Рефераты, курсовые и дипломы на заказ без предоплаты.  Антиплагиат.
Студенточка.ru: на главную страницу.  рефераты, курсовые, дипломы на заказ без предоплаты в кратчайшие сроки  скидки и гарантии
Рефераты, курсовые, дипломные работы на заказ. Антиплагиат. Скидки
Прайс-лист Готовые работы Бесплатные материалы
ЗАКАЗАТЬ Специальности Банк рефератов
Консультации Статьи Подбор литературы
Готовые рефераты, курсовые и дипломы без предоплаты. Антиплагиат.
ЭКСПРЕСС - ЗАКАЗ:  для тех, кто экономит время и деньги при оформлении реферата,  курсовой, диплома на заказ

Воспользуйтесь формой поиска по сайту, чтобы найти реферат, курсовую или дипломную работу по вашей теме.

Поиск материалов

Организация научных исследований и разработок телекоммуникационных систем. Основы системного анализа

Методы принятия решений

Национальный технический университет Украины

" Киевский политехнический институт"

О.Н. Лебедев

Организация научных исследований и разработок телекоммуникационных систем. Основы системного анализа.

( конспект лекций )

Киев 1999 г.

Национальный технический университет Украины

" Киевский политехнический институт"

О.Н. Лебедев

Организация научных исследований и разработок телекоммуникационных систем. Основы системного анализа.

( конспект лекций )

Рассмотрено и одобрено кафедрой средств телекоммуникаций

Протокол №10 от 29.06.99 г.

Киев 1999 г.

УДК

Лебедев О.Н. Организация научных исследований и разработок телекоммуникационных систем. Конспект лекций. - Киев.: НТУУ "КПИ", кафедра средств телекоммуникаций, 1999.- 48с.

Рецензент: проф. Щербина Л.П.

Конспект содержит материал по основам системного анализа при разработке телекоммуникационных систем: основные положения, понятийный аппарат, применяемые методы системного анализа. Представленный материал является заключительной частью курса " Организация научных исследований и разработок телекоммуникационных систем " и предназначен для магистров в области электроники и телекоммуникаций.

Лебедев Олег Николаевич

Оглавление

1. Основные требования к выпускным магистерским работам и рекомендации по их выполнению ..............................................................

2. Основные положения системного анализа.................................................

2.1.Актуальность и место системного анализа в научных исследованиях.........................................................................................................

2.2.Назначение и принципы системного анализа......................................

2.3. Определение понятия "система"...........................................................

3. Понятийный аппарат системного анализа..................................................

3.1. Виды и свойства систем........................................................................

3.2. Основные понятия системного анализа...............................................

4. Научный инструментарий системного анализа..........................................

4.1. Этапы системного анализа....................................................................

4.2.Научные методы системного анализа...................................................

5. Методы описания систем..............................................................................

5.1.Выбор (принятие решения)....................................................................

5.2. Описание систем....................................................................................

5.2.1. Морфологическое описание.......................................................

6. Функциональное и информационное описание системы..........................

6.1. Функциональное описание системы....................................................

6.2.Информационное описание системы....................................................

7. Некоторые методы системного анализа......................................................

7.1.Введение..................................................................................................

7.2. Метод морфологического анализа.......................................................

8. Методы дерева целей и экспертных оценок для анализа систем.............

8.1. Метод дерева целей...............................................................................

8.2. Методы экспертных оценок..................................................................

9. Системный анализ при планировании исследований и разработок.........

10. Системный анализ при проектировании объектов техники....................

З А К Л Ю Ч Е Н И Е....................................................................................

Приложение 1................................................................................................

Приложение 2................................................................................................

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.....................................

5

5

5

6

8

9

9

10

13

13

17

18

18

19

20

24

24

29

31

31

31

33

33

35

36

40

40

42

43

47

1. Основные требования к выпускным магистерским работам и рекомендации по их выполнению

1.Структура выпускной магистерской работы

2.Характеристика содержания основных разделов работы

3.Рекомендации по подготовке исходных данных и проведению аналитических исследований состояния научного направления (темы, вопроса)

4.Рекомендации по обработке полученных результатов исследований и подготовке предложений по реализации результатов работы

5.Рекомендации по оформлению выпускной работы

2. Основные положения системного анализа

2.1.Актуальность и место системного анализа в научных исследованиях

С развитием науки и техники, ростом производства различных видов продукции значительно усложнилась проблема принятия решений при выборе вариантов создания и направлений развития сложных технических комплексов (АСУ, САПР и т.п.), а также объектов техники и технологий. Возросла актуальность решаемых проблем, увеличились затраты на их реализацию [1].

Огромное число факторов конструктивного, технологического и организационно-экономического характера, влияющих на процесс создания объектов техники, предопределяет необходимость использования системного анализа при его рассмотрении.

Актуальность использования системного анализа в сфере создания и освоения отдельных узлов, устройств и других технических систем обусловлена научно-техническим прогрессом, появлением и внедрением все новых технических решений, материалов и технологий. Все это увеличивает число возможных вариантов реализации как отдельных узлов и устройств, так и технических систем в целом.

Системный анализ имеет особенно важное значение при создании и освоении больших сложных человеко-машинных систем. Он рассматривает большую систему как интегрированное целое, целью которого является достижение максимальной эффективности всей системы при гармоничном сочетании противоречивых целей ее составных частей [2]. Это требует большого внимания к проработке проектных решений и крупных затрат на выполнение проектных работ, необходимости применения для формирования и анализа возможных вариантов проектируемых устройств и систем, методов и моделей системного анализа.

Системный анализ - это совокупность научных методов и практических приемов решения проблем в условиях неопределенности, позволяющая принять оптимальное решение при условии учета всех основных факторов и явлений, влияющих на проблему в целом. Он учитывает принципиальную сложность исследуемого объекта, его разветвленные и прочные взаимосвязи с окружающим миром, ненаблюдаемость целого ряда его свойств [3]. Главное в системном анализе - как достичь максимальной эффективности при решении не только трудноразрешимой, но и трудной для понимания проблемы, превращая ее в четкую серию задач с альтернативными вариантами решения. Системный анализ есть методология познания частей на основании целого и целостности, в отличие от классического подхода, ориентированного на познание целого через части [4].

Системный анализ является междисциплинарной методологией исследований при решении различного рода задач на уровне современных научно-технических требований, в том числе при выполнении комплекса работ по патентным исследованиям, определению технического уровня и научно-техническому прогнозированию, экспертизе объектов техники на патентную чистоту, а также по методологическим основам и организации технического творчества.

Системный анализ как средство исследования сложных проблем был впервые разработан в США в 1948 г. для оптимизации задач военного управления. В дальнейшем тематика исследований систем значительно расширилась. В 50-х годах системный анализ был применен при исследовании хозяйственных проблем американских городов, а с середины 60-х  - в федеральных ведомствах США, в деловой, социальной и других сферах. Затем системный анализ начали использовать и в других странах: Англии, Франции, Японии и пр. [5].

Ведущие зарубежные ученые в области системного анализа: Р.Амара, Д.Герц, Э.Квейд, М.Д.Месарович, Ч.Д.Хич, Р.Акоф, Л.фон Берталанфи, К.Чен, Д.Медоуз и др. [6].

В СССР системный анализ получил распространение в 50-х годах. Сферой его применения стали радиоэлектроника, автоматика, средства вычислительной техники, информационные системы, автоматизированные системы управления, системы связи и др. Начиная с 60-х годов в стране издается ежегодник "Системные исследования", где рассматриваются основные методологические проблемы системного анализа. Большой вклад в развитие проблем системного анализа и практики его применения внесли отечественные ученые А.Г.Аганбегян, Л.В.Канторович, Д.М.Гвишиани, С.В.Емельянов, Н.Н.Моисеев, Г.С.Поспелов, Л.Н.Сумароков, Г.В.Шорин, В.М.Глушков, Е.П.Голубков, Ю.И.Черняк, В.Н.Садовский, В.В.Дружинин, А.А.Ляпунов, И.В.Блауберг, А.И.Уемов и многие другие.

В настоящее время системный анализ широко используется при принятии решений в теоретических и прикладных исследованиях и разработках, в различных областях человеческой деятельности: в науке, технике, экономике, биологии, медицине, истории, политике, военном деле и др.

Системный анализ формирует у специалистов навыки экономически грамотного подхода к делу, позволяет соединить технику и экономику, учитывать соотношение между целями и возможностями и направлен на получение оптимального технико-экономического решения.

Цель настоящей учебной дисциплины  - ознакомление слушателей с основными положениями, методами, приемами системного анализа и примерами их применения в практике создания и освоения объектов техники.

2.2.Назначение и принципы системного анализа

Системный анализ  - это совокупность методологических средств и процедур, используемых для подготовки, обоснования и осуществления решений по сложным проблемам самого различного характера. Процедуры и методы системного анализа направлены на выдвижение альтернативных вариантов решения проблем, выявление масштабов неопределенности по каждому из вариантов и сопоставление их по тем или иным критериям эффективности [7].

Важнейшие принципы системного анализа заключаются в следующем: 1) процесс принятия решений должен начинаться с выявления и четкого формулирования конечных целей, а также критериев, по которым может оцениваться их достижение; 2) необходимо рассматривать всю проблему как целое, т.е. как единую систему, и выявлять все последствия и взаимосвязи каждого частного решения; 3) необходимы выявление и анализ возможных альтернативных путей достижения цели; 4) цели отдельных подсистем не должны вступать в конфликт с целями всей системы.

Центральной процедурой в системном анализе является построение обобщенной модели (или моделей), отображающей все те же факторы и взаимосвязи реальной ситуации, которые могут проявиться в процессе осуществления решения. Полученная модель исследуется для выяснения того, насколько близок результат применения какого-либо альтернативного варианта к желаемому, каковы сравнительные затраты ресурсов и времени по каждому из вариантов, какова степень чувствительности модели к различным нежелательным внешним воздействиям.

Системный анализ опирается на ряд прикладных математических дисциплин и методов, широко используемых в современной практике управления,  - исследование операций, теорию принятия решений, теорию графов и т.п. Техническими средствами системного анализа являются современные вычислительные машины и информационные системы.

Практическая ценность и эффективность системного анализа обусловливаются возможностью достаточно строго рассматривать слабо структурированные, имеющие большую долю неопределенности ситуации [7].

Системный анализ охватывает широкий круг исследований, большое разнообразие применяемых методов.

В научно-технической литературе определилось два направления в толковании сущности системного анализа, его отличительных особенностей и границ применения.

1. Делается упор на математический аппарат, и под системным анализом подразумевается исследование, задача которого состоит в том, что количественно определить наилучшую стратегию управления, исходя из математического критерия оптимальности. Основа такого исследования  - в описании сложной системы с помощью формальных средств (диаграмм, сетей, математических уравнений).

2. Делается упор на логику системного анализа и подчеркивается неразрывная связь его с процессом принятия решений - выбором определенного образа или курса действия из нескольких возможных альтернативных вариантов [8].

Логический системный анализ рассматривается как методология уяснения и упорядочения - структуризации проблемы, которую предстоит решить с применением или без применения математики и ЭВМ.

При этом в понятие структуризации вкладывается, с одной стороны, выяснение реальных целей самой системы, альтернативных путей достижения этих целей и взаимосвязей между компонентами в процессе реализации каждого альтернативного варианта, с другой  - углубленное понимание внешних условий, в которых возникла проблема, а отсюда  - последствий и границ осуществления того или иного решения.

Логический системный анализ применяется для решения "слабо структурированных" проблем, в постановке которых много неясного и неопределенного и потому их невозможно представить в полностью математизированном виде.

Этот анализ дополняется математическим анализом систем и другими методами анализа, например статистическими, логическими. Однако область его применения и методология осуществления отличаются от предмета и методологии формально-математических системных исследований.

Понятие "системный" применяется потому, что исследование строится исходя из категории "система".

Термин "анализ" используется для характеристики процедуры исследования, которая состоит в разделении сложной проблемы на отдельные, более простые подпроблемы, в использовании наиболее подходящих специальных методов для их решения, которые позволяют затем построить, синтезировать общее решение проблемы.

Системный анализ содержит в себе элементы, присущие научным, в частности количественным, методам, а также интуитивно-эвристическому подходу, целиком зависящему от искусства и опыта исследователя.

По определению Аллэна Энтховена: "Системный анализ - это не что иное, как просвещенный здравый смысл, на службу которого поставлены аналитические методы. Мы применяем системный подход к проблеме, стремясь максимально широко исследовать стоящую перед нами задачу, определить ее рациональность и своевременность, а затем снабдить того, кто отвечает за принятие решения, той информацией, которая наилучшим образом поможет ему выбрать предпочтительный путь в решении задачи" [9].

Присутствие субъективных элементов (знания, опыт, интуиция, предпочтения) связано с объективными причинами, которые вытекают из ограниченной возможности применения точных количественных методов ко всем аспектам сложных проблем.

Эта сторона методологии системного анализа представляет существенный интерес.

Прежде всего, основным и наиболее ценным результатом системного анализа признается не количественно определенное решение проблемы, а увеличение степени ее понимания и сущности различных путей решения. Это понимание и различные альтернативы решения проблемы вырабатываются специалистами и экспертами и представляются ответственным лицам для ее конструктивного обсуждения.

Системный анализ включает методологию проведения исследования, выделение этапов исследования и обоснованный выбор методики выполнения каждого из этапов в конкретных условиях. Особенное внимание в этих работах уделяется определению целей и модели системы и их формализованному представлению.

Задачи исследования систем можно разделить на задачи анализа и задачи синтеза.

Задачи анализа заключаются в исследовании свойств и поведения систем в зависимости от их структур, значений параметров и характеристик внешней среды.

Задачи синтеза заключаются в выборе структуры и таких значений внутренних параметров систем, чтобы при заданных характеристиках внешней среды и других ограничениях получить заданные свойства систем.

2.3. Определение понятия "система"

В основе системного анализа лежит понятие "система". В научной литературе имеется множество определений этого понятия. В философском теоретико-познавательном смысле система есть способ мышления как способ постановки и упорядочения проблем. В научно-исследовательском понимании система представляет собой общую методологию исследования процессов и явлений, отнесенных к какой-либо области человеческих знаний, в качестве объекта системного анализа. В проектном понимании система представляется как методология проектирования и создания комплексов методов и средств для достижения определенной цели. В наиболее узком, инженерном смысле система понимается как взаимосвязанный набор вещей (объектов) и способов их использования для решения определенных задач [5]. В Советском энциклопедическом словаре система определяется как множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство.

