Изучение объектов и явлений как систем вызвало формирование нового подхода в науке – системного подхода.

Системный подход – конкретно-научный метод диалектико-материалис­ти­чес­кой методологии, имею­щий общенаучное значение.

В силу высокой общности системный подход основывается на ряде принципов диалектики: взаимосвязи и развитии, зави­симости (связанности) и независимости (автономности), каче­ственного различия части и целого. Однако системный метод даже в реализации этих принципов – уже диалектика. Можно указать, в частности, на принцип развития, который в систем­ном методе представлен лишь через движение и изменение. Но принцип отрицания в развитии конструктивно не включен в системный подход. В этом плане системный подход представляет одну из форм методологического знания, связанную с исследованием и созданием объектов как систем, и относится только к систе­мам (первая черта системного подхода).

Второй чертой системного подхода является иерархич­ность познания, требующая многоуровневого изучения пред­мета:

· изучение самого предмета – «собственный» уровень;

· изучение этого же предмета как элемента более широкой сис­темы – «вышестоящий» уровень;

· и, наконец, изучение этого предмета в соотношении с составляющими данный предмет элементами – «нижестоящий» уровень.

Следующей чертой системного подхода является изучение интегративных свойств и закономерностей систем и ком­плексов систем, раскрытие базисных механизмов интеграции целого. И, наконец, важной чертой системного подхода явля­ется его нацеленность на получение количественных характе­ристик, создание методов, сужающих неоднозначность поня­тий, определений, оценок. Другими словами, системный подход требует рассматривать проблему неизолированно, а в единстве связей с окружающей средой, постигать сущность каждой связи и отдельного элемента, проводить ассоциации между общими и частными целями. Все это формирует особый метод мышления, позволяющий гибко реагировать на изменения обстановки и принимать обоснованные решения.

С учетом сказанного определим понятие системного подхода.

Системный подход – 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, а цели каждого из элементов определены исходя из общего предназначения объекта.

Системный подход как общеметодический принцип используется в различных отраслях науки и деятельности человека. Гносеологической основой его является общая теория систем. Системный подход посвящен решению системных задач, в которых объект исследований представляется в виде систем. Системные задачи могут быть двух типов: системного анализа или системного синтеза. Задача анализа предполагает определение свойств системы по известной ее структуре, а задача синтеза – определение структуры системы по ее свойствам.

Под анализом систем управления понимается процесс исследования, основанный на декомпозиции системы управления с последующим определением ее статических и динамических характеристик составляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами системы и окружающей среды.

Целями анализа системы управления являются:

· детальное изучение системы управления для более эффективного использования и принятия решения по ее дальнейшему совершенствования или замене;

· исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы управления с целью выбора наилучшего варианта.

К задачам анализа систем управления относится:

· определение объекта анализа;

· определение функциональных особенностей системы управления;

· определение количественных и качественных пока­зателей системы управления;

· оценивание и оценка эффективности системы управления;

· обобщение и оформление результатов анализа.

Под синтезом понимается процесс создания (совершен­ствования, организации, проектирования) систем управления. Синтез систем управления осуществляется путем определе­ния и последующего согласования статических и динамических характеристик системы, обеспечивающих в совокупности, максимальную степень соответствия

системы поставленным задачам.

Целями синтеза системы управления являются:

· создание новой системы управления, на основе новых достижений науки и техники;

· совершенствование существующей системы управления на основе выявленных недостатков, появления новых задач и требований.

Синтез представляет собой многошаговый итеративный процесс.

К задачам синтеза систем управления относится:

· формирование замысла и цели создания системы;

· формирование вариантов облика новой системы;

· приведение описаний вариантов облика системы во взаимное соответствие;

· оценка эффективности вариантов и принятие решения о выборе облика новой системы;

· разработка требований к системе управления;

· разработка программ реализации требований к системе;

· реализация разработанных требований к системе управления.

Главная практическая задача системного подхода в исследовании систем управления состоит в том, чтобы, обнаружив и описав сложность объекта, обосновать такие дополнительные физически реализуемые связи, которые, будучи наложенными на сложную систему управления, сделали бы ее управляемой в требуемых пределах, сохранив при этом области самостоятельности (следовательно, слабой предсказуемости), которые способствовали бы повышению эффективности системы. Включенные новые связи должны усилить благоприятные и ослабить неблагоприятные тенденции поведения системы, сохранив и укрепив ее целенаправленность, но ориентируя ее на интересы надсистемы.

Опыт исследования объектов различного состава, содержания и области применения позволяет сформировать три основных принципа системного подхода, которые можно положить в основу исследования, использования и создания сложных систем управления:

· принцип физичности;

· принцип моделируемости;

· принцип целенаправленности.

Принцип физичности гласит, что всякой системе (независимо от ее природы)

присущи физические законы (закономерности), возможно уникальные, определяющие её внутренние причинно-следственные связи, существование и функционирование.

