111

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тольяттинский государственный университет сервиса»

УТВЕРЖДЕНО:

Проректор по УМР

_______________ Наумова О.Н.

Протокол УМС

№ ___ от «____»_______2007 г.

Хрестоматия

по дисциплине «Теория систем и системный анализ»

для студентов специальности

080801 «Прикладная информатика (в экономике)»

Составитель: ассистент Савина А.Ю.

Тольятти, 2007 г.

Хрестоматия по дисциплине «Теория систем и системный анализ» разработана в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта по специальности 080801 «Прикладная информатика (в экономике)», утвержденного Министерством образования и науки РФ «_____» ________________ ______ г.

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры «Прикладная информатика в экономике»

Протокол № _____ от «_____» ______________ 2007 г.

Зав.кафедрой ______________ Горелик О.М.

УТВЕРЖДЕНО

на заседании научно-методического совета

специальности 080801 «Прикладная информатика (в экономике)»

Протокол № _____ от «_____» ______________ 2007 г.

Председатель НМС ______________ Малышева Е.Ю.

Рецензенты:

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

Волкова В.Н. Из истории теории систем и системного анализа 5

Анголенко Н.И. Системное руководство организацией 14

Панов А.В. Разработка управленческих решений 34

Бережная Е.В., Бережной В.И. Математические методы моделирования экономических систем 54

Ушаков Е.В. Введение в философию и методологию науки 69

Шумский А.А., Шелупанов А.А. Системный анализ в защите информации 74

Игнатьева А.В., Максимцов М.М. Исследование систем управления 89

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 107

Введение Волкова в.Н. Из истории теории систем и системного анализа

Приводятся отрывки из книги доктора экономических наук, профессора Волковой В.Н. «Из истории теории систем и системного анализа» (СПб, 2001).

В брошюре излагаются сведения из истории развития теории систем и системного анализа в СССР и России. Рассматриваются причины развития системных исследований. Характеризуются концепции, школы теории систем, системотехники, системологии, системного анализа; их взаимодействие со школами кибернетики, исследования операций, искусственного интеллекта. Приводятся примеры практического применения теории систем и методик системного анализа.

Введение

Общеизвестен ряд фактов о становлении системных исследований, которые излагаются в учебниках и учебных пособиях. Основные из них следующие.

Потребность в использовании понятия «система» возникла для объектов различной физической природы с древних времен: еще Аристотель обратил внимание на то, что свойства целого (т.е. системы – прим. Волковой В.Н.) несводимы к сумме свойств частей, его образующих.

Развитие научного знания и его приложений к практической деятельности в XVIII-XIX вв. привело к всё возрастающей дифференциации научных и прикладных направлений. Возникло много специальных дисциплин, которые часто используют сходные формальные методы, но настолько преломляют их с учетом потребностей конкретных приложений, что специалисты, работающие в разных прикладных областях (так называемые «узкие специалисты»), перестают понимать друг друга. В конце XIX – начале XX вв. стало резко увеличиваться число комплексных проектов и проблем, требующих участия специалистов различных областей знаний. Усложнилось управление экономикой стран. Появилась потребность в специалистах «широкого профиля», обладающих знаниями не только в своей области, но и в смежных областях и умеющих эти знания обобщать, использовать аналогии, формировать комплексные модели. Понятие системы, ранее употреблявшееся в обыденном смысле, превратилось в специальную общенаучную категорию, начали появляться обобщающие научные направления, которые исторически иногда возникали параллельно на разной прикладной или теоретической основе и носили различные наименования.

Роль интеграции наук, организации взаимосвязей и взаимодействия между различными научными направлениями во все времена выполняла философия – наука наук, которая одновременно являлась и источником возникновения ряда научных направлений. Так, и в 30-е годы нашего столетия (XX века – прим. Савиной А.Ю.) философия явилась источником возникновения обобщающего направления, названного теорией систем. Людвиг фон Берталанфи, считающийся основоположником этого направления, хотя и является биологом по основной профессии, но первый доклад о своей новой концепции сделал на философском семинаре, пользуясь в качестве исходных понятий терминологией философии.