Анализируя различные взаимно дополняющие понятия системы, следует отметить, что наиболее полное определение должно включать и элементы, и связи, и свойства, и цель, и наблюдателя (исследователя), и его язык, с помощью которого отображается объект или процесс. Однако есть системы, для которых наблюдатель, исследователь очевиден, и его не надо включать в определение системы, например для некоторых технических систем. Иногда не нужно в явном виде говорить о цели. Таким образом, при исследовании с целью проектирования, создания или совершенствования объектов техники нужно проанализировать ситуацию с помощью полного определения системы, а затем, выделив наиболее существенные компоненты, принять "рабочее" определение системы, которым будут пользоваться все лица, участвующие в принятии решения [10]. Важно, чтобы в понятии "система" был отражен подход к объекту исследования как к системе. Дело в том, что один и тот же объект на разных этапах его рассмотрения может быть представлен в различных аспектах, соответственно существуют и различные аспекты понятия "система": теоретико-познавательный, методологический, научно-исследовательский, проектный, инженерный, конструкторский и т.д., - вплоть до материального поощрения.

Система представляет собой совокупность элементов (объектов, субъектов), находящихся между собой в определенной зависимости и составляющих некоторое единство (целостность), направленное на достижение определенной цели. Система может являться элементом другой системы более высокого порядка и включать в себя системы более низкого порядка (подсистемы). Таким образом, понятия "элемент", "подсистема", "система", "надсистема" взаимно преобразуемы: система может рассматриваться как элемент системы более высокого порядка, а элемент - как система (при углубленном анализе).

Рис.2.1. Техническая система

Система может быть представлена в виде блока с неизвестной структурой (рис.1) и известными только "входами" и "выходами" (в кибернетике и теории систем такое представление называют "черным ящиком") или в виде графических структур с не до конца выявленными элементами и существенными связями, или в виде математического описания, например в виде формул.

3. Понятийный аппарат системного анализа

3.1. Виды и свойства систем

В зависимости от решаемой задачи системы разделяют на классы по различным признакам. Классификация систем способствует выбору соответствующих приемов и методов системного анализа или методов формализованного представления систем, наиболее подходящих для соответствующего класса при решении практических задач.

Наиболее общая классификация делит системы на абстрактные и материальные. Материальные, в свою очередь, делятся на естественные (совокупность объектов природы) и искусственные (технические, информационные, организационно-экономические и т.п.). Абстрактные системы подразделяются на описательные (логические) и символические (математические).

Существуют классификации систем по виду отображаемого объекта (устройство, вещество, способ), по виду научного направления (технические, химические и др.), по виду выбранного формализованного аппарата представления системы (матрицы, графы, уравнения и др.), по сложности (простые, сложные, большие), по степени организованности (детерминированные, стохастические) и др.

Свойства систем различаются в зависимости от их вида и области существования. Области существования можно классифицировать, исходя из следующих условий: являются системы живыми или неживыми, абстрактными или конкретными, открытыми или замкнутыми; обладают высокой или низкой степенью энтропии (или неопределенности); являются системы простыми организованными, сложными неорганизованными или сложными организованными; являются ли они целенаправленными; существует ли в них обратная связь; иерархически упорядочены системы или нет. Ни одна система не является абсолютно замкнутой. Взаимодействие системы со средой представляется внешними связями системы, которые разделяются на входные и выходные. На входе система что-то получает от среды, на выходе среда получает что-то от системы  - результат деятельности системы.

Так, например, все бытовые электроприборы: пылесос, полотер, кофемолка, стиральная машина, электробритва,  - получают от внешней среды электрическую энергию, управление, объект воздействия, а на выходе  - очищенная поверхность, измельченный материал и т.д.

Основные свойства систем [5].

Целостность. Комплекс объектов (какова бы ни была их природа), рассматриваемых в качестве системы, представляет собой некоторое единство, целостность, обладающую общими свойствами и поведением.

Делимость. Целостный объект всегда рассматривается в качестве объекта, состоящего из элементов.

Изолированность. Комплекс объектов, образующих систему, и связи между ними можно отграничить от окружения и рассматривать изолированно.

Относительность изолированности. Изолированность системы является относительной, поскольку учитывается воздействие наблюдателя и среды на объект и его обратное воздействие через элементы, являющиеся входами и выходами.

Разнообразие (множественность). Каждый элемент системы обладает собственным поведением и состоянием, отличным от поведения и состояния других элементов и систем в целом.

Наблюдательность. Все, без исключения, входы и выходы системы либо контролируемы наблюдателем, либо, по крайней мере, наблюдаемы.

Неопределенность. Наблюдатель не может одновременно фиксировать все свойства и отношения элементов системы и именно с целью их выявления осуществляет исследование.

Отображаемость. Язык наблюдателя имеет достаточно общих элементов с естественным языком исследуемого объекта и может отобразить все те свойства и отношения, которые нужны для решения задач.

Нетождественность отображения. Знаковая система наблюдателя отлична от знаковой системы проявления свойств объектов и их отношений; неизбежная при этом потеря информации определяет нетождественность отображения системы исследуемому объекту.

3.2. Основные понятия системного анализа

Элемент. Под элементом понимается простейшая неделимая часть системы или предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи или поставленной цели. Элементами системы могут быть понятия, технические объекты, субъекты(люди), а также совокупность их свойств или отношений.

Подсистема. Система может быть расчленена на отдельные подсистемы, являющиеся частями системы, способными выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы.

Подсистема должна обладать свойствами системы и может рассматриваться как самостоятельная система нижележащего уровня иерархии по сравнению с изучаемой системой. Этим подсистема отличается от простой группы элементов, которая не объединена общей подцелью и для которой не выполняется условие целостности (такая группа носит название компоненты). Границы системы определяются подсистемами, находящимися под контролем лица, принимающего решение (например "самолет-пилот").

Внешняя среда. На первых этапах исследования важно отделить (отграничить) систему от среды, с которой взаимодействует или будет взаимодействовать система.

Внешняя среда определяется факторами, влияющими на анализируемую систему, но находящимся вне сферы влияния лица, принимающего решение (например атмосфера и система "самолет-пилот").

С позиций системного анализа при рассмотрении сложного объекта необходимо учитывать всю совокупность внешних факторов, определяющих связь объекта с внешней средой и другими системами. Внешние факторы оказывают влияние на принятие решения при проектировании и освоении объекта и определяют функциональные и физические требования к нему.

Совокупное системное окружение обычно делится на три части: 1) физическое и техническое; 2) экономическое; 3) социальное.

Под физическим и техническим окружением понимают совокупность ограничений, связанных с физической или технической реализацией объекта. К ним относятся ограничения на тактико-технические характеристики и параметры объекта, определяющие область его функционирования, а также ограничения, определяющие физическую реализуемость проекта [10].

Физическое и техническое окружение может включать: существующие системы, методы их производства, применения, монтажа, эксплуатации, ремонта, а также прогнозы их развития; принятые технические стандарты, инструкции, технические условия; состояние технологии и природное окружение. Природное окружение состоит из огромного числа факторов, которые влияют на систему, налагают ограничения на ее конструкцию. К ним относятся: виды и запасы естественного сырья, физическая география, растительный и животный мир, климат, включающий в себя температуру, давление, влажность, солнечную радиацию, ветер, осадки, молнии и т.п.

Физические и технические факторы делятся на внутренние (внутри данной системы, организации, отрасли) и внешние. Всякий раз, когда решается вопрос о создании новой системы, проводятся исследования не только технической, но и экономической осуществимости, включающей, в том числе, организационную структуру, кадры, политику, ценообразование, коммерческие операции.

Экономическое окружение составляет всю экономическую сторону проекта  - стоимость проектируемого объекта, затраты на материалы, покупные изделия, производство, экономическую эффективность и т.д.

Социальное окружение составляет такую совокупность ограничений, которые определяются социальным заказом на проектируемое изделие. Сюда следует отнести ограничения по технике безопасности, охране труда и окружающей среды, патентно-правовые ограничения и др., учитывающие как индивидуальные, так и общечеловеческие факторы.

Специфика системного анализа состоит, в первую очередь, в разделении собственно системы и среды и в относительности такого разделения. Разделение системы и среды (окружения) связывается с рассмотрением системы на том или ином иерархическом уровне. Это значит, что на каждой ступени детализации под системой понимается та часть сложного устройства, поведение которой нас интересует, а под средой - все объекты, внешние по отношению к рассматриваемой части устройства и взаимодействующие с ней.

Структура (строение, расположение, порядок). При исследовании объекта (системы) чаще всего ставится задача выяснения того, что представляет собой объект или процесс, что в нем обеспечивает выполнение поставленной цели. Техническая система представляет собой комплекс взаимосвязанных технических средств, обеспечивающих преобразование массы, энергии и информации для достижения цели. Структура определяется элементным составом и совокупностью устойчивых связей, объединяющих элементы системы; она отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и подсистемами, которые обеспечивают существование системы и ее основных свойств.

Структурная модель объекта может быть выражена графически, в виде матриц, графов, номограмм и других языков моделирования структур.

Одна и та же система может быть отображена разными структурами в зависимость от этапа представления объекта в виде системы, от аспекта представления, от цели ее создания.

В случае многоцелевых ситуаций можно построить несколько иерархических структур, соответствующих разным целям, и при этом в разных структурах могут принимать участие одни и те же компоненты. Кроме того, даже при одной и той же цели, если иерархическую структуру формируют разные исследователи, то в зависимости от их предшествующего опыта, квалификации и знания системы они могут получить разные иерархические структуры.

Связь. Это понятие входит в любое определение системы и характеризует и ее строение (статику), и функционирование (динамику). Связь можно охарактеризовать направлением, силой, характером (или видом). По первым двум признакам можно разделить связи на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру  - на связи подчинения, связи равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения  - внутренние и внешние, по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах - прямые и обратные. Очень важную роль в системах играют обратные связи, хорошо знакомые всем инженерам.

Состояние. Этим понятием обычно характеризуют мгновенную фотографию, "срез" системы, остановку в ее развитии. Состояние характеризуется значениями признаков системы в данный момент времени. Если обозначить элементы (компоненты, функциональные блоки и т.п.), определяющие состояние системы, через Е, и учесть, что "входы" можно разделить на управляющие Y и возмущающих X (неконтролируемые) и что "выходы" (выходные) результаты, сигналы - g зависят от E, Y и X, т.е. gt = f(Et, Yt, Xt), то в зависимости от задачи состояние может быть определено как {E,Y}, {E,Y,g} или {E,Y,X,g} [10]. Множество состояний системы может быть конечным, счетным или континуальным (непрерывная совокупность, например все точки на прямой).

Поведение. Изменение состояний системы во времени называют поведением. Когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое, это значит, что система обладает каким-то поведением и необходимо выяснить эти закономерности. Таким образом, поведение системы есть развернутая во времени последовательность реакций системы на внешнее воздействие.

Равновесие это способность системы сохранять свое состояние сколь угодно долго при отсутствии внешних возмущающих воздействий или при постоянных воздействиях.

Устойчивость - это способность системы возвращаться в состояние равновесия после выведения ее из этого состояния под влиянием внешних возмущающих воздействий. Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, называют устойчивым состоянием равновесия.

Развитие. Процессы в системах могут протекать эволюционно, т.е. иметь тенденцию к развитию в направлении увеличения сложности, и энтропийно, т.е. иметь тенденцию к постепенному рассеянию и уменьшению степени организации. Эволюция свойственна открытым системам, имеющим вход и выход, а энтропийные процессы присущи лишь замкнутым системам.

Цель - заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека (БСЭ), одна из центральных категорий системного анализа. Цель зависит от объективных законов действительности, реальных возможностей и применяемых средств. В зависимости от стадии познания объекта, от этапа исследования в понятие "цель" вкладывают различное толкование - от идеальных устремлений до конкретных целей - результатов, достижимых в пределах некоторого интервала времени, которые иногда даже формулируются в терминах конечного продукта деятельности. Поэтому в практических исследованиях нужно прежде всего оговорить, в каком смысле на данном этапе рассмотрения системы используется понятие "цель".

Цель, вытекающая из возникшей проблемы, дает объективный критерий для отбора того, что должно войти в систему из окружающей среды. Из бесконечного мира в систему включается только конечное число элементов, которое необходимо для функционирования системы, обеспечивающей достижение цели.

Необходимо заметить, что установление цели для определения системы является сложным процессом и часто не поддается строгой формализации. Иногда в рамках рассматриваемой системы не удается установить вид целевой функции, в этом случае надо переходить к большей системе, включающей рассматриваемую как часть.

Понятие цели тесно связано с понятиями целенаправленности, целесообразности.

Критерий - мерило, точка зрения, т.е. правило (или норма), по которому отбирается те или иные средства достижения цели. В общем случае цель указывает направление

действия (например, повысить качество обработки полупроводниковых пластин, повысить производительность установки флюсования), а критерий дополняет понятие цели и указывает эффективный способ ее достижения (за счет снижения числа поверхностных дефектов, за счет наиболее быстрого выведения флюса на нужный уровень). Если имеется достаточная информация о критериях и они являются количественными, то можно связать аналитическим выражением цель и средства ее достижения, что будет представлять собой критерий эффективности или критерий функционирования системы. Если нужно удовлетворить не одно требование, то выражения получаются путем некоторого объединения критериев. Критерии эффективности позволяют решать вопросы выбора средств для достижения цели путем оптимизации аналитических выражений различными методами. Однако значительная часть критериев носит качественный характер, поэтому такого аналитического выражения получить не удается [5].

Рассмотренные понятия и термины составляют основу понятийного аппарата и языка системного анализа.

4. Научный инструментарий системного анализа

4.1. Этапы системного анализа

В основу системного подхода при разработке объекта (системы) должны быть положены следующие принципы:

1) учет всех этапов жизненного цикла разрабатываемой системы - проектирования, производства, эксплуатации и утилизации;

2) учет истории, и особенно перспектив, развития систем данного и близких классов;

3) всестороннее рассмотрение взаимодействия системы с внешней средой;

4) учет основных видов взаимодействия внутри системы, т.е. между ее частями, -функционального, конструктивного, технологического, информационного, энергетического и др.;

5) учет возможности изменения исходных данных и даже решаемой задачи при проектировании, производстве и эксплуатации системы;

6) выделение главных показателей качества, подлежащих улучшению в первую очередь;

7) сочетание принципов композиции, декомпозиции и иерархичности;

8) выявление основных технических противоречий, препятствующих улучшению качества системы и ускорению процесса ее разработки, а также отысканию приемов их преодоления;

9) правильное сочетание различных методов проектирования (математических, эвристических, экспериментальных);

10) обеспечение должного взаимодействия в процессе проектирования специалистов различных уровней и профилей.

