Системный анализ как метод научного познания

Мы начинаем рассматривать объект как систему, когда нам нужно познать, иследовать, описать его свойства, характеристики, функции. Именно тогда мы начинаем сначала мысленно разделять объект на составные части (анализировать), а потом смотреть, как эти части соединены в объекте (синтезировать).

Анализ и синтез — две дополняющие друг друга мыслительные операции, позволяющие человеку исследовать окружающий мир.

При исследовании объекта как системы на первом шаге — этапе анализа системы — осуществляется разбиение системы на подсистемы, то есть осуществляется декомпозиция системы в соответствии с той целью, которую поставил перед собой исследователь. