Любое системное исследование имеет определенную структуру и проводится по определенному алгоритму. Так, для целей экологии Дж. Джефферс рекомендует алгоритм, показанный на рис. 4.6 и включающий следующие этапы системного анализа: выбор проблемы, постановку задачи и ограничение степени ее сложности, установление иерархии целей и задач, выбор путей решения, моделирование, оценку возможных стратегий и, наконец, внедрение результатов . Ф.И. Перегудов и Ф.П. Тарасенко предлагают другой алгоритм постановки задач системного исследования, изображенный на рис. 4.7, где помимо опорной последовательности действий (утолщенные сплошные линии) предусматривается возможность возврата к уже выполненным действиям в случае необходимости (штриховые линии) .
Рис. 4.6.
Рис. 4.7.
Однако системный анализ, а тем более системный подход не предполагает строго определенного набора рецептов. Поэтому, говоря о некоторых этапах и направлении системной деятельности, следует рассматривать их только как руководство к действию. При решении конкретных задач часть этапов может быть исключена или изменен порядок их следования. Иногда приходится повторять эти этапы в различном порядке. Например, если необходимо уточнить роль исключенных на первых этапах из рассмотрения факторов, требуется пройти несколько раз этапы моделирования и оценки возможных стратегий; для проверки адекватности целевой структуры исследования придется время от времени возвращаться к одному из ранних этапов даже после выполнения значительной части работы на более поздних этапах анализа и т.д.
Рассмотрим специфику системного исследования в естествознании на примере алгоритма Джефферса (см. рис. 4.6) .
Процесс моделирования структурирован, т.е. состоит из последовательности этапов. Этапы различаются качественно, конкретными целями и средствами и должны выполняться в определенной очередности. Например, при имитационном моделировании выделяют: формирование целей моделирования-построение абстрактной модели-создание имитационной реальной модели-ее исследование-обработку и интерпретацию результатов.
Однако на практике чаще всего не удается строго выдержать рекомендуемую последовательность действий. Более того, очевидно, что нельзя выработать какой-то единый, пригодный для всех случаев алгоритм моделирования, поскольку в процессе создания моделей кроме осознанных формализованных, технических и научных приемов значительное место занимает творческое, интуитивное начало.
В заключение еще раз заметим, что возможности системного подхода огромны, но предлагаемые для исследования естественно-научные проблемы не всегда требуют использования арсенала системного подхода. Этот подход не отменяет и не заменяет классические исторически сложившиеся методы изучения природы - он его дополняет и обогащает, определяя специфику современного естествознания.
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ СИСТЕМ. ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ....................................................................................................................................................... | |
4.1. Статические и динамические системы.............................................................................................. | |
4.2. Классификация экономических моделей......................................................................................... | |
4.3. Обзор экономических моделей............................................................................................................ | |
4.4. Модели планирования проектов......................................................................................................... | |
4.4.1. Представление проекта в виде сети................................................................................................ | |
4.4.2. Критический путь............................................................................................................................ | |
4.4.3. Задачи распределения и добавления ресурсов............................................................................. | |
4.4.4. Комплексные проекты.................................................................................................................. | |
4.4.5. Стохастические подходы............................................................................................................. | |
4.4.6. Сетевые графики с работами на дугах...................................................................................... | |
4.5. Детерминированные динамические системы................................................................................... | |
4.5.1. Основные задачи исследования динамических систем......................................................... | |
4.5.2. Элементарные динамические звенья гладких линейных систем......................................... | |
4.5.3. Типы соединений звеньев............................................................................................................ | |
4.5.4. Преобразование Лапласа и его свойства.................................................................................. | |
4.5.5. Передаточная функция и исследование линейных систем................................................... | |
4.5.6. Пример исследование производственной системы.............................................................. | |
4.5.7. Дискретные динамические системы........................................................................................ | |
4.5.8. Макроэкономические циклы и модель Самуэльсона-Хикса....................................................... | |
4.6. Стохастические системы.................................................................................................................... | |
4.6.1. Типы систем массового обслуживания................................................................................... | |
4.6.2. Случайные процессы................................................................................................................... | |