Важный вклад в становление системных представлений внес в начале XIX века (еще до Л.фон Берталанфи) наш соотечественник Александр Александрович Богданов (Малиновский). Однако в силу исторических причин предложенная им всеобщая организационная наука тектология не нашла распространения и широкого применения.

Философская терминология не всегда преломляется к конкретной деятельности. Поэтому потребности практики почти одновременно со становлением теории систем привели к возникновению направления «исследование операций».

Применительно к задачам управления в определенный период более широкое распространение получил термин «кибернетика», введенный М.А.Ампером, принятый для названия новой «науки об управлении в живых организмах и машинах» Н.Винером.

Наиболее конструктивным из направлений системных исследований часто считается системный анализ, который впервые появился в работах корпорации RAND в связи с задачами военного управления в 1948 г., а в отечественной литературе получил распространение после перевода книги С.Оптнера (имеется в виду работа Стенли Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем», 1969 г. – прим.Савина А.Ю.).

Некоторые исследователи считают образцом системного анализа знаменитый план ГОЭЛРО. [Волкова В.Н. Из истории…, с.3-4].

Развитие системных идей в СССР в 60-70х гг. Понятие «система»

Появились первые переводные работы зарубежных авторов: Л.фон Берталанфи, М.Месаровича, А.Рапопорта, К.Боулдинга, У.Росс Эшби, О.Ланге, А.Холла, Р.Фейджина, И.Клира, С.Оптнера, С.Янга.

В тот период философы активно развивали теорию систем. Ими были разработаны концептуальные основы, терминологический аппарат, начато исследование закономерностей функционирования и развития сложных систем, поставлены другие проблемы, связанные с философскими и общенаучными основами системных исследований.

Развивалось понятие «система». А.И.Уёмов определил систему через понятия «вещи», «свойства», «отношения» и предложил двойственные определения, в одном из которых свойства q_j, характеризуют элементы (вещи) а_i, а в другом — свойства q_i характеризуют связи (отношения) r_j:

В работах А.И.Уёмова принята другая символика. В целях единообразия здесь использован обычная теоретико-множественная форма представления определений, которая несколько сужает трактовку этих определений в философской концепции А.И.Уёмова, но облегчает интерпретацию их в практических приложениях. Двойственные определения были использованы в дальнейшем Борисом Давыдовичем Кошарским при разработке одой из методик структуризации целей.

Разумеется, вклад А.И.Уёмова в развитие теории систем не исчерпывается только приведенными определениями. Авенир Иванович создал собственно свою школу теории систем, со своим языком. Но я, оставаясь в душе инженером, вспоминаю здесь то, что стало использоваться в дальнейшем на практике, т.к. то, что способствовало развитию прикладной теории систем, системного анализа.

Вадим Николаевич Сагатовский учел в определении взаимодействие системы со сложной средой: «…1) система представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов; 2) она образует особое единство со средой; 3) как правило, любая исследуемая система представляет собой элемент системы более высокого порядка; 4) элементы любой исследуемой системы, в свою очередь, обычно выступают как системы более низкого порядка».

Это определение является основой закономерности коммуникативности. Согласуется с этим определением и развивает его предлагаемое в одной из методик системного анализа целей <...> разделение сложной среды на надсистему или вышестоящие системы; нижележащие или подведомственные системы; системы актуальной или существенной среды.

Определения системы пытались сформулировать, конечно, не только философы. Так в определениях системы появляется понятие цель.

Вначале цель присутствовала в определениях только либо в неявном виде: в определениях Федора Евгеньевича Темникова «система – организованное множество» (а цель появляется при раскрытии понятия «организованное»); либо в виде системообразующего критерия, как в определении Модеста Георгиевича Газае-Рапопорта.

