Методологические принципы системного анализа

Лекция 1. Введение в курс

Понятие о системном анализе. Предмет и задачи курса

Системный анализ является инструментом познания сложных объектов и явлений. Исследуемые объекты при этом рассматриваются как система, т. е. множество связанных между собой компонентов той или иной природы, упорядоченное по отношениям, обладающее определенными свойствами и характеризующееся единством. При этом не только объект исследований представляется в виде системы, но и сама решаемая проблема рассматривается как система.

Методы системного анализа были впервые разработаны и применены в США для планирования систем вооружения в связи с анализом военно-политических целей США. Затем системный анализ стал применяться не только в государственных органах, но и крупных фирмах. В СССР он использовался при планировании программ экономического развития отраслей и территорий. 

Рассматривая суть системного анализа, необходимо выделить три аспекта этого понятия. С практической стороны системный анализ есть система методов исследования или проектирования сложных систем, поиска, планирования и воплощения изменений, направленных на устранения проблем. С методологической стороны системный анализ является прикладной диалектикой, т.к. в нем реализуются диалектические идеи применительно к практическим задачам, особенностью которых является необходимость выяснения причин их сложности и устранение этих причин. С методической стороны системный анализ отличается междисциплинарным и наддисциплинарным характером и использованием, с одной стороны, неформальных, экспертных методов, с другой стороны – экспериментальных, а с третьей – строгих формальных математических методов.

Применительно к агрономическим специальностям предметом дисциплины системный анализ являются агроэкологические объекты, при познании и управлении которыми используется метод системного анализа.

Значение системного анализа для агроэкологии обусловлено тремя обстоятельствами.

Во-первых, это острота и сложность современных экологических проблем. Это касается не только сельского хозяйства, но и всей экономики, а шире – всех отношений человека и природы. Односторонние подходы к этой проблеме – как технократические, так и радикально экологические (вроде «органического земледелия»), не разрешая до конца одних конфликтов, порождают новые. Лишь системный анализ, учитывающий все аспекты, позволяет находить правильные решения.

Во-вторых, это развитие самой науки. Аналитические теоретико-множественные толкования сущности науки постепенно заменяются синтетическими интегральными.

В-третьих, это продолжающее ускоряться развитие информатики и микропроцессорной техники. На повестке дня стоят проекты глобальной информатизации производства и других сфер деятельности человека.

Цель дисциплины «Системный анализ и основы моделирования экосистем» – знакомство с подходами к проведению системного анализа агроэкосистем, освоение терминологии, основных приемов системного анализа, знакомство с некоторыми математическими моделями конкретных ситуаций и процедурами выбора оптимального решения проблем.

Задачами курса являются:

- выделение основных закономерностей поведения системы;

- нахождение необходимой информации для анализа систем и построения их моделей;

- получение возможных решений на основе математического моделирования и выбор наилучшего из них для конкретной ситуации;

- изучение методологии принятия решений.

Методологические принципы системного анализа

Иногда разделяют понятия системного анализа и системного подхода. Под системным анализом понимается метод, направленный на решение прикладных проблем и позволяющий рационализировать принятие решений, а системным подходом – метод научного познания. Однако часто данные понятия рассматривают как синонимы. Это объяснимо: многие научные исследования имеют конкретное практическое значение, а прикладные разработки и проекты нередко содержат общетеоретический компонент.

Системный подход не является этапом других типов научных исследований, а, напротив, представляет собой самостоятельную и эффективную стратегию научного познания.

Решение конкретных проблем часто затруднено их слабой структурированностью, недостаточной формализации. Многие трудности связаны с неопределенностью систем. Системный анализ, широко использующий разнообразные приемы, разработанные в рамках других научных дисциплин, дает возможность успешно преодолевать подобные трудности. Он позволяет сочетать формальную логику, интуицию и эвристику с методами прикладной математики. Ценным свойством системного анализа является и то, что он позволяет эффективно использовать знания и интуицию специалистов той отрасли, к которой приложена методика системного анализа. Из знаний специалистов отрасли системный аналитик извлекает новую информацию и делает новые выводы, иногда весьма неожиданные.