4.6.3. Эргодичность марковских цепей................................................................................................... | |
4.6.4. Однородные процессы рождения и гибели.................................................................................. | |
4.6.5. Анализ средних характеристик СМО...................................................................................... | |
4.6.6. Экспоненциальное распределение и марковские СМО....................................................... | |
4.6.7. Анализ характеристик марковских СМО............................................................................... | |
5. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ............................................................................... |
5.1. Задачи принятия решений.............................................................................................................. | |
5.2. Модели принятия решений в условиях риска и неопределенности........................................... | |
5.3. Принятие решений с возможностью экспериментирования....................................................... | |
5.4. Объективисты и субъективисты....................................................................................................... | |
5.5. Функцияπ- безразличия.................................................................................................................... | |
5.6. Ожидаемая полезность........................................................................................................................ | |
5.7. Общая задача распределения риска................................................................................................. | |
5.8. Оптимальность по Парето................................................................................................................. | |
5.9. Оптимальное распределение лотереи при экспоненциальных функциях полезности.......... | |
5.10. Задача торга........................................................................................................................................ | |
5.11. Задача образования синдиката........................................................................................................ | |
5.12. Выбор лотерей при их распределении........................................................................................... | |
5.13. Принятие решений и задача выбора портфеля............................................................................ | |
5.14. Экспертный метод принятия решений (МАИ) ............................................................................ | |
ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ....................................................................................................................... | |
ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................................................. |
ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА И ЭТАПЫ СИСТЕМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Предмет изучения науки
1) Основные понятия теории сложных систем.
В рамках направления «Исследование систем управления» организации и их системы управления рассматриваются как сложные системы . Предметом исследования здесь является поведение таких систем, а также методы проектирования систем управления организациями.
В отношении применяемых методов исследования можно сказать следующее. Вопросами исследования и принятия решений (формализованный или неформализованный выбор) в сложных системах занимаются в рамках «собирательного» направления «Системные исследования» («Системный анализ»). Помимо методов общей теории систем и исследования операций, на которые опирается это направление, здесь уделяется также внимание не формализованному переходу от реальной системы к ее модели. Для этого используется системный подход. Он представляет собой направление методологии, т.е. систему принципов (известных как принципы системного подхода) и способов организации и построения теоретической и практической деятельности, а также учение об этой системе.
Разработанная на основе системного подхода модель может быть формально исследована в рамках существующих отраслей науки, а также использована при принятии решений.
Основные определения
Элементом называется некоторый объект(материальный,энергетический,информационный,алгоритмический) неделимый в рамках данного рассмотрения.
Связью называется важное для целей рассмотрения отношение между элементами(в частности,обмен веществом, энергией, информацией, отношение предшествования, подчинения и др.).
Функцией называется назначение элемента,отведенное ему природой или человеком,которое онв состоянии выполнять в условиях только определенных (предусмотренных) внешних воздействий.
Целью называется назначение элемента,отведенное ему природой или человеком,которое он всостоянии выполнять, приспосабливаясь к различным (непредусмотренным) внешним воздействиям.
Системой называется множество элементов и связей между ними,обладющее функцией (целью ),отличных от функций (целей) отдельных элементов. Системным эффектом или эмерджентностью называется проявление качественно новых свойств у целого (системы), которые отсутствуют у ее элементов. Синергетическим эффектом называется возрастание эффективности деятельности в результате интеграции, слияния отдельных частей в единую систему за счет т.н. системного эффекта (эмерджентности). Если система обладает целью, то ее еще называют целеустремленной системой
Наличие цели у системы (глобальной цели ) предполагает существование локальных целей или локальных функций ,стоящих перед ее элементами.Другими словами,глобальная цель/функция обеспечивается засчет их реализации. Цели/функции, подцели/подфункции и такого рода связи между ними часто образуют иерархическую структуру (дерево целей ).
Большой системой называется система,включающая значительное число однотипныхэлементов и связей. Большой и сложной или просто сложной системой называется большая система, состоящая из элементов разных типов и обладающая разнородными связями между ними.