В явном виде цель появится позднее в определении философа Валерия Николаевича Сагатовского.

Одним из наиболее дискуссионных вопросов в тот период был вопрос – материальна или нематериальна система? <...> Бессмысленность этого спора о материальности и нематериальности системы показал Виктор Григорьевич Афанасьев: «…объективно существующие системы – и понятие системы; понятие системы, используемое как инструмент познания системы, - и снова реальная система, знания о которой обогатились нашими системными представлениями; - такова диалектика объективного и субъективного в системе…»¹

Таким образом, в понятии «система» (как и в любой другой категории познания) объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и следует говорить не о материальности или нематериальности системы, а о подходе к объектам исследования как к системам, о различном представлении их на разных стадиях познания или создания.

Позднее Ю.И.Черняк показал, что один и тот же объект на разных этапах его рассмотрения может быть представлен в различных аспектах, и соответственно предложил одну и ту же систему представлять на разных уровнях существования: философском (теоретико-познавательном), научно-исследовательском, проектном, инженерном и т.д. – вплоть до материального воплощения; а М.Месарович ввел для подобного отображения системы понятие «страты».

Иными словами, в термин «система» на разных стадиях ее рассмотрения можно вкладывать разные понятия, говорить как бы о существовании системы в разных формах (?!).

Это было, с моей точки зрения, очень важным результатом дискуссий начала 70-х гг.!

Здесь нужно также отметить важную роль в развитии теории систем монографии В.Г.Афанасьева «Проблемы целостности в философии и биологии», которая была опубликована еще в 1964 г., и его классификации в «Вопросах философии» закономерностей систем.

О внимании к развитию системных теории в нашей стране свидетельствует тот факт, что в Институте философии АН СССР (!) в начале 70-х гг. был создан отдел системных исследований. Этот отдел возглавлял Виктор Степанович Тюхтин, автор монографии «Отражение, системы, кибернетика» (М.: 1972).

Большую роль в становлении системных направлений в нашей стране сыграли ежегодники «Системные исследования», которые с 1969 г. стал издавать Институт истории естествознания и техники АН СССР.

В 80-е гг., когда ежегодник стал издаваться Всесоюзным институтом системных исследований АН СССР (директор Д.В.Гвишиани), в нем стали публиковаться не только философские работы, но и работы по исследованию социально-экономических систем, в т.ч. процессов глобального развития с применением форрестеровского имитационного динамического моделирования (работы В.А.Геловани, А.И.Яблонского) и других математических методов, т.е. ежегодник постепенно формировался фактически как научное издание, отражающее разные аспекты развития системных исследований. [Волкова В.Н. Из истории…, с.14-21].

Родственные направления: системология, кибернетика, ситуационное моделирование

Термин «системология» в философской литературе был введен в 1965 г. Игорем Борисовичем Новиком, а для названия области теории систем был впервые использован в 1971 г. Валерием Тимофеевичем Куликом, который в Киеве проводил симпозиумы по системологии.

Валерий Тимофеевич трактовал системологию как теорию организации систем, пытался разработать тернарную логику, которая бы в большей мере отвечала потребностям моделирования сложных организационных систем, чем бинарная логика.

Однако Кулик надеялся создать тоже формальную логику в смысле философии Аристотеля и идеологии Буля, сформировать базис тернарной логики, подобной базису бинарной. <...> Но это ему так и не удалось, и впоследствии В.Т.Кулик занялся разработкой специального языка «Семанте» для автоматизированных информационных систем.

Только позднее, когда я познакомилась с работами Анатолия Алексеевича Денисова, я поняла, что доказать строго формальный базис для тернарной и др. многозадачных логик невозможно, поскольку в небинарной логике придется нарушить закон исключенного третьего (являющийся одним из основных законов аристотелевской логики), и перейти фактически к диалектической логике, в которой закон отрицания отрицания приводит не к исходному состоянию, а в новую точку спирали развития.

