(15)
основные положения системного подхода к решению различных проблем.
Под системнъш подходом к решению различных проблем понимают общую методологию исследования явлений, процессов, объектов, представляемых в виде сложных систем.
Основополагающие принципы системного подхода обусловлены свойствами систем. Основные из них - принципы цели, целостности и сложности.
Принцип цели состоит в том, что любую проблему представляют как некоторую конечную цель, на решение которой направлено исследование. Именно эта цель является главным системообразующим фактором, определяющим структуру и сложность систем, включающих промежуточные цели, с помощью которых достигается решение проблем.
Принцип целостности заключается в выделении рассматриваемых систем из окружающей среды и взаимосвязи всех внутренних элементов этих систем, обеспечивающей появление у них некоторых новых свойств, которых нет у отдельных элементов.
Принцип сложности выражается в иерархической структуре систем. В зависимости от целей и методов исследований любая система может иметь различную степень сложности. Она может иметь несколько уровней, называемых стратами, может представлять собой элемент метасистемы, т. е. системы более высокого порядка. И наоборот, любой элемент системы можно представить в виде системы более низкого уровня в зависимости от задач исследования.
Примером использования принципов системного подхода в исследовании является анализ работы фермы покрытия в каркасе промышленного здания (рис. 15).
Здесь цель исследования - обеспечение несущей способности фермы, воспринимающей внешние нагрузки Р от покрытия.
Целостность объекта исследования проявляется в выделении фермы из каркаса здания и учете взаимосвязи элементов фермы - поясов, стоек, раскосов. При этом если шарнирно соединенные элементы фермы способны воспринимать только продольные усилия (рис. 15, а), то ферма как система приобретает новое свойство - воспринимать нагрузки поперечного к пролету направления, вызывающие в конструкции изгибающий момент и поперечную силу (рис. 15, б). Это свойство ферма получает в результате организованного взаимодействия элементов фермы между собой.
Рис.
15. Свойства элементов
(а) и фермы
(б)
Иерархический принцип сложности для этой же фермы проявляется в том, что она является элементом несущего каркаса здания (метасистемы). В свою очередь сама ферма также является системой.
Представление объектов и процессов с помощью сложных систем осуществляется на макро- и микроуровне
Макроподход позволяет отделить систему от окружающей среды, выделить ее как нечто целое. Такой процесс называют внешним проектированием системы. Так, если принимается решение о строительстве жилого дома, то его принимают за систему, входящую в метасистему городской застройки. Главный архитектор города определяет место, этажность, архитектуру дома.
Микроподход применяется при рассмотрении внутренней структуры системы (внутреннее проектирование системы). В приведенном выше примере с жилым домом микроподход проявляется в принятии объемно- планировочных и конструктивных решений, в разработке проекта инженерных коммуникаций здания.
Рассмотрим основные понятия теории систем для последующего их использования в системном анализе.
Под системой понимают целостный комплекс взаимосвязанных элементов, объединенных общей целью функционирования системы.
В любом объекте существует бесконечно большое количество внутренних связей и связей внешних с окружающими его объектами. Тем не менее, говоря о системе, подразумевают некоторое достаточно ограниченное число связей, обеспечивающих функционирование объекта (системы) и достижение некоторой цели, представляющей интерес в конкретном исследовании
В теории систем встречается также такое понятие, как парадигма системы - концептуальная схема и модель решения некоторой проблемы с помощью системы, построенной автором исследования.
Из определения системы как совокупности элементов следует, что элементом является некоторая минимальная часть системы, не подлежащая дальнейшему расчленению в конкретном исследовании, обладающая определенной самостоятельностью и влиянием на цель функционирования системы. Элементы могут быть однородными (однотипные балки в перекрытии здания) и неоднородными (балки, фермы, колонны в каркасе здания).
Понятие элемента, как и самой системы, зависит от цели исследования. Свойства элемента, отличающие его от других объектов, определяют его значение, роль в достижении системой цели функционирования. Свойства элементов являются критерием, по которому исследователь включает или не включает их в состав системы. Это свойство элементов, имеющее отношение к цели исследования, называется характеристикой, а ее численное значение является параметром элемента (объемный вес, влажность, температура).
Состояние системы определяется множеством значений параметров ее элементов в данный момент времени. Переход системы из одного состояния в другое характеризуется изменением значения хотя бы одного из параметров.
Аналогичным образом определяется и состояние среды, окружающей систему. При этом совокупность состояний системы и среды в некоторый момент времени принято называть ситуациейi
Взаимодействие элементов системы между собой происходит благодаря связям между ними. Связи элементов в системе обладают в большей или меньшей степени синергическими свойствами (при совместном действии таких связей общий эффект увеличивается больше, чем от простого сложения действий связей). Связи могут быть механическими, энергетическими, информационными или сочетать в себе все эти разновидности в различных комбинациях.
Любая система или ее элемент в процессе функционирования и проявления связей приобретает функциональную структуру (рис. 16), включающую в себя три составных части:
вход - воспринимающий изменения в других элементах или внешней среде, окружающей систему;
выход - выдающий результат воздействия на систему в виде новых параметров ее состояния (отклик, реакция системы);
процессор - преобразующий параметры на входе в параметры системы на выходе
Ф ункциональные части системы соединяет прямая связь: вход - процессор - выход. Связь называется обратной, если она соединяет выход с входом.