Принцип физичности включает следующие постулаты:

· целостности. Постулат целостности – система, как единое целое, обладает особым, системным свойством (свойствами), которого нет у подсистем (элементов) при любом способе декомпозиции;

· декомпозиции. Постулат декомпозиции – анализ и синтез сложной системы управления осуществляется путем расчленения ее на подсистемы, располагаемые по уровням, причем подсистема на данном уровне является системой для нижележащего уровня и, в свою очередь, рассматривается как элемент вышестояще­го уровня;

· автономности. Постулат автономности – сложная система «живет» в автономном функциональном пространстве. С точки зрения постулата автономности, при исследовании большинство де­композиций, а может быть, все ,кроме одной, отпадут;

· действий. Постулат действий – изменение поведения сложной сис­темы может быть связано с энергетикой, с веществом и с ин­формацией, которые, накапливаясь, проявляют свое влияние скачкообразно, путем качественного перехода. Для изменения поведения системы требуется прирост воздействия, превосхо­дящего некоторое пороговое значение;

· неопределенности. Постулат неопределенности – существует область неоп­ределенности, в пределах которой свойства сложной системы могут быть описаны только вероятностными характеристиками.

Принцип моделируемости гласит, что сложная система представляется конечным множеством моделей, каждая из ко­торых отражает определенную грань ее сущности.

Принцип моделируемости включает следующие постулаты:

· многообразия моделей. Постулат многообразия моделей – выбор моделей зави­сит от цели анализа и синтеза и особенностей исследуемой системы;

· дополнительности. Постулат дополнительности – сложная система управления во взаимодействии со средой может проявлять различные свойства в различных ситуациях, в том числе альтерна­тивные (т.е. несовместимые ни в одной их них);

· согласованности уровней. Постулат согласованности уровней – требования к сис­теме, формируемые на любом уровне, выступают как условия или ограничения на выбор частных моделей и предельных возможностей системы на нижележащих уровнях;

· внешнего дополнения. Постулат внешнего дополнения – проверка истинности результатов, получаемых на каждом уровне, производится с использованием исходных данных, моделей и методов выше­лежащих уровней;

· достаточности. Постулат достаточности – проверка доста­точности принимаемых решений производится по заданным критериям эф­фективности, разрабатываются соответствующие модели, с по­мощью которых принимаются конструктивные решения на каждом уровне выбора характеристик системы;

· проверенного методического обеспечения. Постулат проверенного методического обеспечения – необходимо использовать хорошо отработан­ные и экспериментально проверенные модели и методики, обеспечивающие отдельные характеристики в заданные сро­ки и с требуемой точностью.

Принцип целенаправленности гласит о том, что сложной системе управления присуща функциональная тенденция, на­правленная на достижение системой некоторого состояния, либо на усиление (сохранение) некоторого процесса.

Принцип целенаправленности включает постулат выбора. Постулат выбора состоит в том, что сложные системы управления обладают областью выбора и способностью выби­рать поведение, т.е. осуществлять реакцию на внешние воз­действия в зависимости от внутренних критериев целенаправ­ленности.

Принципы физичности, моделируемости и целенаправлен­ности достаточно полно отражают методологию системного подхода. Принцип физичности предписывает причинно-следственные связи объекта любой природы к системам, построенным из этих объектов. Принцип моделируемости обес­печивает возможность использования в системном подходе упрощенных моделей, отражающих только те грани сущности сложной системы, которые интересуют исследователя. Прин­цип целенаправленности распространяется на все стороны че­ловеческой деятельности, на системы любой природы.

Системный подход включает анализ и синтез систем управления. Выделим следующие виды анализа и синтеза систем управления:

· структурные;

· функциональные;

· информационные;

· параметрические.

Сущностью структурного анализа является определение статических характеристик систем по известной ее структуре. Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения в ней подсистем и элементов различного уровня и связей между ни­ми. Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур системы управления, которые формируются в процессе ее декомпозиции.

Сущностью структурного синтеза является разработка (создание, проектирование, совершенствование, реорганиза­ция и организация системы), которая должна обладать желае­мыми свойствами. Структурный синтез проводится с целью обоснования множества элементов структуры, отношений и связей, обеспечивающих в совокупности максимальную сте­пень соответствия заданным требованиям. Объектами исследования структурного синтеза являются различные варианты разрабатываемых (совершенствуемых) структур системы управления.

Сущностью функционального анализа является определение динамических характеристик систем на основании принятых алгоритмов ее функционирования. Функциональный анализ проводится с целью определения динамических характеристик системы путем исследования процессов изменения ее состояний с течением времени на основе принятых алгоритмов (способов, методов, принципов, концепций) управления.

Объектами исследования функционального анализа является реализуемые системой методы и алгоритмы управления, включая общий алгоритм функционирования, содержащий все основные этапы (фазы, функции) управления, и частные методы и алгоритмы, направленные на выполнение отдельных этапов управления (формирование цели управления, сбор и обработку необходимой информации, принятие решений, планиро­вание, организацию, контроль, выполнение решений и др.).

Сущностью функционального синтеза является обоснование динамических характеристик системы управления, которые должны обладать желаемыми свойствами. Целью функционального синтеза является обоснование оп­тимальных или рациональных характеристик процессов функ­ционирования системы управления, т.е. процессов изменения ее состояний с течением времени в соответствии с поставлен­ной

целью.