Системный анализ сильно отличается от традиционных научных дисциплин. «Обычные» научные исследования могут быть проведены любым исследователем с соответствующей теоретической подготовкой и опытом. Результат системного анализа гораздо больше зависят от индивидуальных навыков, научного кругозора системного аналитика, от «глубоко укоренившихся предубеждений» исследователя. Исходная информация, расчеты в обычных научных исследованиях представлена в форме количественных параметров. В системном анализе значительная часть исходной информации представлена в виде качественных параметров или вербальных (словесных) оценок. Воспроизводимость результатов является одним из основных требований к «обычным» научным исследованиям. В силу объективных трудностей экспериментальная проверка результатов системного анализа зачастую невозможна.

К системному анализу бессмысленно прибегать для разрешения очевидных проблем. К нему обращаются, если необходимо: 1) выявить и четкого сформулировать проблему в условиях большой неопределенности; 2) выбрать стратегию исследования и разработок; 3) точно определить систему (ее границы, входы – выходы и др. компоненты); 4) выявить цели развития и функционирования системы; 5) установить функции и состав вновь создаваемой системы. 

Объект системного анализа – это, во-первых, процесс подготовки и принятия решений и, во-вторых, различные проблемы, возникающие при создании и функционировании систем.

Целью, достигаемой в процессе системного анализа, может быть либо разработка новой системы, выполняющей свои функции лучше по сравнению с существующей, либо улучшение функционирования уже существующей системы, либо ликвидация нежелательных ситуаций, возникающих в процессе функционирования систем.

В широком плане задачами системного анализа является системное представление сложных объектов, выявление закономерностей их развития, построение системной теории и практических методов для выработки планов развития системы и решения текущих задач управления ее деятельностью. При более узком и конкретном рассмотрении его задачи сводятся к нахождению соответствия между целями функционирования системы, выявлению путей разрешения проблем, возникающих в процессе функционирования системы и  определению требующихся для этого ресурсов.

Процедура системного анализа в известной мере зависит от объекта исследований. Различия алгоритмов системного анализа возникают уже на эвристических этапах исследований.

Алгоритм системного анализа включает следующие этапы: 1) идентификация симптомов проблемы; 2) определение актуальности проблемы; 3) определение целей; 4) определение структуры системы и ее дефектов; 5) определение возможностей; 6) нахождение альтернатив; 7) оценка альтернатив; 8) выработка решения; 9) запуск процесса решения; 10) управление процессом реализации решения; 11) оценка реализации и ее последствий.

Таким образом, можно констатировать, что общие методологические принципы системных исследований вполне универсальны. Однако адаптация системного анализа к конкретным приложениям зависит от объекта приложения, а также от индивидуальных качеств аналитика.

Остановимся более детально на использовании системного анализа при решении задач природопользования.

Рост антропогенной нагрузки на окружающую среду во второй половине ХХ века привел к обострению многих экологических проблем. Возможные перспективы их решения связаны с реализацией концепции «устойчивого развития» – стабильного сосуществования человечества и природы. Важные элементы данной концепции – сохранение и воспроизводство ресурсной базы сельского хозяйства, оптимизация применения средств химизации земледелия, улучшение структуры землепользования на основе объективной характеристики агроэкологической ситуации. Это требует: а) разработки алгоритмов оценки устойчивости экосистем, б) изучения закономерностей их динамики, в) оценки воздействия на окружающую среду, включающей эколого-экономический прогноз. Ведущая роль в перечисленных исследованиях принадлежит количественным методам. Для разрешения подобного рода проблем роль системного анализа трудно переоценить. Связано это не только со сложностью экологических систем, но и тем, что в отношении таких систем проведение широкомасштабных натурных экспериментов зачастую невозможно или затруднено.