Пример1 . Сборная стрела крана с элементами в виде стержней - большая, но не сложная система. Самолет, компьютер - большие и сложные системы.
Структурой называется представление системы в виде подмножеств элементов(возможноодноэлементных) и связей между ними. Разбиение множества элементов на подмножества или структуризация может иметь материальную,функциональную(для этого целесообразнопредварительно построить дерево целей), алгоритмическую и др. основы. Структуру системы удобно изображать в виде графической схемы, состоящей из ячеек (подмножеств) и связей. Такие схемы называют структурными схемами .
Пример2 . Примером материальной структуры является материальная структура сборного моста. Представление двигателя внутреннего сгорания в виде взаимосвязанной совокупности систем питания, смазки, охлаждения и др. - функциональная структура. Деление предприятия на отделы - организационная структура. Представление алгоритма в виде схемы алгоритма - алгоритмическая структура.
Декомпозицией называется деление системы на части(подсистемы ),удобное для целейрассмотрения. Часто целесообразна вертикальная или уровневая декомпозиция, где каждый нижележащий уровень подчиняется вышестоящему. Декомпозиция - это процесс обратный структуризации. К одному и тому же представлению системы можно прийти как структуризацией, так и декомпозицией.
Пример3 . Как пример уровневой декомпозиции можно рассмотреть представление государственного сектора какой- либо отрасли народного хозяйства в виде следующей иерархии.
Министерство | |||||||||||||||||||||||||
Главк | . . . | Главк | |||||||||||||||||||||||
УПр | . . . | УПр | УПр | . . . | УПр | ||||||||||||||||||||
УЦех | . . . | УЦех | УЦех | . . . | УЦех | УЦех | . . . | УЦех | УЦех | . . . | УЦех | ||||||||||||||
Упр – управление предприятием, УЦех – управление цехом
Системы и внешняя среда
Системы можно классифицировать на открытые и замкнутые . Основные отличительные черты открытых систем - способность обмениваться с внешней средой массой, энергией, информацией и др. В отличие от них, замкнутые системы предполагаются полностью лишенными этой возможности. Такие системы используются как определенного рода абстракция и в природе не встречаются.
На систему (открытую) оказывает влияние внешняя среда . Это влияние она оказывает посредством входных воздействий (входов) или стимулов . Система в свою очередь воздействует на среду. Такое воздействие реализуется посредством выходных воздействий (выходов) или реакций .
Рассмотрим в качестве системы организацию. Организация – система, которая использует производственные факторы с целью получения максимальных качественных и количественных результатов за минимальное время и при минимальных затратах факторов производства. С точки зрения внешней среды, такая система существует как источник удовлетворения ее потребностей. Простейшая схема взаимодействия между системой и средой выглядит следующим образом (рис.2).
Рис.2. Схема взаимодействия системы и среды В качестве входных воздействий на систему со стороны внешней среды выступают:
Множество целей и ограничений - Z = {Z k }
Множество ресурсов (факторов производства, перерабатываемого сырья и др.) - X = {X j } Выходами системы являются множество конечных продуктов, благ и услуг, ориентированных на удовлетворение потребностей внешней среды, а также отходы, т.е. конечные продукты, оказывающие негативное влияние на внешнюю среду - Y = {Y i }. При этом множество конечных продуктов и ресурсов можно классифицировать на следующие группы: материальные, информационные, финансовые, трудовые, энергетические.
