Подходы к моделированию систем

На протяжении всей истории развития теории систем предлагались и применялись различные подходы к представлению (отображению), анализу и проектированию систем.

Традиционный подход, применяющийся в математических исследованиях: определить элементы (переменные, константы) и связать их соответствующим соотношением (формулой, уравнением, системой уравнений), отображающим принцип взаимодействия элементов.

Когда задачи усложнились и такое соотношение не удавалось сразу получить, то предлагалось формировать "пространство состояний" элементов и вводить "меры близости" между элементами этого пространства. Такой подход вначале пытались применить для исследования сложных систем.

Предлагалось обследовать систему, выявить все элементы и связи между ними. Этот подход называли иногда "перечислением" системы. При обследовании применялись разные способы: 1) архивный (изучение документов и архивов предприятия); 2) опросный, или анкетный (опрос сотрудников, в том числе с помощью специально разработанных вопросников — анкет).

Однако первые же попытки применить такой подход к исследованию систем управления предприятиями и организациями показали, что "перечислить" сложную систему практически невозможно.

Учитывая трудности "перечисления" систем, предлагались различные подходы к их исследованию и проектированию.

Применение философских категорий — индуктивный и дедуктивный подходы, анализ и синтез — позволяет определить основные принципы исследования. Однако эти категории могут трактоваться и реализовываться по-разному.

Поэтому с самого начала возникновения системных теории предлагались подходы, в большей мере ориентированные на прикладные задачи. Приведем основные из них:

• в начальный период становления теории систем развивался бихевиористский подход (поведение), основанный на исследовании поведения (т.е. функционирования) систем; однако этот подход весьма трудоемок и не всегда реализуем;

• американский ученый М. Месарович предложил подходы, которые назвал целенаправленным и терминальным (от терм — элементарная частица, интересующая исследователя);

• польский ученый Р. Куликовски предложил называть аналогичные подходы декомпозицией и композицией системы;

• швейцарский астроном Ф. Цвикки предложил и развил морфологический подход, который помогает искать полезные объединения элементов путем их комбинаций;

• американская корпорация /ММ) предложила подход к созданию сложных программ и проектов, названный "дерево целей";

• в практике проектирования сложных технических комплексов возникли термины "язык моделирования", "язык автоматизации проектирования", применяющиеся для отображения взаимосвязей между компонентами проекта; при разработке языков моделирования применяют математическую логику и математическую лингвистику, в которой есть удобный термин для описания структуры языка — "тезаурус" (см. гл. 4), и подход называют иногда лингвистическим или тезаурусным;

• при исследовании и формировании структур были предложены следующие подходы: путем поиска связей между элементами или, напротив, путем устранения лишних связей ([1], [15]).

С учетом рассмотренных подходов на основе обобщения предшествующего опыта сформировалось два основных подхода к отображению систем, первоначально предложенных для формирования структур целей5:

а) "сверху" — методы структуризации или декомпозиции, целевой или целенаправленный подход;

б) "снизу" — подход, который называют морфологическим (в широком смысле), лингвистическим, тезаурусным, терминальным, методом "языка" системы. С помощью этого подхода определяется "пространство состояний" системы и реализуется поиск взаимосвязей (мер близости) между элементами.

Подход "снизу" можно реализовать, применяя не только комбинаторные приемы (морфологический и т.п.), но и бихевиористский подход, вариант которого при автоматизации моделирования поведения объектов в настоящее время иногда называют процессным, статистические методы, лежащие в основе бизнес-аналитики, методы представления и извлечения знаний, основанные на применении математической логики и математической лингвистики.

Подходы "сверху" и "снизу" называют также аксиологическим и каузальным соответственно.

Аксиологическое представление системы — отображение системы в терминах целей и целевых функционалов. Этот термин используют в тех случаях, когда необходимо выбрать подход к отображению системы на начальном этапе моделирования и противопоставить это отображение описанию системы в терминах "перечисления" элементов системы и их непосредственного влияния друг на друга, т.е. каузального представления.