При огромном разнообразии задач, решаемых с помощью системного анализа, на сегодняшний день не существует его единой методологии, не выработан единый, пригодный для всех случаев инструментарий. На разных стадиях исследования, от интуитивной постановки проблемы до выбора оптимальных решений с помощью строгих математических методов, используются весьма разнообразные научные методы и приемы, выделяется различное число этапов анализа. При этом на разных уровнях принятия решений задачей системного анализа может быть любой частный вопрос общей проблемы, поэтому число этапов системного анализа и их содержание (т.е. выполняемые работы) будут зависеть от сложности решаемых задач. Например, создание сложного технического объекта включает следующие процессы: получение конечного продукта; обеспечение; управление; развитие.

При создании изделия всегда имеют место следующие основные составляющие [11].

1. Собственно процесс разработки. К нему относятся необходимые научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, обеспечивающие комплекс работ по созданию изделия. В этот комплекс работ входят все известные этапы разработки изделия, начиная от идеи и кончая проектно-конструкторской документацией.

2. Процесс разработки и освоения технологии изготовления изделия. Процессы собственно разработки и разработки и освоения технологии могут быть объединены в один процесс, который и составляет основную суть процесса получения конечного продукта.

3. Процесс обеспечения. Он включает все необходимые элементы обеспечения  - кадры, материальные ресурсы, комплектующие и т.д.

4. Процесс управления. Три указанных процесса могут быть реализованы только в том случае, если будет иметь место процесс управления, задачей которого является координация усилий трех названных процессов для достижения общей цели с использованием минимальных ресурсов.

5. Процесс развития. В большинстве случаев необходимо наличие и пятого процесса - процесса развития, включающего задачи конъюнктуры. Процесс развития должен обеспечить перспективу совершенствования разрабатываемого или уже выпускаемого изделия, а также взаимосвязь цели получения изделия с потребностью в нем.

Рассмотрим принципиальную последовательность этапов системного анализа, начиная с момента постановки проблемы создания объекта до ее производства, и наиболее часто используемые при этом методы исследования (табл.4.1.). В состав каждого из 10 этапов перечислены возможные работы, номера в правой части указывают на используемые методы исследования (см.табл.4.2. [5] ).

Т а б л и ц а 4.1.

Принципиальная последовательность этапов и работ по системному анализу

Последовательность этапов системного анализа

Методы анализа

I. Анализ проблемы 

Существует ли проблема?

Точное формулирование проблемы

Анализ логической структуры проблемы

Развитие проблемы (в прошлом и будущем)

Внешние связи проблемы (с другими проблемами)

Принципиальная разрешимость проблемы

2,4,7,9

II. Определение системы

Формирование задач исходя из проблемы

Определение позиции наблюдателя

Определение объекта исследования

Выделение элементов (определение границ расчленения системы)

Определение подсистем

Определение среды

1,5,10

III. Анализ структуры системы 

Определение уровней иерархии

Выделение подсистем

Определение функциональных и структурных связей

2,5,6,8,10

IV. Формулирование общей цели 

и критерия системы

Определение целей - требований надсистемы

Определение ограничений среды

Формулирование общей цели

Определение критерия

Декомпозиция критериев по подсистемам

Композиция общего критерия из критериев подсистем

4,8,12

V. Декомпозиция цели, выявление

потребности в ресурсах

Формулирование целей верхнего ранга

Формулирование целей подсистем

Формулирование внешних ограничений

Выявление потребностей в ресурсах

4,6

VI. Выявление ресурсов, композиция целей 

Оценка существующей технологии и производственных мощностей

Оценка современного состояния ресурсов

Оценка возможностей взаимодействия с другими системами

Оценка социальных факторов

Композиция целей

1,3,6

VII. Прогноз и анализ будущих

условий

Анализ устойчивых тенденций развития системы

Прогноз развития и изменения среды

Предсказание появления новых факторов, оказывающих сильное влияние на развитие системы

Анализ ресурсов будущего

1,3,5,6,8,9,10

VIII. Оценка целей и средств

Вычисление оценок по критерию

Оценка взаимозависимости целей

Оценка относительной важности целей

Оценка дефицитности и стоимости ресурсов

Оценка влияния внешних факторов

Вычисление комплексных расчетных оценок 

1,3,7,8

IX. Отбор вариантов 

Анализ целей на совместимость

Проверка целей на полноту

Отсечение избыточных целей

Разработка вариантов достижения отдельных целей

Оценка и сравнение вариантов

Совмещение комплекса взаимосвязанных вариантов

4,5,7,8

X. Производство

Моделирование технологического и экономического процессов

Расчет потенциальной и фактической мощности

Проектирование организационной структуры

Проектирование информационных механизмов

Выявление недостатков организации производства и управления

Выявление и анализ мероприятий по совершенствованию организации

2,3,5,6,7,10,11,12

Вопрос о том, существует ли проблема, имеет первостепенное значение, поскольку приложение огромных усилий к решению несуществующих проблем - отнюдь не исключение, а весьма типичный случай. Правильное и точное формулирование проблемы является первым и необходимым этапом любого системного исследования (этап I).

Чтобы построить систему, проблему надо разложить на комплекс четко сформулированных задач. При этом в случае большой системы задачи образуют иерархию, сложный спектр, т.е. чтобы решить одну проблему, необходимо решить комплекс различных задач в разных областях знаний (этап II).

Выделение подсистем и реализуемых в них процессов требует от исследователя строгости логического мышления.

На третьем этапе составляется формализованная модель изучаемой системы и дается описание выделенных элементов системы и элементарных воздействий на нее с помощью тех или иных параметров. При этом устанавливаются различного рода зависимости между введенными параметрами. Зависимости могут быть выражены в виде систем уравнений, таблиц с пересечением всех возможных комбинаций значений параметров и т.п. Одним из наиболее употребительных приемов является расчленение изучаемой системы на подсистемы для установления связей и зависимостей между ними, а также между системой и окружающей средой. Для этого чаще всего используется представление объекта в виде графа, так называемого дерева декомпозиции (этап III).

Формулирование общей цели и критерия эффективности системы требуют от исследователя тонкого знания специфики экономики и технологии исследуемого объекта (этап IV).

В больших и сложных объектах общая цель системы настолько отделена от конкретных средств их достижения, что выбор решения требует большой трудоемкой работы по увязке цели со средствами ее реализации путем декомпозиции целей. При этом используется метод дерева целей (этап V).

В ряде случаев не удается выразить явным образом цель и критерий эффективности системы логическим путем. В таких случаях приходится идти в определенной мере традиционным путем - от анализа существующего положения, достигнутого уровня и последовательного прогноза (этап VI).

Системный анализ, как правило, связан с перспективой развития, причем иногда весьма отдаленной. Поэтому наибольший интерес представляет любая информация о будущем - о будущих ситуациях, ресурсах, спросе, конъюнктуре, научно-технических открытиях и изобретениях, которые коренным образом преобразуют технические и другие системы и протекающие в них процессы (этап VII).

Необходимым этапом системного анализа большинства проблем является учет целого ряда технических, экономических, социальных, политических и других факторов, которые оказывают решающее влияние на формирование целей и отбор средств их реализации, а также на оценку ресурсов (этап VIII).

В исследованиях технических систем отбор вариантов (альтернатив) считается самой важной задачей системного анализа (этап IX). Задачей системного анализа может быть не только создание новой системы, процесса, объекта, но и совершенствование существующих. Поэтому возникает необходимость либо в создании нового предприятия, либо в анализе существующего, направленном на выявление его возможностей, недостатков, узких мест, в сборе, переработке информации и принятии решений (этап Х).

4.2.Научные методы системного анализа

Как следует из изложенного, системный анализ объединяет и использует все необходимые научные знания, методы и действия для решения сложных проблем. Методы имеют далеко не равноценное значение и используются в разной степени (табл.4.2.) [5].

Т а б л и ц а 4.2.

№ п/п

Методы анализа

Этапы, на которых

они применяются

1.

2.

3.

Неформальные методы

Методы экспертных оценок

Диагностические методы

Метод аналогий

I,II,VI,IX

I,III,IX,VIII,X

VI,VIII,IX,X

4.

5.

6.

Графические методы

Метод деревьев целей

Матричные методы

Сетевые методы

I,IV,V,VII,IX

II,III,IX,VII,VIII,X

III,V,VIII,IX

7.

8.

9.

Количественные методы

Методы экономического анализа

Морфологические методы

Статистические методы

I,VI,VII,VIII,X

III,IV,VI,VII

I,VII

10.

11.

12.

Методы моделирования

Кибернетические модели

Описательные модели

Нормативные операционные модели оптимизационные, имитационные, игровые и др.)

II,III,IV,VIII,X

VIII,IX

IV,VIII

 Большинство перечисленных методов разработано задолго до появления системного анализа и используется самостоятельно. Особенностью системного анализа является максимально точная формулировка задачи на каждом этапе и подбор метода, в наибольшей степени соответствующего существу постановки задачи, т.е. подход не от метода, а от задачи.

5. Методы описания систем

5.1.Выбор (принятие решения)

Целью применения системного анализа к конкретной проблеме является повышение степени обоснованности принимаемого решения, расширение множества вариантов, среди которых производится выбор, с одновременным указанием способов отбрасывания тех из них, которые заведомо уступают другим [12]. Во всех задачах выбора необходимо в исходном множестве найти наилучший в заданных условиях, т.е. оптимальный вариант по критерию "эффективность-стоимость" или "стоимость-эффективность" при соответствующих ограничениях. Оптимизация системы по названному критерию является главной задачей системного анализа. Нахождение оптимальных вариантов особенно важно для оценки состояния современной техники и определения перспектив ее дальнейшего развития. Понятие оптимальности получило строгое и точное представление в математических теориях, прочно вошло в практику проектирования и эксплуатации технических систем. Многие задачи проектирования технических систем могут быть достаточно хорошо формализованы, т.е. сведены к математическим моделям, позволяющих ставить и решать оптимизационные задачи. Однако чем сложнее система, тем осторожнее и скептичнее следует относиться к ее оптимизации, даже после успешного преодоления сложностей формализации системотехнических проблем [13]. Системный анализ допускает, что отнюдь не все следует формализовать. В определенных ситуациях неформализуемые решения, принимаемые человеком,  - более предпочтительны.

В сложных случаях, когда решение принимается, например, в условиях дефицита времени или в других экстремальных обстоятельствах, плодотворно использование ЭВМ в оценке возможных альтернатив, т.е. использование проблемно-ориентированной человеко-машинной системы. Такие системы различаются по типам задач выбора. В настоящее время существует несколько самостоятельных направлений развития человеко-машинных систем [13]:

1. Программы и пакеты программ для решения конкретных хорошо определенных задач выбора. Примером может служить математическое обеспечение ЭВМ для статистической обработки данных (т.е. выбора в условиях стохастической неопределенности). К этому же направлению относятся системы программного обеспечения оптимизационных задач, современные базы данных и пр.;

2. Создание баз знаний и экспертных систем. Экспертная система определяется как "воплощение в ЭВМ компоненты опыта эксперта, основанной на знании в такой форме, что машина может дать интеллектуальный совет или принять интеллектуальное решение относительно выполняемой функции"*;

3. Участие лица, принимающего решения, в попытках формализовать задачу выбора, в сравнении и оценивании с помощью ЭВМ различных альтернатив разными способами.

Особое место при анализе и принятии решения занимают такие сравнительно новые объекты, как информационная база (банки данных), диалоговые системы, имитационное моделирование **. Эти объекты, обычно воспринимаемые как части автоматизированных систем или как специальные, использующие ЭВМ методы исследования, являются важными понятиями системного анализа на современном этапе [12].

Организация принятия решения предполагает:

а) декомпозицию альтернатив на свойства, удобные для сравнения;

б) возможное ранжирование этих свойств по важности;

в) выбор числовых характеристик свойств (критериев) и операций предпочтения, утверждение экспертных процедур для искусственной оценки свойств;

г) выбор методов композиции;

д) выбор вида информации для окончательного решения;

е) окончательное решение.

* Элти Дж.Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры. - М.: Финансы и статистика, 1987.

** Моделирование процессов с многократным отслеживанием хода их протекания каждый раз для разных условий называется имитационным моделированием.

5.2. Описание систем

Описание системы - это модель, отображающая определенную группу свойств системы. Приступая к изучению новой системы, исследователю необходимо взглянуть на нее с различных точек зрения, подойти с различных позиций и соответственно описать в нескольких функциональных плоскостях, которые следует согласовать между собой в некотором надпространстве, обладающем большей общностью. Это позволяет обнаружить новую сущность, увидеть главное, полезное, перспективное.

Описание системы должно включать [14] :

- определение функций системы - выделение системы из ее внешней среды путем выбора границы, определение всех входов и выходов, описание функциональных соотношений между входами и выходами;

- формирование структуры системы - выделение элементов системы, определение взаимосвязей между ними, определение свойств элементов.

В соответствии с современными системными воззрениями при изучении сложных объектов (систем) следует составлять три вида описания, которые выражают принцип подхода к познанию системы:

1) морфологическое  - анализ внутреннего устройства системы;

2) функциональное  - анализ деятельности системы, взаимодействия со средой и между частями системы;

3) информационное  - анализ степени неопределенности состояния системы и его изменения.

В наибольшей степени морфологические свойства связаны с распределением вещества, функциональные  - с преобразованием энергии, а информационные  - с организацией. Конечно, распределение вещества и энергетические преобразования взаимосвязаны и зависят от организации, поэтому построение единого морфо-функционально-организационного описания системы, отображающего устройство, деятельность, способность к развитию, способ развития и сущность взаимодействия со средой, является основной проблемой системных исследований.

Любая система может изучаться извне и изнутри. Изучение извне означает рассмотрение взаимодействия системы с внешней средой, или рассмотрение функций системы. Исследование системы изнутри означает изучение ее структуры. Понятно, что работа системы и ее внутреннее устройство тесно взаимосвязаны: нет структур без функций, как и функций без структур.

Системный анализ требует одновременного учета устройства системы и ее функций. Однако для определенных целей иногда ограничиваются изучением либо только структур, либо только функций.

5.2.1. Морфологическое описание

Современные технические и технологические объекты и их системы управления характеризуются большим числом элементов, множеством связей и взаимосвязей, значительным объемом перерабатываемой информации. Такие системы называют сложными, большими или системами со сложной структурой.

В отличие от традиционной практики проектирования несложных систем при разработке крупных автоматизированных, технологических, энергетических, гидротехнических, информационных и других сложных комплексов возникают проблемы, меньше связанные с рассмотрением свойств и законов функционирования элементов, а больше  - с выбором наилучшей структуры, оптимальной организацией взаимодействия элементов, определением оптимальных режимов функционирования и учетом влияния внешней среды [15].