Наибольшую известность термин системология получил после публикации монографии Бенциона Семеновича Флейшмана. Бенцион Семенович внес замечательный вклад в теорию систем. Он одним из первых связал системологию как прикладную теорию систем с периодами развития науки, назвал целостное восприятие мира в античный период наивной системологией и обосновал необходимость возврата от механицизма средних веков и физикализма эпохи Возрождения к античной методологии в форме современной парадигмы – системологии.

Б.С.Флейшман предложил также классификацию систем, в качестве основы которой принята сложность поведения системы, и одну из закономерностей систем – закономерность потенциальной эффективности. Развивая идею В.А.Котельникова о потенциальной помехоустойчивости систем, Б.С.Флейшман связал сложность структуры системы со сложностью ее поведения; предложил количественные выражения предельных законов надежности, помехоустойчивости, управляемости и других качеств систем; и показал, что на их основе можно получить количественные оценки осуществимости систем точки зрения того или иного качества – предельные оценки жизнеспособности и потенциальной эффективности сложных систем.

Как было упомянуто во введении, применительно к задачам управления в 50-е гг. широкое распространение получил термин «кибернетика», введенный М.А.Ампером (от «kiber» – кормчий, рулевой, управляющий чем-то) и принятый для названия новой «науки об управлении в живых организмах и машинах» Норбертом Винером.

В нашей стране вначале кибернетика не признавалась. Ее называли лженаукой или потом мягче «художественным приемом»¹.

Большую роль в становлении кибернетики как науки в Советском Союзе сыграли Совет по проблеме «Кибернетика» при Академии наук СССР, созданный смелы адмиралом, академиком Акселем Ивановичем Бергом, и секция Кибернетики имени академика А.И.Берга, которая была основана при Ленинградском Доме ученых им. М.Горького в 1956 году, когда кибернетика еще была гонима в традиционных научных кругах. Председателем секции вначале был известный математик, академик, лауреат Нобелевской премии Леонид Витальевич Канторович, а с 1958 г. – доктор технических наук, профессор Леонид Павлович Крайзмер, автор ряда работ и книг по кибернетике.

После признания кибернетики этот термин использовался в период становления работ по автоматизации управления как обобщающий для названия всех системных направлений.

Наиболее известной отечественной школой в то время была школа кафедры Кибернетики Московского инженерно-физического института. Заведовал кафедрой смелый ученый – доктор технических наук, профессор Лев Тимофеевич Кузин.

Не менее известными были работы кибернетической школы доктора технических наук, профессора Леонарда Андреевича Растригина, работавшего в Риге.

Не могу удержаться, чтобы не процитировать фрагмент из раздела «Как изучать ресторан»¹.

«…Чтобы нам никто не мешал, проникнем в ресторан глубокой ночью… Отметим наличие столов, стульев, шкафов…

…Более дотошный исследователей… заглянет «глубже». Он отколупает штукатурку и установит ее химический состав… взломает шкаф, достанет посуду…

Такой подход называют морфологическим. Или во втором случае гистологическим…»

Смешно! Но мы ведь действительно так пытались поступать с предприятиями. Пусть не ночью. Но, придя, требовали документы (так называемый архивный подход к обследованию) и пытались самостоятельно разобраться, «чтобы нам никто не мешал!». Пытались описать документы с точностью до показателей и реквизитов.

Один известный исследователь, когда ему поручили разработку АСУ на крупном предприятии, написал несколько десятков томов (!) обследования, так и не сумев полностью описать систему управления. После этого он заинтересовался теорией систем… Это позднее мы поняли, что невозможно детально описать сложную систему, тем более с точностью до реквизитов отдельных задач, выполняемых сотрудниками административных органов управления предприятием, что для разработки Технического задания это и не нужно, нужно выявить укрупненные функции системы управления, выбрать подсистемы для автоматизации… А уже потом, расчленив общую систему на подсистемы и задачи, организовать их обследование параллельно коллективом сотрудников или поочередно, и лучше с привлечением специалистов, работающих с этими задачами и использованием их опыта.