Рассмотрим более детальную схему взаимодействия предприятия "как системы" с внешней
Население
Поставщики/ потребители
Контрагенты
Федеральные органы | ||||||||||||
Региональные и местные | Вышестоящие | |||||||||||
органы власти, контроля и | власти, контроля и | организации | ||||||||||
управления | управления | |||||||||||
Финансовый | ||||||||||||
рынок | ||||||||||||
Рынок | Предприятие как | |||||||||||
товаров и | система | |||||||||||
услуг | ||||||||||||
Рынок | ||||||||||||
факторов | ||||||||||||
Подведомственные | ||||||||||||
организации | ||||||||||||
Рис.3. Схема взаимодействия предприятия с внешней средой Для примера рассмотрим фрагмент модели взаимодействия учебного заведения с элементами
внешней среды . В качестве конечных продуктов учебного заведения (выходов) можно рассматривать следующие векторы, компонентами которых являются множества:
Y 1 -подготовленные инженерные кадры;
Y 11 -инженерные кадры,подготовленные по типовым программам;
Y 12 -инженерные кадры,подготовленные по заказам органов власти и управления; Y 13 -инженерные кадры,подготовленные по заказам финансовых институтов;
Y 14 -инженерные кадры,подготовленные по заказам конкретного предприятия и т.д.; Y 2 -информационная продукция вуза;
Y 21 -учебно-методическая литература;
Y 22 -научно-техническая литература;
Y 23 -отчетная информация о деятельности вуза; Y 3 -научно-технические разработки вуза;
Y 4 -кадры высшей квалификации.
В качестве входных ресурсов учебного заведения выделим: X 1 -финансовые ресурсы для организации учебного процесса;
X 11 -федеральный бюджет; X 12 -местный бюджет;
X 13 -внебюджетные фонды;
X 14 -благотворительные фонды; X 15 -кредиты банков;
X 2 -финансовые ресурсы для выполнения научно-исследовательской деятельности;
X 3 -финансовые ресурсы для организации административно-хозяйственной деятельности; X 4 -абитуриенты,поступающие в вуз;
X 41 -на основе госбюджетного финансирования;
X 42 -по заказам органов власти и управления; X 43 -по заказам финансовых институтов;
X 44 -по заказам конкретных промышленных предприятий;X 45 – на коммерческой основе.
Х 5 – сотрудники и преподаватели.
В качестве множества целей и ограничений, определяющих деятельность вуза, можно рассматривать: Z 1 по учебной деятельности –
Z 11 -требования ГОС на подготовку специалистов по конкретной специальности; Z 12 -требования органов власти и управления на подготовку специалистов;
Z 13 -требования финансовых структур на подготовку специалистов;Z 14 – промышленных предприятий.
Z 2 по научно-исследовательской деятельности –
Z 21 -требования федеральных органов к качеству выполнения госбюджетных тем; Z 22 -требования заказчиков к качеству выполнения хоздоговорных тем.
Рассмотренное выше представление системы через отношение между входными и выходными воздействиями, называется системой типа “вход- выход” или “ черным ящиком ”. При анализе таких систем непосредственно рассматривается не структура системы, а само отношение вход- выход, т.е. подмножество упорядоченных пар входных и выходных воздействий. Вообще говоря, это отношение не является функцией. Такое представление появляется на начальной стадии исследования.
Можно исследовать структуру системы и попытаться найти внутренние характеристики системы, фиксация которых превращает рассматриваемое отношение в функцию. Так возникает понятие состояния. Состоянием называется совокупность одномоментных значений всех характеристик системы, важных для ее функционирования. Таким образом, переходят к представлению системы в пространстве состояний .В этом случае считают,что под влиянием входных воздействий и всоответствии с состоянием, система формирует выходные воздействия и, кроме того, меняет свое состояние. Здесь появляется понятие траектории развития системы, т.е. последовательности изменений ее состояния во времени.
Возвращаясь к учебному заведению, следует сказать, что количество и состояние учебных помещений, оборудования, преподавательских кадров, существующая численность студентов на различных курсах и др., окажут существенное влияние на результаты деятельности заведения, как в коротком, так и в долгосрочном периоде. Другими словами, совокупность этих показателей является состоянием системы.
Системы и управление
Заданное развитие системы, в частности, предприятия, есть план. Например, план по объему производства, динамике расчетного счета и др. Главная задача управления – формировать такие управляющие воздействия (менять контролируемые переменные, например, расходы на рекламу, технологию производства, научно- технические разработки, затраты, силу финансовых и операционных рычагов и др.) которые, не смотря на возмущения, позволили бы выполнить план или минимизировали бы отклонения от него.