Эффективность функционирования системы в первую очередь зависит от структуры и связей между ее элементами. Структура системы играет первостепенную роль как при анализе, так и при синтезе систем самого разного типа. Действительно, наиболее важный этап разработки модели как раз и состоит в выборе структуры модели интересующей нас системы.

Для систем, состоящих из большого числа взаимосвязанных подсистем, наиболее эффективно вначале наметить основные подсистемы и установить главные взаимосвязи между ними, а затем уже переходить к детальному моделированию механизмов функционирования различных подсистем.

Характерной особенностью начального этапа проектирования является ограниченность информации о свойствах будущей системы, что заставляет в первую очередь обращаться к структуре системы и содержащейся в ней информации. Изучение особенностей этой информации и является предметом структурного анализа систем [16,17].

Методология исследования структуры систем основана на рациональном сочетании неформализованных эвристических методов с формализованными методами современной прикладной математики. Первые из них основываются на специфике объекта, опыте его эксплуатации, а также на интуиции исследователя, вторые - на абстрактных свойствах систем и их закономерностях.

Рассмотрение системы в таком плане приводит к математическому понятию графа, который является ее геометрическим образом. Структурные матрицы являются аналитическим образом системы (см.табл.3). Как геометрический образ граф служит для наглядного отображения систем, а структурные матрицы  - для изучения их структурных особенностей, например на формализованной основе с помощью ЭВМ.

Структурный анализ систем позволяет оценить соответствие структуры системы поставленным целям ее функционирования и достичь значительной экономии времени и средств при ее проектировании.

Целями структурного анализа являются:

- разработка правил символического отображения систем;

- оценка качества структуры системы;

- изучение структурных свойств системы в целом и ее подсистем;

- выработка заключения об оптимальности структуры системы и рекомендаций по дальнейшему ее совершенствованию.

В зависимости от целей проведения структурного анализа системы ее структуру можно отобразить различными способами. Так, например, в теории автоматического регулирования наибольшее распространение получили структурные схемы, в электротехнике - электрические цепи и схемы их замещения, в теплоэнергетике - тепловые схемы и т.д.

Морфологическое описание объекта (системы) дает представление о строении (структуре) системы, о наличии и видах связей между ее элементами и содержит количественные и качественные данные.

Таким образом, в структурном подходе можно выделить два этапа: определение состава системы, т.е. полное перечисление ее подсистем, элементов, и выяснение связей между ними.

Следует различать формальную, или логическую и материальную структуры системы. Одной формальной структуре может соответствовать множество различных материальных структур.

В этом эвристическая ценность формальной структуры: она дает возможность увидеть, предположить и мысленно проанализировать возможные альтернативы ее материального наполнения и, следовательно, выбрать лучшую.

Первый этап структурного анализа, т.е. этап определения состава системы, не всегда является однозначным, может вызвать определенные затруднения, хотя, на первый взгляд, кажется тривиальным, - изучение технического объекта по его описанию, чертежу, схеме или в натуре.

Выяснение состава формальной структуры - это, по существу, выделение дескрипторов, т.е. ключевых слов или группы слов.

Так, например, установка для наращивания эпитаксиальных слоев полупроводниковых материалов включает: реакционную камеру; систему нагрева подложек; систему контроля и стабилизации температуры подложек; систему подготовки парогазовой смеси; систему ввода, распределения и вывода парогазовой смеси; систему загрузки  - выгрузки подложек; систему водоохлаждения; систему управления установкой.

Характер связей между элементами системы весьма многообразен. Различают связи направленные и ненаправленные, постоянные и переменные и т.д. Следует отметить, что некоторые виды связей представляют чисто теоретический интерес, например структуры только с равноправными связями. В реальных системах любые связи носят причинно-следственный характер, т.е. являются направленными. Наличие ненаправленных связей может свидетельствовать о нерациональном построении системы.

Структурные модели систем принадлежат к классу графов и имеют для системного анализа фундаментальное значение. Дело в том, что построение структурных моделей, которое, по сути, сводится к установлению первичных, самых простых взаимосвязей между элементами исследуемой системы, - это обязательный этап любого системного исследования. Структурные модели проясняют механизм строения исследуемого объекта и часто являются единственным типом модели, которую удается построить.

В случае, когда необходимо построить более сложную модель объекта, структурные модели используются в качестве основы, как "первое приближение". Кроме того, они обладают наглядностью и понятны широкому кругу специалистов, служат удобной формой общения исследователей различных специальностей, а также удобной формой представления полученных результатов.

В качестве наиболее распространенных выделяют класс древовидных или иерархических структур.

Иерархическое представление структуры объекта позволяет упорядочить элементы, компоненты, подсистемы по степени их важности ("иерархии" - служебная лестница, многоступенчатость). Иерархическая упорядоченность является одним из наиболее важных средств исследования систем.

Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения подсистем (узлов) нижележащего уровня одной из подсистем вышележащего уровня (такие иерархии называют сильными или иерархиями типа "дерева"). Могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии, может один и тот же узел нижележащего уровня иерархии быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня (такие иерархии называют структурами со слабыми связями), могут существовать и более сложные взаимоотношения (например иерархии типа "слоев", "эшелонов" и др.).

Идеальная иерархическая структура (рис.5.1.) характеризуется следующими признаками: многоуровневость; субординация внутренних связей - элементы, подсистемы данного уровня связаны только с подсистемами (элементами) ближайших верхнего и нижнего уровней; ветвистость - подсистема данного уровня связана только с одной подсистемой верхнего уровня и с несколькими подсистемами (элементами) нижнего уровня; пирамидальность - на самом верхнем уровне имеется только одна вершина (собственно исследуемая система); субординация внешних связей - подсистемы (элементы) каждого уровня могут иметь связи с внешней средой, однако эти связи контролируются подсистемами ближайшего верхнего уровня; внешняя связь системы контролируется только извне.

Рис.5.1. Идеальная иерархическая структура

В реальных системах встречаются различные отступления от идеальной иерархической структуры (рис.5.2.): подсистема данного уровня связана только с одной подсистемой (элементом) нижнего уровня (рис.5.2.а); подсистема (элемент) данного уровня связана более чем с одной подсистемой верхнего уровня (рис. 5.2.б); подсистема, элемент данного уровня связаны с подсистемами высших уровней, минуя ближайший верхний уровень (рис. 5.2.в); на самом верхнем уровне имеется несколько вершин (незавершенность иерархии, рис. 5.2.г); подсистемы, элементы одного уровня связаны между собой (внутриуровневая зависимость, рис. 5.2.д); связи подсистем данного уровня с внешней средой не контролируются подсистемами других уровней (нарушение субординации внешних связей, рис. 5.2.е).

Перечисленные типы нарушений идеальности иерархии являются единичными, на практике встречаются всевозможные их комбинации. Нарушения могут быть вызваны несовершенством самой структуры или наличием связей через внешнюю среду, т.е. подсистемы, элементы данной системы одновременно входят в другие системы с другой структурой.

Рис. 5.2. Типы нарушений идеальной иерархической структуры

Декомпозиция - последовательное разукрупнение. Этот методический прием применяется при системном анализе проблемы или объекта, помогает ничего не забыть, не упустить из виду тот или иной аспект, свойство, результат и т.д.

Для морфологического описания объекта (системы) часто используется представление его в виде дерева декомпозиции.

Построение дерева декомпозиции начинают с выделения вершины самого верхнего уровня иерархии (обычно это сам исследуемый объект). Далее осуществляют последовательное членение объекта на подсистемы вплоть до элементов и располагают их по важности на соответствующем уровне иерархии. При этом вершинами дерева будут структурные составляющие объекты, а ребрами (ветвями) - функциональные и структурные связи.

Граф должен удовлетворять следующим условиям: не содержать замкнутых циклов (петель) и несвязанных вершин, т.е. иметь форму дерева. Для построения дерева исследуемой системы необходимо знать полный перечень всех существующих и потенциально возможных элементов, реализующих функции объекта и его подсистем.

Естественно, встает вопрос: до какого уровня следует разукрупнять объект, проблему? Уровень детализации зависит от целей исследования и определяется лицом, осуществляющим его.

Например, при проведении прогнозных исследований (нормативное прогнозирование) главная цель делится на подцели до тех пор, пока не становятся ясны пути достижения (средства достижения) каждой подцели. Заведомо достижимые цели называются элементарными.

В основу расчленения (декомпозиции) системы при ее морфологическом описании могут быть положены три подхода: объектный, функциональный и смешанный.

При объектном подходе из системы выделяют подсистемы, каждая из которых может рассматриваться как самостоятельная система соответствующего уровня иерархии. При этом каждая подсистема может быть описана информационно и функционально.

Объектный подход к декомпозиции системы рекомендуется в тех случаях, когда система имеет количественно сложную структуру при небольшой сложности и разнообразии составляющих ее подсистем. В этом случае выделяют группы сходных по свойствам подсистем и анализируют наиболее типичную подсистему каждой группы, благодаря чему существенно снижается объем описания системы. В основу функционального подхода положен функциональный признак расчленения системы. Его рекомендуется применять в том случае, когда число подсистем структурируемой системы невелико, но их функциональное описание является весьма сложным. В этом случае выделяется группа сходных функций и рассматривается возможность их реализации независимо от принадлежности к тем или иным подсистемам.

Выбор принципа расчленения зависит от множества факторов: цели исследования, природы системы, масштабности системы и др. Поэтому иногда бывает трудно принять однозначное решение о принципе формирования структуры. В таких случаях используют смешанный - объектно-функциональный - принцип расчленения системы. От выбора того или иного принципа структуирования зависит достоверность результатов исследования системы. В практических задачах выбор принципа структурирования осуществляется с помощью экспертов, т.е. путем глубокого логического анализа совокупности целей исследования и ее основных свойств.

Достоинства отображения объекта в виде дерева заключаются в наглядности представления связей внутри системы и взаимодействия ее со средой. Однако такое представление объекта имеет и существенный недостаток. Дело в том, что дерево фиксирует только вертикальные связи между элементами системы и не отражает горизонтальные связи между ними. В результате погрешность исследования будет тем значительнее, чем сильнее горизонтальные связи и слабее вертикальные.

При системном анализе после структуризации объекта осуществляют его анализ и синтез, заключающиеся в изучении того, как влияют отдельные локальные изменения или изменения некоторых подсистем на всю систему в целом, так как деятельность любой части системы оказывает влияние на деятельность всех ее других частей.

Дерево декомпозиции позволяет определить соотношение между объектом и фоном, взаимосвязи между различными подсистемами и элементами объекта, очертить область поиска информации, необходимой для исследования и использования в разработке, выделить структурные элементы, подлежащие проверке на патентную чистоту, сформулировать номенклатуру технико-экономических показателей для оценки его технического уровня.

6. Функциональное и информационное описание системы

6.1. Функциональное описание системы

Функциональный подход используется для описания назначения как всей системы, так и каждого входящего в нее элемента.

Функция системы есть ее свойство в динамике, приводящее к достижению цели.

Функциональный подход заставляет не только изучать конкретные потребности заказчика, исходя из реальных условий, но и глубже анализировать количественную и качественную стороны этих потребностей, последствия перестройки производства, организации сбыта продукции и т.д. Результат такого анализа  - повышение обоснованности требований к тем или иным свойствам или характеристикам системы.

Функциональный анализ, проводимый при системных исследованиях, предполагает: рассмотрение любого объекта (системы) не в конкретной предметной форме, а как комплекса выполняемых функций; изучение каждой функции объекта как самостоятельной системы, реализуемой совокупностью материальных элементов и их связей, и в то же время  - как части системы более высокого порядка. Например, технологический процесс, связанный с качественным изменением состояния объекта изготовления, входит в систему более высокого уровня - производственную. Поэтому при проведении функционального анализа технологического процесса обязателен анализ не только процесса, но и той части производственной системы, в рамках которой реализуется данная технология. Одновременно технологию следует рассматривать как систему, состоящую из подсистем - операций.

Функция любого элемента структуры объекта, процесса может быть реализована на основе различных физико-химических и конструктивных принципов и средств их осуществления.

Реализация функции объекта в целом возможна только в результате совместной реализации функций каждым выделенным структурным элементом. Тогда каждая подсистема или элемент любого уровня иерархии объекта могут быть оценены их вкладом в реализацию функции объекта в целом. Следовательно, любое техническое решение, относящееся к соответствующему выделенному структурному элементу, может быть оценено его значимостью с точки зрения вклада в реализацию функции объекта в целом.

Рассмотрение всех существующих в настоящий момент возможностей реализации функции любой подсистемы и элементов каждого уровня иерархии объекта дает возможность выбора наиболее перспективного технического решения для данного конкретного случая. При этом функция формулируется как действие, воздействие, например: передавать усилие, регулировать поток, предохранять от удара, удалять пыль, создавать разрежение, придавать жесткость, излучать свет и т.д.

Формулировка каждой функции по возможности должна быть изложена двумя словами - глаголом и существительным. При этом следует использовать существительные, которые обозначают величины, имеющие размерность. Это помогает расчленить проблему на простейшие элементы, упростить ее понимание, исключить неправильное толкование, оценить функцию в количественном отношении.

В ходе функционального анализа должен быть получен ответ на вопрос: "Что делает эта вещь, машина, прибор, оборудование, корпус, шайба, подставка?"

Функции классифицируют по следующим признакам:

1) область проявления (внешние и внутренние функции); 2) роль в удовлетворении потребностей (главные и второстепенные функции); 3) роль в обеспечении работоспособности объекта (основные и вспомогательные функции); 4) степень полезности, (бесполезные, вредные функции); 5) характер объекта (для изделия - потребительские, эксплуатационные, эстетические, эргономические, экологические, конструктивные и технологические функции).

Внешние (общеобъектные) функции отражают функциональные отношения между объектом и сферой применения. Среди них различают главные и второстепенные. Главная функция определяет назначение, сущность, смысл существования объекта в целом. Второстепенная функция не влияет на работоспособность объекта, отражает побочные цели его создания, обеспечивает спрос.

Внутренние (внутриобъектные) функции отражают действия, взаимосвязи внутри объекта и обусловлены принципом построения, особенностями его исполнения. Среди них различают основные и вспомогательные функции. Основная функция обеспечивает работоспособность объекта, создает необходимые условия для осуществления главной функции. Различают следующие основные функции: прием, ввод (вещества, энергии, информации), передачу, преобразование, хранение, выдачу (отдачу) результатов.

Вспомогательные функции способствуют реализации основных. Различают следующие вспомогательные функции: соединительные, изолирующие, фиксирующие, направляющие, гарантирующие и др.

Полезные функции (внешние и внутренние) отражают функционально необходимые, потребительские свойства и определяют работоспособность объекта.

Бесполезные (ненужные) функции - излишние функции, не снижающие работоспособности объекта, но создающие избыточность и удорожание объекта.