На рис. 18 показана система «Здание» в процессе его создания и эксплуатации (во времени), а на рис. 19 - в процессе функционирования (в пространстве)
. Технологический процесс в здании прямо влияет на его обьемно- планировочное решение и инженерное оборудование. В свою очередь, объемно-планировочное решение определяет пролеты несущих конструкций и нагрузки на них. Есть и обратные связи. Если выбранное архитектурное решение не обеспечено конструктивным исполнением, то материалы и конструкции могут повлиять на выбор архитектуры здания и даже на технологический процесс.
.
Рис.
18. Структура системы «Здание» в процессе
его создания и эксплуатации (во времени)
Рис.
19. Структура системы «Здание» в процессе
его функционирования
(в
пространстве)
В последние годы методология принятия решений в строительстве получила широкое развитие. Созданы новые программные средства, обеспечивающие связи между элементами сложных систем в процессе проектирования и управления строительством с использованием единой информационной базы. Разработаны экспертные системы, информационно-поисковые системы, помогающие принимать решения с применением методов системного анализа. Это новое направление в строительной науке получило название сквозного автоматизированного проектирования и управления, целью которого является конечный результат, т. е. заданные показатели состояния строительной системы в целом, а не отдельных ее элементов.
. Системный анализ, его этапы
Системный подход в науке, в строительстве используется при решении различных проблем. Проблема - это ситуация, требующая изучения и разрешения, в которой необходимое расходится с действительным положением дел.
Процесс выработки мероприятий для разрешения проблемы с помощью системного анализа производится с разделением на следующие основные этапы:
Выявление и анализ проблемы.
Выделение системы из среды.
Определение промежуточных целей.
Выбор критериев, оценка альтернатив и принятие решения.
Диагноз существующей системы.
Проект организации системы.
Составление комплексной программы решения проблемы.
Собственно анализом проблемы и возможностей ее разрешения
являются первые пять этапов. Шестой и седьмой этапы представляют собой синтез всех результатов исследования, воплощенный в конкретные организации системы и комплексные программы реализации принятого решения. Рассмотрим этапы поподробнее.
1-й этап. Выявление и анализ проблемы
Этап является основополагающим для постановки исследования. На этом этапе осуществляется тщательное изучение обстановки, породившей проблему, проводится сбор данных по ее прошлому и настоящему, определяются тенденции дальнейшего развития. Производится систематизация этих данных, выделение главного, чтобы ответить на вопрос, действительно ли здесь есть расхождение между требуемым и фактическим положением дел, не является ли проблемная ситуация надуманной, порожденной второстепенными обстоятельствами. Необходимость разработки проблемы нужно глубоко обосновать и указать тесные связи с другими проблемами. Результатом первого этапа является четкая формулировка проблемы как главной цели исследования с указанием глубины, масштаба, значимости и необходимости ее разрешения.
Й этап. Выделение системы из среды
На втором этапе исследования выявляется, что необходимо для решения проблемы, от чего зависит решение, что следует включить в систему, направленную на решение проблемы, и что не включать, оставляя в качестве среды. К системе относятся все те элементы, которые тесно связаны между собой и могут существенно влиять на конечный результат (цель) функционирования системы.
Внешняя (окружающая) среда также состоит из элементов, так или иначе влияющих на выделенную систему. Основанием для отнесения этих элементов к среде являются два обстоятельства. Первое - элементы мало влияют на состояние системы. Это влияние в процессе исследования выявляется количественно, и если оно оказывается существенным, то элемент может быть включен в систему. Второе - состояние элементов среды задано, не зависит от состояния системы и не может меняться исследователем.
Так, для системы «Объект строительства» подготовка кадров является внешним элементом среды. Но если в процессе строительства станет возможным существенно повышать квалификацию строителей и настолько, что это сократит сроки строительства и повысит его качество, то подготовка строительных кадров может стать элементом системы.
Результатом второго этапа является перечень элементов системы с указанием их свойств, влияющих на достижение конечной цели.
Й этап. Определение промежуточных целей
Достижение главной цели, сформулированной в проблеме, зависит от решения задач, представляющих собой некоторые цели, но более низкого уровня. Мероприятия для достижения конечной цели выявляются при построении дерева целей (ДЦ) - упорядоченной иерархии альтернативных целей, характеризующей их соподчиненность и внутренние взаимосвязи (рис. 20, а). Совокупность всех целей - главной и промежуточных - в дереве целей называют также порфирианом по имени греческого философа Порфирия, в работах которого встречается аналогичная систематизация целей.
Иерархия уровней ДЦ указывает на то, что цели вышестоящих ступеней достигаются лишь в результате реализации подцелей, на которые они распадаются. Подцели являются средствами к достижению вышестоящей цели и в то же время сами являются целью для более низкой ступени.
Дерево целей рекомендуется строить, начиная с верхней (главной) цели нулевого уровня, перемещаясь по уровням сверху вниз. Число уровней может быть 5-9. Полезнее учесть больше целей, чем упустить необходимые. Многие цели на этом этапе исследования являются альтернативными, охватывают возможные пути решения проблемы.
Таким образом, результатом третьего этапа является построение первого варианта ДЦ, включающего все возможные промежуточные цели системы.
4-й этап. Выбор критериев, оценка альтернатив и принятие решения
Чтобы принять то или иное решение, необходимо получить информацию о его последствиях (прогноз). Осуществляется это в процессе формализации связей в системе целей, моделирования и оценки состояния системы после принятия решения.
После оценки и сравнения альтернатив малозначащие цели ДЦ удаляются, остаются основные, соответствующие наиболее эффективному решению проблемы..
В результате 4-го этапа формируется окончательный вариант ДЦ, представляющий собой решение исследователя.