Каузальное представление системы — описание системы в терминах влияния одних переменных на другие, без употребления понятий цели и средств достижения целей. Этот термин происходит от понятия "cause" — причина, т.е. подразумевает причинно-следственные отношения. Применяют каузальное представление в случае предварительного описания системы, когда цель сразу не может быть сформулирована и для отображения системы или проблемной ситуации не может быть применено аксиологическое представление.

В 1970—1980-е гг. при проектировании организационных структур были предложены три подхода к решению этой проблемы.

• Нормативно-функциональный подход направлен на унификацию организационных форм управления в рамках отрасли. Разработка типовых организационных структур явилась первым шагом на пути внедрения принципов их научно обоснованного построения. Однако ориентация на типовую номенклатуру функций управления и структурных управленческих подразделений не позволяет учесть особенностей конкретных предприятий и условий их деятельности.

• Функционально-технологический подход основан па рационализации потоков информации и технологии ее обработки, на формировании и анализе организационно-технологических процедур подготовки и реализации управленческих решений. Этот подход обеспечивает возможность достаточно полно учесть особенности конкретного предприятия (организации), отличается гибкостью и универсальностью. Вместе с тем он характеризуется высокой трудоемкостью, использованием стабильной номенклатуры сложившихся функций управления, подчинением оргструктуры схеме документооборота.

• Системно-целевой подход заключается в построении структуры целей, определении на ее основе функций управления и их организационном оформлении. Преимущества этого подхода заключаются в возможности учитывать особенности объекта управления и условия его деятельности, изменять и расширять состав функций, проектировать разнообразные организационно-правовые формы предприятий. Трудности в использовании подхода связаны с проблемой перехода от совокупности целей и функций к составу и подчиненности структурных звеньев, обеспечивающих их реализацию.

Обобщающий подход "сверху", называемый целевым, целенаправленным, системно-целевым, основан на структуризации или декомпозиции системы в пространстве. Этот подход позволяет расчленить исходную большую неопределенность на более обозримые и выбрать методы их анализа и проектирования, сохраняя целостность представления об исследуемой системе или решаемой проблеме на основе иерархической структуры (древовидной, стратифицированной).

Подход "снизу", основанный на анализе пространства состояний, поиске "мер близости" между компонентами с помощью различных, в том числе статистических, методов, морфологического моделирования, отличается большой трудоемкостью. В настоящее время для анализа пространства состояний разработаны методы представления и извлечения знаний, основанные на применении статистических методов, математической логики и математической лингвистики.

В настоящее время для проектирования систем широкое применение нашел подход, кратко называемый процессным. Этот подход, который можно считать развитием функционально-технологического подхода, основан на структуризации во времени, на представлении процессов в форме графов.

Применение функционально-технологического подхода долгое время было практически нереализуемым из-за большой трудоемкости, отсутствия правил и средств автоматизации формирования графов, отображающих процессы в системах. В 1990-е гг. была разработана методология SADT (Structured Analysis and Design — структурный анализ и проектирование; предложена Дугласом Россом), представляющая собой совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. На ее основе разработаны и стали широко применяться функционально-ориентированные и объектно-ориентированные CASE-2 и RAD-3 технологии. Компьютерная реализация методологии SADT получила название IDEF (Icam Definition). Основными структурными моделями являются модели процессов IDEF0 и IDEF3, модель данных IDEF1X4. Созданы стандарты IDEF и DFD, ориентированные на анализ процессов (в том числе бизнес-процессов). Для реализации моделей применяются автоматизированные средства — BPWin, ARIS, язык UML (Unified Modeling Language — унифицированный язык моделирования). Популярность САБЕ-метододогии и технологий базируется на разработке принципов и автоматизации формирования процессов, на развитии методов их формирования (на основе анализа "жизненного цикла" производства, обслуживания или других процессов, причинно-следственных связей и т.п.), что и обеспечило развитие процессного подхода, преимущества которого заключаются в возможности учитывать особенности конкретного объекта и условий его деятельности.