Вредные функции  - отрицательно влияющие на работоспособность объекта и его потребительские свойства, удорожающие объект.

Материальный носитель функции - отдельный конструктивный, технологический и другой элемент (либо их совокупность), участвующий в реализации функции.

Выявление основных функций и их отделение от вспомогательных имеет важное значение, поскольку именно среди вспомогательных находятся ненужные функции, которые являются наиболее существенным резервом снижения себестоимости изделия.

Одни и те же функции могут классифицироваться как главные, второстепенные, основные, вспомогательные или ненужные в зависимости от назначения изделия, условий его использования. Например, для изделия "нож-сувенир" эстетические функции могут быть главными, а для изделия "нож бытовой" - второстепенными.

При функциональном подходе желательно получить ответы на следующие вопросы:

- Что в настоящий момент представляет собой система, функции которой необходимо осуществить наиболее рационально?

- Какие у нее функции?

- Какая главная функция?

- Какие второстепенные функции?

- Какие основные и вспомогательные?

- Все ли функции необходимы потребителю?

- Можно ли исключить ненужные функции?

- Может ли быть более эффективным комплекс функций, выполняемых анализируемой системой?

При определении функций желательно придерживаться следующих рекомендаций [18].

1. Не следует формулировать функцию в слишком общем виде, например для двигателя - преобразовывать энергию. Лучше несколько конкретизировать - создавать крутящий момент.

2. Не следует формулировать функцию чрезмерно конкретно, привязываясь только к какому-либо существующему варианту, например: нарезать резьбу, сверлить отверстие, сваривать детали и т.д. Это приводит к сужению поля поиска, ограничивает возможности выбора оптимальных или даже рациональных вариантов решений.

3. При определении функций, фактически выполняемых объектом (деталью, блоком, узлом и т.д.), следует выявлять и указывать все выполняемые функции, даже те, для которых объект не предназначался. Это помогает выявить ненужные функции и найти пути их устранения.

4. Сначала следует формулировать функции объекта в целом, а затем его составляющих (подсистем, сборочных единиц, деталей и их элементов). При этом следует обращать внимание на одинаковые функции, выполняемые однотипными составными частями.

5. Функциональный анализ следует проводить не только на основе детального изучения сформулированных и зафиксированных в технической документации требований, но и путем выявления дополнительных функций, в которых нуждается или будет нуждаться потребитель. Источником выявления перспективных требований может служить патентная, научно-техническая, конъюнктурно-экономическая, прогнозная информация.

Часто четкая формулировка функций уже сама по себе открывает новые, неизвестные ранее возможности в конструировании, технологии, организации производства, управления, т.е. в системе проектирования в широком смысле этого слова.

Большую помощь в изучении функций может оказать создание классификаторов функций по группам однотипных изделий. Определенный опыт в составлении классификаторов функций накоплен в организациях и на предприятиях, внедривших в практику ФСА (функционально-стоимостный анализ).

Описание объекта на языке функций (функциональная модель) может быть представлено в виде графа. На верхнем уровне располагаются главные и второстепенные функции, на следующем - основные функции объекта, на последующих  - вспомогательные функции объекта и его составляющих (рис.6.1).

Рис.6.1. Дерево декомпозиции (граф) функций

При анализе и синтезе реальных систем многие вопросы не могут быть решены без рассмотрения связей между структурой и функцией.

Основными задачами структурно-функционального подхода являются синтез вновь создаваемой (или совершенствуемой) системы путем анализа заданной главной функции (функций) и выяснение функций существующей системы путем анализа ее структуры.

При решении задачи синтеза новой системы (прямая задача) анализируют заданную главную функцию (цели) и выясняют состав необходимых условий (принципов, материальных носителей) для достижения заданной цели. При этом главная функция делится на подфункции вплоть до элементарных функций, в отношении которых ясны принципы реализации.

При решении задачи анализа (обратная задача) необходимо знать состав и структуру системы, чтобы описать ее функционально.

Наложение структурной модели на функциональную дает возможность получить совмещенную модель (табл.1), главное назначение которой  - помочь определить лишние функции и элементы.

Т а б л и ц а 6.1

Фрагмент функционально-структурной модели

Материальный

носитель функции

Функции

F1

Наменова

ние детали

Шифр

F11

F12

F111

F112

F121

F122

F1111

F1112

F1121

F1122

F1211

F1212

F1221

F1222

01

+

08

+

+

12

+

+

+

+

16

+

+

При функционировании объекта происходят различные преобразования входов в выходные действия, определяемые различным набором параметров.

Функционирование системы проявляется в ее переходе от одного параметра к другому, в изменении значения параметров или в сохранении этих значений в течение некоторого промежутка времени. Например, чтобы осуществить функционирование шагового двигателя, требуются следующие преобразования: создать постоянное магнитное поле; преобразовать электрическую энергию в усиленный переменный магнитный поток; преобразовать энергию магнитного поля в энергию дискретного механического перемещения; передать движение исполнительному звену [18].

Среди преобразований можно выделить простые и сложные. Простое преобразование или элементарное действие имеет место тогда, когда выполняется функция одного вида; при этом отсутствует многоступенчатость перехода из одного состояния в другое. Например, функцию подшипника можно отнести к простым. Шпиндель станка выполняет несколько функций  - передает вращение, закрепляет и фиксирует инструмент или деталь,  - но каждая из этих функций также является простой. Часто внутренние отношения между элементами носят сложный характер - так называемые скрытые отношения. Но именно эти отношения часто являются причиной низкого качества изделия в сфере производства и эксплуатации. Они могут быть установлены путем тщательного функционального анализа. Так как реализация каждой функции системы связана с техническими решениями или их совокупностью, то можно считать, что функциональный анализ направлен: на выявление существующих технических решений, относящихся к любому или всем выявленным структурным элементам системы, для повышения эффективности реализации главной функции объекта в целом; на создание принципиально новых технических решений для преодоления существующих противоречивых отношений между целевыми функциями отдельных подсистем, что также приводит к повышению эффективности реализации главной функции системы в целом.

Качество будущего изделия во многом определяется методами анализа и выбора альтернативных вариантов, т.е. возможных путей, средств реализации, технических решений на стадиях его разработки и подготовки производства. По данным зарубежной статистики ошибка "стоимостью" 1 долл., допущенная и не выявленная на этапе НИР, вызывает потерю 10 долл. на этапе ОКР, 100 долл.  - в производстве и 1000 долл.  - на стадии эксплуатации. Отечественные исследования в области электронных приборов показали, что 50-60% их отказов обусловлено ошибками при конструировании [20].

Любая техническая система состоит из отдельных составных частей (подсистем), имеющих определенные свойства и набор функциональных связей между ними. Как каждая система, объект техники может быть охарактеризован с качественной и количественной стороны.

Свойства имеют количественное выражение, если для них можно ввести единый эталон сравнения. Если же на данном уровне знания такой эталон найти не удается, используют качественные характеристики. Для любой количественной характеристики удобно ввести понятие параметра, т.е. числа, выражающего отношение между данной характеристикой и эталоном.

Качественные характеристики также стараются выразить количественно, для чего производят проверку наличия или отсутствия данного качества у объектов, при этом используют совокупность двух произвольных чисел, например: 0 и 1, + 1 и - 1 и т.д. Вторым способом является ранжирование объектов по степени выраженности данного качества в них. Следует, однако, помнить, что полученная таким образом шкала является относительной.

6.2.Информационное описание системы

Главное отличие подхода к изучению любого объекта как системы состоит в том, что исследователь не ограничивается рассмотрением и описанием только вещественной и энергетической его сторон, но и (прежде всего!) проводит исследование его информационных аспектов: целей, информационных потоков, управления, организации и т.д. Создание новых и совершенствование существующих объектов (систем) зависят от решения вопросов, позволяющих анализировать имеющуюся информацию, отсеивать ее избыточную часть, выделять основную, производить оценку и обеспечивать формирование альтернатив для принятия решений [11].

В современных системных исследованиях проблема организации знания об объекте не ограничивается научным знанием, а включает в себя фактически все известные типы фиксации человеческого опыта, т.е. информацию любой природы, если ее можно зафиксировать для дальнейшей организации и обработки, - это теоретические научные знания, эмпирические сведения, базы данных, мнение экспертов, спонтанные высказывания участников анализа, а также ряд новых высказываний, сформулированных уже непосредственно в системных исследованиях. Информационный массив, используемый при этом, включает все виды информации, среди которых особую ценность представляет патентная, являющаяся важнейшим инструментом разработчика при создании новых технических систем и технологических процессов, превосходящих лучшие мировые достижения.

Процесс информационного обеспечения системного анализа предусматривает проведение широкого круга патентных исследований, выполняемых в соответствии с требованиями ГОСТ 15.011-82 СРПП "Порядок проведения патентных исследований".

Использование в качестве основной информационной базы массива патентной документации на различных этапах системного анализа обусловлено целым рядом ее известных преимуществ. При этом важно, что содержательная ценность патентной информации сохраняется наибольшее время по сравнению с другой научно-технической информацией, т.е. обладает высоким прогнозным потенциалом. Кроме того, логическая упорядоченность патентных документов по оси реального времени обладает свойством естественной ранжированности и позволяет наиболее быстро получить данные о новейших интенсивно развивающихся направлениях техники, о правовой охране наиболее перспективных технических решений [21].

Основной целью информационного отображения проектируемого (модернизируемого) объекта техники (системы) является возможность создания его многовариантной структуры как на уровне вариантов его составляющих, так и на уровне модификаций самого объекта, а также вариантов технико-экономических параметров, однозначно описывающих все составляющие объекта.

Информацию об объекте можно разделить на базовую и оперативную. Оперативная информация представляет собой нормативно-регламентирующие данные по объекту, содержащиеся в ОСТах, ГОСТах, технических условиях и других подобных материалах. Базовая информация (научно-техническая, конъюнктурно-экономическая, патентная, экспертная) представляет собой систематизированную информацию по принципиальным решениям получения конечного продукта (опыт СССР и за рубежом). Особую роль здесь играет патентная информация.

Описание модели объекта позволяет выделить группы стандартов в оперативной информации, типы технологических процедур и оборудования для процесса производства, направления исследований и тенденции развития в базовой информации.

Информационное описание должно давать представление об организации системы. Чем больше ценной информации, тем выше предсказуемость свойств и поведения системы во времени. Большое значение при этом имеет определение степени полноты и достоверности информации о проблемной ситуации.

Наибольший объем информации при системном анализе необходим для построения дерева целей, функций, декомпозиции объекта. При формировании главной цели системы используется информация о новых общественных потребностях и о достигнутом техническом уровне, о современных и будущих ресурсах, т.е. используются все доступные источники информации: научно-технической, конъюнктурно-экономической, патентной, экспертной.

Выработке формулировки главной цели может предшествовать написание сценария по перспективам развития, предсказанию вероятных будущих условий и возможных вариантов развития системы с целью выявления наличия и отсутствия информации, необходимой для построения дерева целей.

При формировании целей разных уровней используется различная информация с привлечением специалистов разных профилей и отраслей знаний. Для разностороннего подхода при построении дерева целей необходим постоянный обмен мнениями и информацией участников системного анализа, проведение дискуссий, рабочих семинаров, организованных по правилам "мозгового штурма". При этом участники подбирают необходимую информацию и разрабатывают предложения по своим темам, связанным с определенными ветвями дерева целей.

По мере развития каждой ветви дерева целей сверху вниз исследовательская группа при формулировании каждой следующей подцели сталкивается с проблемой недостатка или отсутствия информации. По таким вопросам формулируются задания на поиск соответствующей информации, включающей анализ научно-технической, конъюнктурно-экономической, патентной информации, опрос экспертов, патентные исследования и т.д.

Завершающим этапом информационного описания системы является анализ полученных данных исследовательской группой, которая может досконально и критически оценить высказанные идеи, прогнозные варианты развития, результаты патентных исследований и т.п.

Системный анализ при проектировании технических систем направлен на создание конкурентоспособных изделий, обладающих высокими показателями технического уровня и качества, на повышение народнохозяйственного эффекта от использования новой продукции.

При построении дерева целей (дерева декомпозиции) создания технического объекта информационное описание должно выявить ограничения, связанные с возможностями научно-технического прогресса на современном этапе и ресурсами, необходимыми для осуществления целей. В результате анализа выявляются причины успехов и неудач в прошлом и настоящем, закономерности и факторы будущего развития с учетом ограничений, налагаемых возможностями современной науки и производства.

Вопросы перспективной оценки технического уровня и качества проектируемой системы решаются методами экспертных оценок и/или проведением патентных исследований. Опрос экспертов способствует выявлению новых задач  - подцелей, необходимой перестройки структуры, причинно-следственных связей между целями (подсистемами дерева декомпозиции), изменению количественных значений в характеристике отдельных подсистем, выявлению появившихся возможностей реализации ранее не осуществленных технических решений. Несмотря на большую сложность подготовки информации для построения дерева целей (дерева декомпозиции) и дерева ресурсов, полученная новая информация способствует выбору оптимального варианта решения проблемы.

Совокупность функционального, морфологического и информационного описаний позволяет отразить главные свойства системы, служит основой создания конкурентоспособных технических объектов.

7. Некоторые методы системного анализа

7.1.Введение

В настоящее время нет общепринятой классификации методов, применяемых в системном анализе. Поэтому условно разделим все методы на качественные, с которыми, в основном, и был связан первоначально термин "системный анализ", и количественные, связанные с системным моделированием с применением ЭВМ [10].

Качественные методы, в основном, используются при постановке задачи, разработке вариантов, выборе подхода к оценке. Они используют опыт человека, его предпочтений, которые не всегда могут быть выражены в количественных оценках.

Количественные методы больше внимания уделяют анализу вариантов, выдвигают на первый план количественные характеристики с оценкой их корректности, точности, ошибок и т.п.

Между этими крайними классами методов системного анализа есть методы, которые охватывают и этап постановки задачи, разработки вариантов, и этап оценки и количественного анализа вариантов, например метод ситуационного моделирования, кибернетического моделирования, имитационного моделирования и др. Так как системный анализ использует весь аппарат методов научных исследований, рассмотрим вкратце некоторые из них, наиболее часто применяемые при создании и освоении объектов техники.

7.2. Метод морфологического анализа

Метод морфологического анализа является одним из общенаучных методов, в настоящее время наиболее разработан и относится к группе системно-структурных методов. Он включает анализ и синтез исследуемой системы и применяется с целью получения всех возможных вариантов решения проблемы. При этом синтезируются как известные, так и новые необычные варианты, которые при простом переборе могли быть упущены.

Морфологическое исследование направлено на выявление альтернативных вариантов развития объекта путем расчленения его на структурные и функциональные элементы, физико-химические компоненты и эффекты, а которых реализованы элементы, с последующим анализом и синтезом всех возможных комбинаций элементов, компонентов и эффектов.