Сущностью информационного анализа является определе­ние объекта и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для известной структуры и алгоритма функционирования системы управления. Информационный анализ выполняется с целью исследова­ния количественных и качественных характеристик информа­ции, используемой в системе управления. Объектами исследования являются информационные процессы, протекающие в системе управления.

В системах управления выделяются следующие информационные процессы:

· сбор, прием, восприятие информации (эти процессы отражают взаимодействие системы с внешней средой);

· передача информации между отдельными подсисте­мами системы;

· переработка, анализ, отбор информации, создание новой информации;

· использование информации;

· передача информации из системы во внешнюю среду.

Сущностью информационного синтеза является обоснова­ние необходимого объема и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для разрабатываемой структуры и алгоритма функционирования системы управления. Информационный синтез дополняет задачи функционального анализа, что осуществляется с целью определения требуемых качественных и количественных характеристик информации, используемой в процессе функционирования системы управления.

Сущностью параметрического анализа является определение необходимой и достаточной совокупности показателей, характеризующих все исследуемые свойства системы, и формирование зависимостей, характеризующих суммарный эффект от применения системы или ее элементов. Целью параметрического анализа является оценка эффективности системы управления на основе определения количественных значений ее показателей. Объектами исследования параметрического анализа являются частные и обобщенные показатели системы, образующие иерархическую структуру.

Сущностью параметрического синтезаявляется обосно­вание необходимой и достаточной совокупности показателей, позволяющих оценивать желаемые свойства разрабатываемой системы и ее суммарный эффект. Целью параметрического синтеза является комплексное определение согласованных и сбалансированных по уровням исследования системы требуемых значений ее показателей, включая общие показатели

эффективности управления, а также частные показатели структуры, процессов функционирования, информации.

Системный подход требует многоуровневого изучения системы управления. Выделяются следующие уровни анализа и синтеза систем управления: внешний, исходный, общесистемный, системный.

На внешнем уровне анализируется сверхсистема, в состав которой входит исследуемая система управления. При исследовании сверхсистемы:

· определяются цели и задачи сверхсистемы;

· выделяются (в сверхсистеме) подсистемы (функции, задачи), в интересах которых применяется система управления;

· уточняются показатели и критерии данных подсистем;

· определяются внешние свойства и соответствующие показатели системы управления, которые могут повлиять на эффективность сверхсистемы.

На исходном уровне исследуемая система управления выделяется как отдельный целенаправленный элемент (ЦНЭ) сверхсистемы, которая включает различные, в том числе и противоположные по интересам, подсистемы. Основными задачами исследования на исходном уровне являются:

· выделение исследуемой системы в виде отдельного целенаправленного элемента;

· выявление входных целезадающих, обеспечивающих и помеховых (разрушающих) воздействий, поступающих от различных подсистем сверхсистемы на ЦНЭ;

· установление показателей и критериев эффективности ЦНЭ, которые характеризуют внешние свойства системы управления и ее влияние на сверхсистему.

На общесистемном уровне проводится детализация ЦНЭ на управляющую систему (УС) и объект управления (ОУ). Основными задачами исследования на общесистемном уровне являются:

· декомпозиция ЦНЭ на управляющую систему и объект управления;

· формирование управляющих воздействий;

· определение маршрутов движения к цели;

· определение показателей, раскрывающих структуру системы и эффективность управляющих воздействий.

На системных уровнях осуществляется дальнейшая деком­позиция УС и ОУ

путем выделения отдельных элементов и связей между ними.

В соответствии с постулатом декомпозиции и многоуровневой модели исследования систем управления вся совокупность показателей (характеристик) системы имеет иерар­хическую структуру и включает показатели:

· внешнего уровня;

· исходного уровня;

· общесистемного уровня;

· системных уровней.

Показатели внешнего уровня включают показатели отдельных подсистем сверхсистемы, которые взаимодействуют с исследуемой системой управления.

Показатели исходного уровня характеризуют внешние свойства системы управления и ее влияние на сверхсистему. Показатели исходного уровня включают:

· показатели эффективности с помощью которых можно оценить степень приспособленности системы или ее отдельных элементов соответствующего уровня к выполнению поставленных задач;

· параметры выбора, содержащие характеристики отдельных свойств системы управления, оказывающие влияние на значение показателя эффективности.

Показатели общесистемного уровня определяют структуру системы управления на уровне УС и ОУ, а также процессы функционирования соответствующих элементов при выработке управляющих воздействий и реакций.

Показатели системных уровней включают различные структурные, функциональные и информационные характери­стики исследуемой системы до принятой степени детализации.

Вопросы для самопроверки

1. Охарактеризуйте сущность системного подхода.

2. Каковы цели и задачи анализа систем управления?

3. Каковы цели и задачи синтеза систем управления?

4. Охарактеризуйте принципы физичности и его постулаты.

5. Охарактеризуйте принципы моделируемости и его постулаты.

6. Охарактеризуйте принципы целенаправленности и его постулаты.

7. Охарактеризуйте основные виды анализа и синтеза систем управления.

8. Охарактеризуйте уровни исследования систем управления и раскройте их содержание.