В этих брошюрах были подняты такие важные проблемы целеообразования, ошибок при организации этих процессов, опять-таки на популярных примерах управления целеобразованием («Мечты влюбленной девушки»¹) и паталогии целеобразования при расстройстве психики у человека. Но имелись-то в виду системы организационного управления! <...>

Этот пример помогает глубже понять и пояснить <...> две первые закономерности целеобразования: «Зависимость представления о цели и формулировки цели от стадии познания объекта» и «Зависимость цели от внешних и внутренних факторов». А третью закономерность Леонард Андреевич помог мне сформулировать на его семинаре в Риге.

Когда я пыталась раскрыть общую цель (а ее мы вначале представляли только в виде «образа», «области» цели, как мне позднее помогли понять психологи, перечислением подцелей), он вдруг сказал: «Так ведь это же тоже закономерность!».

И впоследствии я ее сформулировала как «Возможность (и необходимость) сведения задачи формулирования обобщающей (общей, глобальной) цели к задаче ее структуризации». <...>

Кибернетическое направление развивалось и в экономике… Однако, в связи с неоднозначной трактовкой термина «кибернетика» и употреблением его во многих работах (особенно зарубежных), связанных с разработкой технических аналогов живых организмов, этот термин, который в какой-то период использовался как обобщающий для системных, междисциплинарных направлений, в дальнейшем стал трактоваться в более узком смысле – как одной из направлений теории систем, занимающееся процессами управления техническими объектами. А для обобщения дисциплин, связанных с исследованием и проектированием сложных систем, был принят термин системные исследования, или термин системный подход, который широко использовался в первые годы становления теории систем в прикладном аспекте как синоним понятия комплексный подход, а в последующем стал применяться философами в смысле методологического направления.

Параллельно со школами системотехники и системологии развивалось междициплинарное направление, известное под названием ситуационное управление или ситуационное моделирование.

Возникновение этого направления было подготовлено идеей «моделирования внешнего мира в памяти машины», предложенной Дмитрием Александровичем Поспеловым еще в конце 60-х гг.. Тогда же Дмитрий Александрович стал интересоваться проблемами устройства мозга и назвал семинар «Психоника».

В это же время психолог Вениамин Ноевич Пушкин¹ сформулировал модельную гипотезу мышления, в рамках которой были описаны механизмы регулирования процессов принятия решений.

В ее основе лежало представление о формировании в структурах мозга информационной модели объекта и внешнего мира, в котором осуществляется его функционирование, на основе восприятия человеком информации извне и уже имеющегося опыта и знаний. Целесообразное поведение человека в концепции Пушкина строится на основе формирования модели целевой ситуации и мысленного преобразования исходной ситуации в целевую. Основой построения модели является описание объекта в виде совокупности элементов, связанных между собой определенными отношениями, отражающими семантику предметной области.

В становлении ситуационного управления важную роль сыграло еще одно научное направление. Начался период разработки информационно-поисковых языков для формализованного описания текстов при разработке информационно-поисковых систем, в частности, Эдуард Федорович Скороходько предложил язык rx-кодов.

Но основе модельной гипотезы В.Н.Пушкина и языка rx-кодов Э.Ф.Скороходько Дмитрием Александровичем Поспеловым и Юрием Ивановичем Клыковым была сформулирована новая, отнесенная вначале к кибернетическим, концепция управления большими системами, оформившаяся в дальнейшем в виде метода ситуационного управления.

Первоначально ситуационные модели были «плоскими». Но в последующем была реализована идея В.Н.Пушкина о способности мышления формировать многоуровневые структуры, и в теории ситуационного моделирования было введено понятие гиромата (обобщающего уровня ситуационной модели), что расширяло возможности принятия решений, но и усложняло практическую реализацию метода, поскольку требовало существенного расширения необходимой памяти ЭВМ.