Анализ исследуемой системы выполняется для определения параметров и возможных вариантов построения изучаемого объекта, а синтез - для отыскания окончательного варианта. Некоторые авторы считают, что целесообразно применять этот метод при решении конструкторских задач, поиске компоновочных и схемных решений. Однако возможности метода весьма широки. Это и нахождение новых технических решений и принципов действия, и прогнозирование, и оптимизация, и определение возможности патентования различных комбинаций с целью заблокировать "возможные будущие изобретения" и др.

Метод предусматривает выполнение работ в определенной последовательности.

1. Точное формулирование проблемы (задачи), подлежащей решению. При этом, если проблема (задача) касается конкретного устройства или системы, метод обобщает изыскание на все возможные устройства или системы и в итоге дает ответ на более обобщенный вопрос. В результате обнаруживается, что первоначальная задача гораздо сложнее, чем склонны думать многие исследователи, не знакомые с методом.

2. Определение всех важных характеристик объекта и параметров (существенных признаков), от которых зависит решение проблемы (P1...Pm). Эти параметры выявляются уже при формулировке проблемы. Существенные признаки или параметры выбранного класса средств представляют собой такие существенные характеристики объекта, которые определяют основные его функции и изменения в которых приводят к созданию новых видов данного объекта. Например, для носителя информации такими характеристиками будут плотность, объем, скорость, для способа сварки  - принцип сварки, источник энергии, вид присадочного материала (или его отсутствие).

3. Разделение каждой характеристики (параметра) на определенное число значений, состояний, режимов, признаков ().

Выбор альтернативных средств реализации (вариантов выполнения признака) можно технически осуществить на любом уровне абстрагирования. Например, для реализации функции можно отобрать структурные элементы, узлы, подсистемы, а можно - принципы действия (более высокий уровень абстрагирования) или пригодные физические эффекты и явления (еще более высокий уровень абстрагирования) (см.табл.7.1).

Т а б л и ц а 7.1

Пример возможных вариантов реализации функций процесса сварки

Функции

Варианты реализации

Создание усилия нажима

Электро-механическое

Механическое устройство

Пневматическое устройство

Гидравлическое устройство

Комбинация пневматических и гидравлических устройств

Передача усилия

Одноплечий рычаг

Двуплечий рычаг

Непостредственный ввод усилий

Отведение электродов

Сила пружины

Вручную

Электро-

механическое стройство

Гидравлическое устройство

Комбинация пневматического и гидравлического устройств

Охлажде-ние электродов

Последова-

тельное охлаждение

Параллельное охлаждение

Совокупность вариантов по каждой характеристике сводится в матрицу типа:

Матрица может быть заполнена полностью, а может, как в приведенном примере, содержать разное количество вариантов того или иного признака, т.е. возможны случаи, когда

Завершается данный этап определением всех возможных альтернатив решения проблемы (V) путем перемножения числа всех параметров (характеристик), взятых по строкам:

где m - число различных аспектов или признаков деления;

Pi- число элементов признака i-го типа.

В ходе анализа альтернатив (не ставя вопрос о ценности того или иного решения) можно установить перечень характеристик, которые будут общими для любого объекта того же класса. На основании такого набора общих характеристик можно путем перестановок и различных сочетаний выработать вероятностные характеристики объектов, которые еще не существуют, но могут существовать. Именно это свойство делает метод морфологического анализа ценным инструментом исследования тех или иных научных направлений, перспективности НИР и возможного исхода технических разработок. Если смотреть шире, то морфологическая матрица - это форма классификации и систематизации информации об объекте.

4. Определение функциональной ценности всех полученных решений. Это наиболее сложный момент морфологического анализа. Устанавливается шкала оценок, ограничительные правила. Однако универсальной формулы для определения функциональной ценности того или иного решения нет.

5. Заключительный этап  - выбор наиболее желательных конкретных решений и их реализация. Выбирается подмножество предпочтительных решений из множества возможных вариантов V. Используя информацию об оценках по различным критериям с учетом относительной важности последних и метод предпочтения, область исследования сужают к нескольким оптимальным решениям. Чем больше информации используется при методе предпочтения, тем меньше вариантов попадает в класс оптимальных решений. Эту процедуру выполняют путем тщательного анализа строк и столбцов морфологической матрицы (карты). Сопоставляя оптимальные варианты решения поставленной проблемы, определяют наилучшее решение, успех которого наиболее вероятен.

Таким образом, данный метод заключается в использовании полной совокупности знаний об объекте, его взаимосвязи с другими объектами, явлениями и концепциями и требовании полного отсутствия какого-либо предвзятого предварительного суждения. При этом вырабатывается новая информация об изучаемом объекте и дается оценка всех возможных альтернатив решения проблемы.

Преимущества данного метода в том, что он осуществим при наличии малого количества информации по изучаемой проблеме, а для оценки решений могут быть использованы самые общие критерии. Морфологический анализ применим при решении большинства вопросов, связанных с прогнозированием развития технических систем и программ будущих исследований.

8. Методы дерева целей и экспертных оценок для анализа систем

8.1. Метод дерева целей

Каждая система содержит ряд подсистем, которые, в свою очередь, могут быть разбиты на более мелкие подсистемы, а каждой подсистеме соответствует своя цель. Совокупность таких целей образует иерархию (дерево целей).

Свойством иерархических структур по-разному раскрывать неопределенность широко пользуются при системном анализе целей. Выбирая разные признаки структуризации цели и меняя их последовательность, получают варианты структур (деревья целей), а затем после соответствующей оценки вариантов выбирают наилучший.

Дерево целей представляет собой граф, вершины которого интерпретированы как цели, а ребра - как связи между целями. При этом в понятие целей на разных уровнях вкладывается различное содержание: от объективных народнохозяйственных потребностей и желаемых направлений развития на верхнем уровне дерева до решения задач и осуществления отдельных мероприятий на нижних уровнях. Основным требованием к построению дерева целей является отсутствие циклов. Но метод дерева целей используется иногда и применительно к "слабым" иерархиям, в которых одна и та же вершина нижележащего уровня может быть одновременно подчинена двум или нескольким вершинам вышележащего уровня. Этот метод исследования увязывает цели высшего уровня с конкретными средствами их достижения на низшем производственном уровне через ряд промежуточных звеньев. Он используется для структуризации и анализа проблемы (дерево проблем). Дерево целей с количественными показателями, используемое в качестве средства принятия решения, называют деревом решений (см.рис.8.1).

Рис.8.1. Принципиальная схема дерева целей

Смысл дерева целей заключается в том, что в случае, когда общую цель системы не удается связать со средствами достижения, требуется разбить ее на более мелкие цели, которые обеспечивают решение задачи. При этом должны быть выполнены два формальных требования  - полнота и непротиворечивость. Непротиворечивость дерева целей означает, что достижение одной из пары целей предполагает достижение другой, и наоборот. Выполнение этого требования означает отсутствие циклов на дереве целей [5].

Описание каждой цели в дереве должно достаточно полно раскрыть ее содержание и устанавливать степень или факт ее достижения. В дереве целей не могут присутствовать изолированные цели, т.е. цели, не связанные ни с какими другими.

В окончательном варианте дерева целей каждая цель должна характеризоваться некоторым кодовым обозначением, указывающим на ее связь с целями более высокого уровня. Например, обозначение 2.1 означает, что цель 1 второго уровня связана с целью 2 первого уровня, достижение которой необходимо для выполнения цели нулевого уровня (рис.8.1).

Нулевой уровень дерева целей включает одну, главную цель, которая ставится в самом общем виде и в конечном счете является всего лишь заголовком, обозначением для всего дерева целей, например создание объекта техники (рис.7). Цели всех последующих уровней отличаются друг от друга качественно, имеют различное содержание. Цели верхних уровней более или менее устойчивы и постоянны во времени (их называют иногда стратегическими целями). Цели средних уровней (называемые часто тактическими) подвержены большой динамике.

Незначительные изменения в формулировках или оценках целей верхнего уровня могут существенно повлиять на состав и число целей среднего уровня. На низких уровнях в некоторых ветвях может вновь наблюдаться довольно высокая устойчивость целей, обусловленная инерционностью используемых основных фондов, устойчивостью технологии, экономики и организации производственных процессов. В других ветвях цели низших уровней могут быть значительно более изменчивыми, так как определяются высокой вариантностью научно-технических решений и динамичностью изменений условий окружающей среды.

8.2. Методы экспертных оценок

Методы выявления мнений опытных специалистов при исследовании систем связаны с обнаружением и постановкой проблемы, оценкой ее актуальности, определением целей и критериев, поиском альтернатив, выбором и оценкой альтернативного варианта решения проблемы и пр.

Экспертные заключения - важнейший источник информации не только в задаче формирования целей. Без них нельзя получить оценку исследований того или иного решения, правильный план достижения цели, текущее состояние объекта исследования и многое другое. История системного анализа неразрывно связана с такими методами экспериментальных оценок, как "мозговая атака", "сценарии", "Дельфи" и др., рассматриваемыми в спецкурсе "Патентные исследования". Согласно методике системного анализа, принятой для конкретных условий, на практике может применяться один или совместно несколько методов.

Методы типа мозговой атаки (мозговой штурм, конференция идей, коллективная генерация идей) наиболее применимы при обсуждении перспектив развития системы или ее организации; при предварительном обсуждении вариантов решения проблемы, проекта; при определении и формулировании целей; при поиске технических решений; при осуществлении подцелей самого нижнего уровня и т.п.

Методы подготовки и согласования представлений о проблеме или анализируемом объекте, изложенные в письменном виде, получили название "сценарии". Сценарий - это документ, содержащий анализ рассматриваемой проблемы или предложения по ее решению, по развитию системы, независимо от того, в какой форме он представлен. Он содержит, как правило, результаты количественного технико-экономического или статистического анализа с предварительными выводами, которые можно получить на их основе. Группа экспертов, подготавливающих сценарий (предложения для подготовки подобных документов сначала пишутся экспертами индивидуально, а затем формируется согласованный текст), пользуется обычно правом получения необходимых справок от предприятий и организаций, необходимых консультаций соответствующих специалистов. Группа целенаправленно анализирует высказывания ведущих специалистов в научных публикациях, периодической печати и других источниках научной информации. Таким образом, практически сценарий помогает предварительно составить представление о проблеме, а затем приступить к более формализованному представлению системы в виде графов, таблиц (анкет) для проведения экспертного опроса и других методов системного анализа [10].

Методы типа "Дельфи", включающие количественные оценки при разработке сценариев и оценке деревьев цели, являются основным средством повышения объективности получаемых результатов. Повышение объективности результатов достигается за счет использования обратной связи, ознакомления экспертов с результатами предшествующего тура опроса и учета этих результатов при оценке значимости мнений экспертов. В последнее время методы типа "Дельфи" в той или иной форме сопутствуют любым другим методам моделирования систем и морфологическому, и методу сетевого моделирования и др.

В процессе принятия решений эксперты формируют ситуации, цели, ограничения, варианты решений и проводят оценку их характеристик. Эти оценки могут носить качественный или количественный характер и представляют собой процедуру сравнения объектов (предметов, явлений, событий, решений и т.п.) по определенным показателям, признакам. В качестве показателей сравнения объектов используются пространственные, временные, физические, социологические и другие свойства и характеристики объектов. Для оценки достоверности, важности и предпочтительности ситуаций, целей, ограничений и вариантов наиболее употребительны следующие методы: ранжирование, парное сравнение, непосредственная или балльная оценка и последовательное сравнение.

Ранжирование представляет собой процедуру расположения объектов в порядке предпочтения (значимости) по одному или нескольким выбранным показателям сравнения. Номер, который при этом получает каждый объект, называется рангом.

Равно значимые объекты получают одинаковые ранги (их называют связанными рангами), которые могут быть и дробными числами. При этом сумма рангов m и объектов равна сумме натуральных чисел от единицы до m.

Парное сравнение представляет собой процедуру установления предпочтения объектов при сравнении всех возможных пар [22].

В практике сравнения пары объектов (Xi и Xj) используются различные числовые представления (Cij),например:

Xi > Xj  - 2;

Xi Xj  - 1;

Xi

Результаты парных сравнений удобно представлять в виде таблицы.

Непосредственная оценка представляет собой процедуру приписывания объектам числовых значений значимости. На практике весомость, значимость объектов в этом случае выражают в баллах (в долях единицы или процентах). При этом применяются 5-, 10- и 100-балльные шкалы.

Последовательное сравнение представляет собой комплексную процедуру измерения, включающую как ранжирование, так и непосредственную оценку.

Таким образом, применение методов экспертных оценок позволяет выразить качественные характеристики исследуемой системы в количественных оценках. При этом используются: суммарная информация, которой владеет группа экспертов; специально разработанные процедуры получения обобщенного суждения экспертной группы; оценки достоверности полученных результатов.

9. Системный анализ при планировании исследований и разработок

Методологической основой программно-целевого планирования исследований и разработок является системный анализ, который позволяет установить тесные связи между общими целями и конкретными вариантами распределения ресурсов, в том числе и ограниченных.

В процессе системного анализа при планировании выделяют следующие основные этапы [23]:

1) составление сценария;

2) определение генеральной цели планирования;

3) структуризация генеральной цели;

4) формирование перечня мероприятий по достижению целей;

5) определение временной последовательности работ по достижению целей;

6) расчет объема ресурсов и их распределение по работам, выполняемым для достижения целей.

Рассмотрим содержание этапов.

Составление сценария (этап 1). Этот этап включает разработку исследовательских прогнозов будущего в анализируемой предметной области на основе знаний о прошлом и настоящем.

Серии таких прогнозов позволяют: выявить активную внешнюю среду (прогностический фон) и ее возможные изменения; изучить тенденции развития анализируемой предметной области и их зависимость от условий предполагаемой внешней среды; обеспечить надежный переход к следующему этапу - выбору целей.

Для разработки исследовательских прогнозов используется, в первую очередь, метод сценариев, дающий словесное описание предполагаемого хода событий на тот или иной отрезок времени в будущем. В последние годы используются и другие методы: метод "Дельфи", построение имитационных моделей, морфологический анализ и др.

Для составления сценария необходимо четко определить его структуру и круг вопросов, которые должны быть в нем освещены: установить тесное взаимодействие между лицом, принимающим решение, и экспертами; описать структуру изучаемой предметной области и динамику ее развития при заданных условиях.