При рассмотрении управляемых систем, таких как предприятия, их представляют состоящими из двух подсистем – субъекта управления (системы организационного управления - руководство предприятия) и объекта управления (производство, остальные службы предприятия). При этом входное воздействие в объект управления принято разделять на вход (перерабатываемое сырье, материалы),
управляющее (входы управления ),и возмущающее воздействие (не контролируемые переменные,
например, ставка рефинансирования ЦБ, уровень инфляции).
Система, в которой для формирования управляющих воздействий не используется результат, полученный на ее выходе, называется системой без обратной связи (ОС). Такие системы практически не используются.
Система, в которой на формирование управляющих воздействий влияет выходной результат, называется системой с ОС . Здесь субъект управления входит в контур ОС. В таких системах обычно
различают понятия задающего и возмущающего воздействия. Управляемую систему в этом случае можно изобразить следующим образом.
управления
положительная ,если она усиливает эффект входного воздействия; отрицательная ,если она ослабляетэффект входного воздействия. Конечно, такое деление является условным, так как для выходных величин, имеющих векторный характер, воздействие одной и той же ОС приводит к усилению одних компонентов выходного вектора и ослаблению других. Кроме того, как мы увидим ниже, даже в линейных системах обратная связь может быть положительной для колебательных воздействий одной частоты и отрицательной – другой.
В технических устройствах положительная ОС применяется всюду, где требуется усиление входного сигнала. В экономических системах существование положительной ОС является основной причиной роста экономических показателей (развтия). Она проявляется в том, что часть прибыли накапливается и возвращается на вход системы в виде капитальных вложений, которые увеличивают выпуск продукции и развитие системы.
Наличие отрицательной ОС способствует поддержанию равновесия в системе, ее устойчивости. Устойчивость хороша тем, что она обеспечивает стабильность работы системы при воздействии возмущений. Так, например, при отлаженной технологии отклонение качества ресурсов не влияет на качество продукции.
Предприятие представляет собой информационную систему с обратной связью. На уровне отдельной фирмы долговременное увеличение продаж, порождает планы расширения производства, что восстанавливает равновесие между спросом и выпуском продукции. Сокращение же сбыта и рост запасов могут вызвать активизацию мероприятий по расширению рынка, чтобы увеличить продажи до уровня производства, либо консервацию части оборудования для сокращения издержек. Схема взаимосвязей в системе, усиления, вызванные решениями и правилами поведения, запаздывания действий, а также искажения информации – все это вместе взятое определяет устойчивость системы и ее развитие.
Понятие обратной связи играет важную роль в новом междисциплинарном научном направлении, известном как синергетика (от греч. synergetikos - совместный, согласованный). Синергетика 1 изучает связи между элементами (подсистемами), которые образуются в открытых системах (биологических, физико –химических и других) в неравновесных условиях. Эти связи возникают благодаря интенсивному обмену веществом и энергией с окружающей средой. Когда взаимодействие элементов приводит к подавлению флуктуации составляющих элементов – это влияние отрицательных обратных связей. Стабильность и устойчивость, однако, не являются неизменными.
При определенных внешних условиях характер коллективного взаимодействия элементов может измениться радикально. Доминирующую роль начинают играть положительные обратные связи, которые не подавляют, а наоборот – усиливают индивидуальные движения составляющих. В таких системах наблюдается согласованное поведение подсистем. В результате возрастает степень упорядоченности системы, т.е. уменьшается энтропия (наблюдается самоорганизация ). Флуктуации, малые движения, незначительные прежде процессы выходят на макроуровень. Это означает возникновение новой структуры, нового порядка, новой организации в исходной системе. Моменты, когда исходная система теряет структурную устойчивость и качественно перерождается, называются бифуркациями состояния и описываются соответствующими разделами математики – теория катастроф , нелинейные
1 Одним из основоположников синергетики является бельгиец российского происхождения Илья Пригожин, его вклад был отмечен нобелевской премией в 1977 г.
дифференциальные уравнения и др. Наибольший интерес для исследователей имеют такие понятия как самоорганизация, саморазвитие и эволюция как результат синергетического процесса.
При рассмотрении управляемых систем часто задаются некоторым критерием качества управления и условием оптимальности .В этом случае говорят об оптимальном управлении.
3) Системы и моделирование.
Системы и моделирование
Моделью (лат. modulus-мера,образец)называется образ (в сознании человека или рукотворный)некоторой системы-оригинала , а моделированием называется создание и работа с моделью.
Как правило, моделирование используется в следующих целях:
1. для исследования системы до того, как она спроектирована с целью определения ее основных характеристик и правил взаимодействия элементов между собой и с внешней средой (модель данбы);
2. на этапе проектирования для анализа и синтеза различных подсистем и выбора наилучшего варианта с учетом сформулированных критериев оптимальности и ограничений;
3. на этапе эксплуатации системы для определения проблемных ситуаций, для получения оптимальных режимов функционирования и прогнозных оценок ее развития, для тренинга персонала (например, АЭС, транспортных средств и др. с помощью компьютерных моделей виртуальной реальности).
В технике модели используются для проектирования новых систем, в экономике же они обычно применяются для объяснения систем уже существующих.
Для одной и той же системы можно разработать множество моделей, и выбор модели для использования определяется конкретной целью человека.
Между системой-оригиналом и моделью должно быть отношение подобия . В связи с этим различают изоморфизм и гомоморфизм . Изоморфизм объектов (в нашем случае системы-оригинала и модели) означает, что они могут состоять из разных типов элементов, иметь иные по характеру связи, но характеризоваться сопоставимыми свойствами, причем соответствие между элементами и между связями взаимно-однозначное 2 . Модель называется гомоморфной по отношению к системе-оригиналу, если каждому элементу или каждой связи системы соответствует не более чем один элемент или одна связь модели 3 .
Разработанные модели, как правило, гомоморфны системе-оригиналу. В противном случае, они обладали бы такой же сложностью, как и оригинал, и были бы бесполезны. Таким образом, поскольку модель есть упрощенное представление системы-оригинала, то возникает вопрос об ее адекватности. Говорят, что модель адекватна системе-оригиналу, если на имеющемся уровне знаний о системе они неотличимы (имея в виду целевое предназначение модели).
Процесс разработки модели, по существу, совпадает с познавательным процессом человека.
Одна из его особенностей - наличие аналитического и синтетического образов мышления . Суть анализа состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонент. Но, чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс- синтез. Если переформулировать это в терминах сложных систем и моделирования, то получается, что производится декомпозиция сложной системы на подсистемы, построение гомоморфных моделей таких подсистем, а затем - согласование этих моделей с целью получения адекватной модели всей системы.
Фактически мы постоянно пользуемся моделями фирм и экономических систем. Словесное описание есть модель, наше мысленное представление как функционирует организация – тоже модель. Но математическая модель более точна. В последнее время широко используются компьютерные модели виртуальной реальности.
2 Поясним это понятие на примере двух алгебраических структур. Вообще алгебраической структурой называется множество элементов с определенными на нем операциями (которые соответствуют связям в системах). Пусть первая структура- это множество }
За почти 70 лет в СССР и России было разработано несколько десятков модификаций, прототипов и концептов самого популярного стрелкового оружия в мире — автомата Калашникова. Универсальная основа позволяет конструировать «пушки» практически на любой вкус: с
Описание презентации по отдельным слайдам: 1 слайд Описание слайда: 2 слайд Описание слайда: Имея площадь в 13,1 млн.кв.км, Сибирь составляет около 77% территории России, её площадь больше территории второго по размерам государства мира
Сибирь – моя Родина!Составила: Остапенко Алена Юрьевна Учитель истории МБОУ СОШ №82 Давно известно, что нет ничего страшнее забвения. Потеря корней грозит потерей ощущения реальности, а значит – перспективы. Без истории немыслимо развитие любой культ
Родился Рафаэль Санти в апреле 1483 года, в Италии, в небольшом городке под названием Урбино. Спустя 8 лет умерла его мать, а через 3 года скончался и отец, потому Рафаэль остался круглой сиротой. Уже к этому времени многие известные художники видели в ма