Это стало одной из причин затруднений в широком распространении метода.

Другой причиной была ограниченность языка rx-кодов бинарными отношениями, и в последующих реализациях пытались применять языки с более развитой грамматикой.

К этому времени для многих исследователей стала очевидной принципиальная ограниченность методов математического программирования для отображения сложных объектов и проблемных ситуаций. Осознано, что человек принимает решения, пользуясь иными, не строго математическими методами и языками.

Поэтому для моделирования сложных систем стали применяться и другие методы, сочетающие формализованные представления и средства для отображения опыта специалистов, которые иногда ранее развивались как самостоятельные.

Такая группа специальных методов для моделирования систем впоследствии была выделена в классификации методов теории систем и системного анализа.

В этой классификации наряду с методами формализованного представления систем (МФПС) была выделена группа методов, направленных на активизацию интуиции и опыта специалистов (МАИС), т.е. таких, ране самостоятельно развивавшихся методов, как методы типа «мозговой атаки», «сценариев», экспертных оценок, морфологического моделирования и т.д.; а позднее – включены и методы (подходы), сочетающие средства МАИС и МФПС, которые были названы специальными методами теории систем и системного анализа.

Наиболее известны следующие специальные методы:

Имитационное динамическое моделирование (System Dynamics Symulation Modeling)

Предложено Дж.Форрестором (США) в 50-х гг., использует удобный для человека структурный язык, помогающий выражать реальные взаимосвязи, отображающие в системе замкнутые контуры управления, и аналитические представления (линейные конечно-разностные уравнения), позволяющие реализовать формальное исследование полученных моделей на ЭВМ с использованием специализированного языка DYNAMO. (Сейчас существует множество языков и программных сред для построения имитационных моделей – прим. Савиной А.Ю.).

Структурно-лингвистическое моделирование

Подход возник в 70-е гг. в инженерной практике и основа на использовании для реализации идей комбинаторики структурных представлений разного рода с одной стороны, и средств математической лингвистики, с другой. В расширенном понимании подхода в качестве языковых (лингвистических) средств используются другие методы дискретной математики (языки, основанные на теоретико-множественных представлениях, на использовании средств математической логики, семиотики).

Теория информационного поля и информационных цепей (информационных подход к моделированию и анализ систем)

Концепция информационного поля предложена Анатолием Алексеевичем Денисовым и основана на использовании для активизации интуиции ЛПР (лица, принимающего решение) законов диалектики, а в качестве средства формализованного отображения – аппарата математической теории поля и теории цепей. Этот подход для краткости назван информационным, поскольку в его основе лежит отображение реальных ситуаций с помощью понятия информации и информационных моделей.

Подход, базирующийся на идее постепенной формализации задач (проблемных ситуаций) с неопределенностью путем поочередного использования средств МАИС и МФПС

Этот подход к моделированию самоорганизующихся (развивающихся) систем был предложен автором брошюры (Волковой Виолеттой Николаевной – прим. Савиной А.Ю.). <...> Он стал основой практически всех методик системного анализа. [Волкова В.Н. Из истории…, с.34-44].

Для понимания практической значимости методов и методики системного анализа при решении проблем управления сложными техническими и социально-экономическими системами заслуживают рассмотрения примеры, представленные в брошюре, в частности:

• методика оценки влияния нововведений в управлении научно-исследовательской деятельностью на реализацию целей Хозрасчетного научного объединения Минвуза РСФСР (с.157);

• метод организации сложной экспертизы при оценке влияния нововведений и оргтехнических мероприятий (с.193);

• организация сложной экспертизы как основа маркетинга сложных технических комплексов (с.196);

• информационная модель маркетинга изделий сложной техники и оборудования (с.200);

• подход к оценке эффективности инвестиционных проектов (с.202);

• применение системного анализа при управлении проектами сложных технических комплексов (с.204).