Для ее разработки проводят квалифицированный анализ большого числа патентов, уточняют и обобщают понятия, выявляют наиболее важные структурные признаки проблемы, которые выступают в качестве основания делений P (P1,P2,...Pi,Pn) и определяют родовое название элементов каждой горизонтальной строки матрицы. Затем выявляют основные наиболее существенные варианты реализации каждого основания деления  - классы m (m1, m2, ... mj, ...m ). Эти варианты определяют сущность и название ячеек (клеток) горизонтальных строк матрицы. Следует отметить, что по мере развития проблемы появляются новые признаки, новые альтернативные решения и морфологическая матрица уточняется, дополняется. Для этого оставляют незаполненной часть горизонтальных строк и ячеек в строках.

Морфологическая матрица описывает все возможные состояния проблемы и является основой для формирования возможных путей ее решения, т.е. построения дерева целей.

Определение генеральной цели планирования (этап 2) основывается на данных исследовательского прогнозирования. Генеральная цель может быть определена как цель развития или цель создания. Цель развития формулируют в виде желательного состояния объекта в будущем, причем это состояние может быть задано в виде указания на процесс, тенденцию изменения состояния объекта. Цель создания является формулировкой конкретного результата, который может быть достигнут в течение определенного промежутка времени. Цели создания могут быть сформулированы путем исключения недостатков, присущих конкретному объекту управления, или же синтезом достоинств отдельных объектов.

Для определения генеральной цели необходимо:

1) обязательно использовать данные исследовательского прогнозирования; 2) путем логического анализа выбрать генеральную цель (или совокупность генеральных целей); 3) при взаимодействии лица, принимающего решение, и экспертов составить исчерпывающий перечень подцелей верхнего уровня (либо полный перечень генеральных целей).

Структуризация генеральной цели (этап 3) проводится поэтапно.

1. Выделяются факторы, учитывающие: перспективность научных исследований; фундаментальную важность; величину экономического эффекта в народном хозяйстве при использовании данного вида продукции или технологического процесса; соотношение объема производства и объема затрат, конкурентоспособности нового вида продукции, технологического процесса, а также ресурсы и уровень научно-производственного потенциала; возможности реализации цели соисполнителями и поставщиками; научно-технические и социально-политические последствия реализации цели; объем эксплуатационных расходов потребителя.

2. Классифицируются объекты, оцениваемые по этим факторам.

3. Формулируются критерии для оценки элементов на каждом уровне.

4. Определяются весовые коэффициенты для каждого элемента на каждом уровне дерева.

Структура целей представляется в виде графа или дерева целей, при разработке которого определяются: принципы построения; основания декомпозиции на каждом уровне; глубина декомпозиции; полный набор целей на каждом уровне; характеристики связей между отдельными целями; приоритеты целей.

Для каждой подцели данного уровня формируется полная совокупность элементов следующего уровня, обеспечивающая выполнение этой подцели. Неполнота формирования подцелей может привести к различию между поставленной и фактически достигаемой целями.

Если возможны альтернативы в подцелях, то необходимо строить альтернативные графы целей и затем выбирать наиболее эффективные из них.

В зависимости от того, определяет ли каждая рассматриваемая подцель одну или несколько подцелей более высокого уровня иерархии, выделяются три типа графа целей - со связями перекрестными, прямыми и смешанного типа.

После построения структуры дерева целей оцениваются приоритеты целей (этап 4) (см. рис.9.1).

Рис. 9.1 Фрагмент дерева целей рассматриваемой проблемы

Возможные альтернативные варианты показаны количеством связей по каждому из подходов.

Некоторые подцели дерева могут определять две или более подцели более высокого уровня.

Оценка важности альтернативных путей производится по величине коэффициента относительной важности и шкале оценки показателей важности альтернативного пути.

Коэффициент важности на уровне подходов к решению главной цели определяется произведением соответствующих коэффициентов на вышестоящих уровнях.

Для определения коэффициента относительной важности элементов дерева целей может быть использован анализ мировой изобретательской активности. Для этого подсчитывают число патентных документов по отдельным ветвям дерева целей для определенного уровня, например уровня задач (S11 - S12) рис.9.2. Коэффициент относительной важности выражают в долях единицы или в процентах, принимая общее число патентных документов на данном уровне за 100%. Например, для решения задачи S1 имеются два подхода  - S11 и S12. По первому из них в банке данных оказалось 14 патентных документов, по второму  - 152. Коэффициенты относительной важности соответственно составили 0,08 и 0,92 (см.рис.9.2).

Рис.9.2 Относительная важность элементов дерева целей

Коэффициенты относительной важности задач первого уровня (S1 - S2  - S3) по изобретательской активности могут быть определены методом попарного сравнения. Согласно данным расчета на ЭВМ первая задача (S1) по изобретательской активности оказалась в 1,25 раза важнее второй (S2), а третья (S3), в свою очередь,  - в 2,2 раза важнее первой. Таким образом, коэффициенты относительной важности составили соответственно S1 - 0,25; S2 - 0,20; S3 - 0,55. Произведения коэффициентов относительной важности, например, по цепочке S1 S11 - 0,25 х 0,08 = 0,02, а по цепочке S1 S12 - 0,25 х 0,92 = 0,23. Отсюда следует,что проработка подхода S1 S12 в десять раз важнее подхода S1 S11. Подобные оценки чрезвычайно важны при планировании программы исследований и разработок.

Возвращаясь на первый уровень дерева целей, можно сделать заключение, что по шкале оценки показателей важности альтернативного пути, направление S3 (коэффициент 0,55) соответствует значению "большая важность". Следовательно, достижение главной цели путем использования интенсивных холодильных технологий (S3) является предпочтительным направлением, направление S1 - полезным (средняя важность) и направление S2 - необязательным, лишь косвенно содействующим решению поставленной проблемы.

При рассмотрении различных направлений развития (этап 4) следует обращать внимание на страны и фирмы, которые их развивают, оценивают коммерческую значимость и взаимное патентование, параметры объектов техники и технологии. Эти данные сопоставляют с научно-технической, рекламной и коммерческой информацией. При этом необходимо учитывать ограниченность ресурсов для достижения цели, направленной на сокращение потерь продуктов от усушки, так как существуют и другие цели (проблемы), такие как сокращение расхода энергии при производстве холода и др. Поэтому оценивают относительную важность между целями (проблемами),так как увеличение расхода наличных ресурсов для решения одной проблемы ведет к снижению расхода ресурсов на другие.

В тех случаях, когда возможность получения объективной информации об относительной важности анализируемых целей (проблем) отсутствует, используются оценки экспертов.

Определение временной последовательности (этап 5) работ по достижению целей выполняется путем составления сетевого графика работ.

Для разработки графиков требуется [23]:

- подразделить каждый этап программы на ряд контрольных событий;

- дать оценку затрат времени на переход от одного события к другому;

- определить, какие этапы и события программы должны выполняться последовательно, а какие этапы можно совместить или выполнить независимо;

- определить, какая последовательность событий требует самых больших суммарных затрат времени и создает критический путь или какая последовательность событий определяет полный срок работ графика.

Расчет объема ресурсов и их распределение (этап 6) по работам, выполняемым для достижения целей. Ресурсы обычно подразделяются на три основные категории: рабочая сила, материалы, производственные мощности. Ограниченность отдельных видов ресурсов выдвигает задачу их распределения. Увязка целей с ресурсами  - это процесс согласования целевых нормативов и ресурсов для их достижения.

10. Системный анализ при проектировании объектов техники

В последние годы произошли существенные изменения в характере деятельности конструктора, его роли в создании новой техники, требований к его профессиональным знаниям, навыкам, общей эрудиции. В круг конструкторских дисциплин вошли сетевое планирование, эргономика, техническая эстетика и многие другие отрасли науки и техники.

Основной целью проектирования любой технической системы является определение качественного и количественного состава ее компонентов и компоновки их в пространстве.

Системный анализ при создании изделия должен включать все основные этапы: определение потребности, постановку цели, поиск идей, отбор наиболее перспективных из них, изучение возможностей производства и сбыта, разработку изделия, выпуск опытной партии продукции, изучение состояния рынка сбыта и организацию массового производства.

Все промышленные предприятия в условиях самофинансирования и хозрасчета ориентированы на получение прибыли, связанной с выпуском продукции, от сбыта которой зависит их существование и развитие. При этом гарантией успеха являются четкое определение и глубокое понимание задач предприятия на период от 2-5 до 10 лет.

Появляется насущная необходимость системного анализа: видения всей системы, учета взаимовлияния ее подсистем друг на друга, развития системы.

При проектировании технических объектов обязательно применяются и анализ, и синтез, которые не отделимы друг от друга.

Процесс проектирования новых объектов (систем) укрупненно можно представить в виде последовательности следующих этапов:

1) формирование плана (выявление потребности, определение цели);

2) разработка технического задания (формирование ограничений достижения цели);

3) разработка проектной документации (эскизный, технический проекты);

4) разработка рабочей документации (испытание опытных образцов, внесение коррективов в рабочий проект).

После определения какой-либо потребности анализируются возможности ее реализации при существующем развитии техники за приемлемый промежуток времени. Это приводит к выявлению альтернативных путей ее удовлетворения, которые формулируются как цель (цели) создания объекта (системы).

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

В настоящее время в инженерном мышлении происходит ломка многих традиций. Специализация задач и методов сочетается с интеграцией, с необходимостью рассмотрения различных сторон явлений, их синтеза. В этих условиях требуется умение связать близкие цели с дальними, технические перспективы с социально-экономическими. Учесть все это и позволяет системный анализ при создании и освоении объектов техники. В системном анализа объединяются мнения специалистов различных областей знаний в единой модели получения лучшего технико-экономического решения при создании принципиально новых и совершенствовании существующих объектов техники.

Общими задачами системного анализа являются максимальное использование информации с целью получения технического объекта с минимальными затратами и с заданными свойствами, а также постановка задач по непрерывному выявлению новой информации. Таким образом, системный анализ концентрирует накопленный опыт, интегрирует закономерности и типизирует ранее решенные задачи и их результаты.

Приведенные в разд.4 примеры, конечно, не исчерпывают всех возможных приложений методов системного анализа при создании и освоении объектов высокого технического уровня. Однако они помогут слушателям при разработке методики системного анализа и выборе методов исследования в конкретных условиях решения той или иной задачи.

Приложение 1.

3 А Д А Н И Е

на курсовую работу по дисциплине Основы организации и научных исследований и разработок телекоммуникационных систем ".

Студенту уч. гр.

Тема: "Разработка и обоснование технического задания на НИР по теме выпускной магистрской работы"

Цель: 1. Прио6рести практические навыки в формулировании и обосновании положений ТЗ на НИР.

2. Разработать и обосновать с позиций системного подхода основные исходные положения и вопросы, подлежащие исследованию, для выпускной магистрской работы.

Основные вопросы для разработки:

1. Сформулировать тему выпускной работы.

2. Выполнить экспресс - анализ и обзор положения дел в выбранном тематическом направлении по публикациям в ведущих изданиях и обосновать актуальность выбранной теми.

3. Сформулировать и обосновать основные вопросы, которые подлежат исследованию и разработке в выпускной работе.

4. Оформить результаты в виде проекта ТЗ на НИР (см. Пpиложение 2 ).

Срок защиты курсовой работы - до

Руководитель курсовой работы Задание к исполнению принял Студент уч.гр

Приложение 2.

1.Цели научно-исследовательских работ.

Научно-исследовательская работа ( НИР) является начальным этапом комплекса работ по созданию, освоению и внедрению новой техники.

НИР проводят в случае, когда разработку продукции невозможно или нецелесообразно осуществлять без проведения соответствующих исследований.

Основанием для проведения НИР является договор.

НИР проводят с целью получения методами научного исследования:

обоснованных исходных данных для разработки TЗ на новую и модернизированную продукцию и выявления наиболее эффективных решений для использования их в процессе проведения опытно-конструкторских работ (ОКР) или опытно-технологических работ (ОТР);

образцов новых веществ, материалов и т.п. и осуществление их всесторонней проверки перед проведением ОТР.

Рекомендации законченных НИР должны обеспечивать возможность создания продукции, соответствующей по своему техническому уровню высшей категории качества с учетом научного прогнозирования на период ее производства и рационального использования сырья, материалов, топлива и энергии.

НИР проводят в соответствии с планами, разработанными и утвержденными в установленном порядке , поручений министерств, программ работ по решению научно-технических проблем, заказ-нарядов (договоров), заявок заказчика на разработку продукции, а также инициативных предложений организаций (предприятий).

Организация (предприятие), проводящая научно-исследовательскую работу, именуемая в дальнейшем исполнителем НИР, несет ответственность за научно-технический уровень работы, а также за полноту и объективность представляемых результатов.

В зависимости от характера, сложности и объема работ в выполнении НИР могут принимать участие одна или несколько организаций (предприятий) одного или различных министерств. В этом случае головной исполнитель НИР координирует работу организаций-соисполнителей, выступает в роли заказчика по отношению к соисполнителям, а также отвечает перед заказчиком НИР за научно-технический уровень работы в целом.

Исполнитель НИР представляет в установленном порядке и в установленные сроки в Украинский институт научно-технической и экономической информации информационный материал о проведении НИР по фермам и соответственно требованиям к их заполнению. При этом оформляется регистрационная карта, а НИР получает регистрационный номер.

2. Структура Технического задания на НИР

Техническое задание ( ТЗ) на НИР является исходным обязательным документом, определяющим цель, содержание, порядок проведения работ, а также намечаемый способ реализации результатов НИР.

ТЗ на НИР разрабатывают на основе научного прогнозирования, анализа передовых достижений отечественной и зарубежной науки и техники, результатов поисковых НИР, изучения патентной документации, а также требований заказчика.

При подготовке ТЗ на НИР по созданию новой (модернизируемой) продукции определяется необходимость разработки стандартов (пересмотра действующих стандартов или внесения в них изменений) или подготовки предложений по разработке стандартов ( пересмотра действующих стандартов или внесению в них изменений) на указанную продукцию.

Техническое задание на НИР в общем случае должно состоять из следующих разделов:

основание для проведения работ;

цель и исходные данные для проведения работ;

этапы НИР;

основные требования к выполнению НИР;

способ реализации результатов НИР;

перечень технической документации, предъявляемой по окончании работ; порядок рассмотрения и приемки НИР;

технико-экономическое обоснование;

приложения.

Допускается уточнять содержание разделов, вводить новые разделы или объединять отдельные из них.

3.Содержание основных разделов ТЗ на НИР

В разделе "Основание для проведения работ" указывают полное наименование документа (документов), на основании которого проводится работа, сроки начала и окончания работы.

В разделе "Цель и исходные данные для проведения работ" указывают цель проведения НИР, решаемые проблемы: проводится ли данная работа впервые или является продолжением выполненных работ, перечень научно-исследовательских работ, открытий, изобретений или других работ, на базе которых выполняется данная работа.

