированным законам.
Задача слемсения - удержание системы на заданной траекто рии (обеспечение требуемого поведения) в условиях, когда зако ны изменения управляемых величин неизвестны или изменяются.
Задача оптимизации - удержание или перевод системы в со стояние с экстремальными значениями характеристик при задан ных условиях и ограничениях.
Часто для обозначения управляющих воздействий использу ют понятие «руководство». Будем считать, что руководство - это управление чужой работой в организационных, социальных, эко номических системах.
10 Глава 1
1 . 1 . 1 .
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ С УПРАВЛЕНИЕМ
Система с управлением включает три подсистемы (рис. 1.1):
управляющую систему (УС), объект управления (ОУ) В и систе му связи (СС).
Системы с управлением, или целенаправленные, называются кибернетическими. К ним относятся технические, биологические, организационные, социальные, экономические системы.
Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления (СУ) А. Основным элементом организаци онно-технических СУ является лицо, принимающее решение (ЛПР) - индивидуум или группа индивидуумов, имеющих пра во принимать окончательные решения по выбору одного из не скольких управляющих воздействий. Система связи включает канал прямой связи, по которому передается входная информа ция - множество {х}, включающее командную информацию {и} £ {х}, и канал обратной связи, по которому передается инфор мация о состоянии ОУ - множество выходной информации {у}.
Множества переменных {п} и {w} обозначают соответствен но воздействие окружающей среды (различного рода помехи) и показатели, характеризующие качество и эффективность функ ционирования подсистемы В. Показатели качества и эффектив ности являются подмножеством информации о состоянии ОУ, {w} с {у}- Более того, в процессе анализа систем каждая характе ристика yj должна рассматриваться как потенциальная кандида-
Система управления А |
|
{«} |
Управляющая |
Система |
Объект |
система |
связи |
Гуправления В |
|
|
{W} |
Рис. 1.1. Система с управлением