В разделе "Этапы НИР" указывают необходимые этапы выполнения НИР, сроки выполнения их исполнителями и чем заканчивается этап.

В разделе "Основные требования к выполнению НИР" устанавливают основные технические требования, которые должны соблюдаться при проведении НИР. Е общем случае указывают требования к номенклатуре параметров, численные значения которых необходимо получить, точность их определения. точности воспроизведения внешних условий, способы моделирования объектов исследования (математическое моделирование, физические модели, макеты, экспериментальные образцы и их количество, состав разрабатываемой документации для изготовления). особые требования по технике безопасности при проведении работ и др. требования, обеспечивающие успешное выполнение задач НИР.

В этом же разделе устанавливают необходимость разработки стандартов (пересмотра действующих стандартов или внесения в них изменений) или подготовки предложений по разработке стандартов (пересмотру действующих стандартов или внесению в них изменений) на продукцию, подлежащую исследованию в данной НИР.

В разделе "Способ реализации результатов НИР" указывают намеченные пути использования результатов НИР, в том числе для разработки продукции, создания методик расчетов, испытаний, а также использование результатов НИР во внешнеэкономических связях.

В разделе "Перечень технической документации, предъявляемой по окончании работ" указывают документы, предъявляемые для рассмотрения и приемки НИР, а также организации (предприятия), которым направляется отчетная документация.

В разделе "Порядок рассмотрения и приемки НИР" указывают необходимость проведения рецензирования, принятия НИР комиссией, составление промежуточных отчетов.

В разделе "Технико-экономическое обоснование" приводят ожидаемые преимущества новой продукции перед существующими отечественными и зарубежными аналогами, ориентировочная экономическая эффективность от внедрения этой продукции.

В приложении к Т5 НИР в общем случае приводят таблицы, схемы, перечни справочно-информационных, патентных материалов (отчеты о патентных исследованиях, формулы открытий, описания исходных изобретений) и других материалов, необходимых для выполнения НИР.

Для внесения изменений или уточнений ТЗ НИР на последующих этапах к нему выпускают дополнение. Согласование и утверждение дополнений к ТЗ НИР проводят в том же порядке, который установлен для ТЗ НИР. На титульном листе ТЗ НИР в этом случае делается запись: "Действует совместно с дополнением № ".

Учет и хранение ТЗ НИР проводят в порядке, установленном в отрасли.

ТЗ НИР разрабатывает исполнитель НИР и в общем случае согласовывает:

с заказчиком ;

с ведущей (головной) организацией по данному виду продукции или проблеме;

с организацией-разработчиком программы работ по решению научно-технических проблем, если проводимая НИР включена в нее.

На НИР, выполняемые по договору с конкретным заказчиком, ТЗ НИР допускается согласовывать только с этим заказчиком.

ТЗ на НИР утверждает министерство (промышленное объединение) - исполнитель НИР. Министерство (промышленное объединение) может предоставить право утверждать ТЗ НИР организации (предприятию) - исполнителю НИР.

4. Порядок выполнения НИР

Этапы проведения НИР предусматривают в общем случае выполнение следующих работ.

Этап 1. Разработка Т5 НИР.

Этап 2. Выбор направления исследования.

Состав работ. Сбор и из учение научно-технической литературы, нормативно-технической документации, эксплуатационной информации об аналогах и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме.

Проведение патентных исследований.

Составление аналитического обзора.

Формулирование возможных направлений решения задач, поставленных в ТЗ НИР, и их сравнительная оценка.

Выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач.

Сопоставление ожидаемых показателей новой продукции после внедрения результатов НИР с соответствующими показателями изделий-аналогов или с действующей нормативно-технической документацией.

Оценка ориентировочной экономической эффективности от внедрения новой продукции с ожидаемыми показателями по результатам НИР на основе научного прогнозирования на время разработки, освоения и срока морального старения выпускаемой продукции.

Разработка общей методики проведения исследований (программы работ, план-графика).

Составление промежуточного отчета и его рассмотрение (при необходимости).

Этап 3. Теоретические и экспериментальные исследования.

Состав работ. Разработка рабочих гипотез, построение моделей объекта исследований, обоснование допущений.

Выявление необходимости проведения экспериментов для подтверждения отдельных положений теоретических исследований или для получения конкретных значений параметров (коэффициентов), необходимых для проведения расчетов.

Разработка методики экспериментальных исследований, подготовка моделей (макетов, экспериментальных образцов), а также испытательного оборудования.

Проведение экспериментов, обработка полученных данных. Сопоставление результатов эксперимента с теоретическими исследованиями.

Корректировка теоретических моделей объекта. Проведение дополнительных экспериментов при необходимости).

Проведение технико-экономических исследований эффективности внедрения объекта исследования в народное хозяйство

Составление промежуточного отчета и его рассмотрение (при необходимости).

Этап 4. Обобщение и сценка результатов исследований.

Состав работ. Обобщение результатов предыдущих этапов работ. Оценка полноты решения задач.

Проведение при необходимости дополнительных исследований, в том числе патентных.

Разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР.

Формулирование технических требований для технического задания на разработку продукции.

Составление и оформление отчета.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дж.ван Гиг. Прикладная общая теория систем.  - М.: Мир, 1981. - Кн.1, 2. - Пер. с англ.

2. Солодовников В.В. Системный анализ и проектирование многообъектных систем управления: Учебное пособие. - М.: МВТУ им.Баумана, 1982.

3. Черняк Ю.И. Системный анализ в управлении экономикой. - М.: Экономика, 1975.

4. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника.  - М.: Радио и связь, 1985.

5. Тригер Д.Я. Введение в системный анализ. - М.: МИФИ, 1978.

6. Краткий биографический справочник (ученые и специалисты капиталистических стран, занимающиеся проблемами управления и системными исследованиями). - М.: ВНИИСИ, 1980.

7. Научно-технический прогресс: Словарь.  - М.: Политиздат, 1987.

8. Оптнер С. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. - М.: Сов. радио, 1969.

9. Зимин Ю.М., Умрихин Ю.Д., Черкасов Ю.Н. Методология системного подхода к разработке организационных структур управления большими системами: Учебное пособие. - М., 1981.

10. Волкова В.Н., Воронков В.А. и др. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи. - М.: Радио и связь, 1983.

11. Стабин И.П., Моисеева В.С. Автоматизированный системный анализ. - М.: Машиностроение, 1984.

12. Губанов В.А., Захаров В.В., Коваленко А.Н. Введение в системный анализ. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1988.

13. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. - М.: Высшая школа, 1989. 1

14. Горелова В.Л., Мельникова Е.Н. Основы прогнозирования систем: Учебное пособие для инженерно-экономических спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1986.

15. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теории больших систем управления. - Л.: Энергоиздат, 1982.

16. Определение технического уровня объектов техники и научно-техническое прогнозирование: Конспект лекций.  - М.: ВНИИПИ, 1986.

17. Деловая игра "Системный подход к исследованию объектов техники". - М.: ВНИИПИ, 1987.

18. Котова Г.А. Основы функционально-стоимостного анализа в автомобилестроении: Учебное пособие/ИПК Минавтопрома. - М.: 1986.

19. Основы функционально-стоимостного анализа/Под ред. М.Г.Карпунина и Б.И.Майданчика. - М.: Энергия, 1980.

20. Моисеева Н.К. Выбор технических решений при создании новых решений. - М.: Машиностроение, 1980.

21. Рекомендации по исследованию уровня и тенденций развития техники на основе патентной информации.  - М.: ВНИИПИ, 1988.

22. Евланов Л.О. Теория и практика принятия решения.  - М.: Экономика, 1984.

23. Курсаков В.Н., Останюк С.Ф., Румянцев В.П. Основы проектирования долгосрочных целевых научно-технических программ: Учебно-методическое пособие/Под ред. Б.Н.Оныкия. - М.: ЦНИИатоминформ, 1980.

24. Методические рекомендации по определению возможных состояний и путей развития объекта прогнозирования (опыт патентно-статистического анализа)/АгроНИИТЭИИМП. - М.: 1987.

25. Практика проведения функционально-стоимостного анализа в электротехнической промышленности/Под ред.М.Г.Карпунина. - М.: Энергоиздат, 1987.

26. Гвишиани Д.М. Методологические аспекты системных исследований. - В кн.: Философско-методологические основания системных исследований. - М.: Наука, 1983.

27. Проблемы программно-целевого планирования и управления/Под ред. Г.С.Поспелова. - М.: Наука, 1981.

28. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. - М.: Наука, 1986.

29. Системный анализ в управлении научно-техническими комплексами/Под ред. Л.Н.Сумарокова. - М.: Атомиздат, 1980.


Описание предмета: «Методы принятия решений»

Процесс принятия решения о том, какие состояния считать атакой относится к классу управленческих и предполагает определение множества признаков объектов, установление шкал и измерение значений этих признаков у объектов, снижение размерности пространства признаков, выявление наиболее информативных признаков, построение решающих правил распознавания классов состояний объектов по векторам признаков, представляющим эти состояния. С учётом изложенного можно утверждать, что решение указанной задачи распознавания служит краеугольным камнем в принятии решений. В дальнейшем вектор признаков, предъявляемый для распознавания, будем называть входным вектором решающего правила или просто входным вектором.

Методы решения задач распознавания могут быть классифицированы [9] на лингвистические (синтаксические, структурные) и геометрические .

Лингвистические методы используют в качестве признаков некоторые заранее определенные непроизводные (исходные) элементы, например, поля пакетов, атрибуты базы данных применительно к задачам активного аудита. Состояния объектов представляются посредством иерархической структуры, конструируемой на базе непроизводных элементов.

Грамматика задания состояний содержит конечное число непроизводных элементов, правил подстановки и переменных, В лингвистических методах используется весь арсенал формальных языков и грамматик [10]. Лингвистические методы применяются, например, при сигнатурном анализе.

При использовании геометрических методов состояния распознаваемых объектов представляются точками в многомерном пространстве признаков, число измерений которого равно числу признаков, различаемых у объектов. Ярким представителем этих методов служат пороговые решающие правила, относящие к разным состояниям, в которых значение некоторого признака больше или меньше заданного порога.

Литература

  1. Управление высокотехнологичным бизнесом. – М.: Юнайтед Пресс, 2007. – 264 с.
  2. Г.М. Анисимов, А.М. Кочнев. Основы научных исследований лесных машин. – СПб.: Лань, 2010. – 528 с.
  3. В.И. Круглов, В.И. Ершов, А.С. Чумадин, В.В. Курицына. Методология научных исследований в авиа- и ракетостроении. – М.: Логос, 2011. – 0 с.
  4. Организация научных исследований в промышленности США. – М.: Издательство иностранной литературы, 1962. – 316 с.
  5. А.Б. Николаев. Общественное воспроизводство и развитие научных исследований в США. – М.: Наука, 1969. – 324 с.
  6. Исхаков. Организация Научных Исследований В Области Защиты Окружающей Среды. – М.: , 2007. – 112 с.
  7. В.И. Круглов, В.И. Ершов, А.С. Чумадин, В.В. Курицына. Методология научных исследований в авиа- и ракетостроении. – М.: Логос, 2011. – 432 с.
  8. И.Б. Рыжков. Основы научных исследований и изобретательства. – СПб.: Лань, 2012. – 224 с.
  9. Н.Г. Ярышев, Д.А. Панкратов, М.И. Токарев, Н.Н. Камкин, С.Н. Родякина. Физические методы исследования и их практическое применение в химическом анализе. – М.: Московский педагогический государственный университет, 2012. – 164 с.
  10. В.И. Комлацкий, С.В. Логинов, Г.В. Комлацкий. Планирование и организация научных исследований. Учебник. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2014. – 208 с.
  11. В.П. Бочарников, И.В. Бочарников, С.В. Свешнков. Основы системного анализа и управления организациями. Теория и практика. – М.: ДМК Пресс, 2014. – 286 с.
  12. С.И. Самыгин, Г.И. Колесникова, Д.С. Загутин. Организация научно-исследовательской и педагогической деятельности в области управления персоналом. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2015. – 350 с.
  13. Владимир Малкин. Основы научных исследований. – М.: Palmarium Academic Publishing, 2013. – 176 с.
  14. Александр Новиков. Система управления стратегическим развитием многопрофильной компании. – М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2012. – 380 с.
  15. Н.Г. Петрова, И.М. Акулин. Обоснование дизайна научного исследования и основные методы статистического анализа результатов исследования. – М.: Издательство СПбГУ, 2014. – 48 с.
  16. А.В. Душкин, В.И. Новосельцев, В.И. Сумин. Моделирование систем управления и информационно-технического обеспечения. Учебное пособие. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2015. – 192 с.
  17. В.И. Новосельцев, Б.В. Тарасов. Теоретические основы системного анализа. – М.: Майор, Издатель А. И. Осипенко, 2013. – 536 с.


Готовые работы

Тема работыТип работы
Исследование и разработка проекта системы управления инженерного производства
Менеджмент
Диплом
146 стр. / 15300 руб.
Кадровое планирование
Управление персоналом
Диплом
98 стр. / 9500 руб.
Исследование и проектирование организационных систем управления
Экономика предприятия
Диплом
59 стр. / 5600 руб.
Усиление контроля в регулятивном менеджменте
Менеджмент
Диплом
102 стр. / 10900 руб.



Задайте свой вопрос по вашей работе

Гладышева Марина Михайловна

marina@studentochka.ru
+7 911 822-56-12
с 9 до 21 ч. по Москве.






Добавить файл к заказу

- осталось написать email или телефон

Внимание!

Банк рефератов, курсовых и дипломных работ содержит тексты, предназначенные только для ознакомления. Если Вы хотите каким-либо образом использовать указанные материалы, Вам следует обратиться к автору работы. Администрация сайта комментариев к работам, размещенным в банке рефератов, и разрешения на использование текстов целиком или каких-либо их частей не дает.

Мы не являемся авторами данных текстов, не пользуемся ими в своей деятельности и не продаем данные материалы за деньги. Мы принимаем претензии от авторов, чьи работы были добавлены в наш банк рефератов посетителями сайта без указания авторства текстов, и удаляем данные материалы по первому требованию.

Контакты
marina@studentochka.ru
+7 911 822-56-12
с 9 до 21 ч. по Москве.
Карта сайта ЗАКАЗАТЬ
Цены, скидки и акции
Реферат, доклад, эссе, контрольная 120 р./стр.
Курсовая от 150 р./стр.
Отчёт по практике 150 р./стр.
ВКР, дипломная от 175 р./стр.
Скидки. Антиплагиат.
Поделиться
Реклама



Мы в социальных сетях
Отзывы
Елена, 20.06
ОГРОМНОЕ СПАСИБО!!! Защитила на отлично!


Букинистика: редкие книги!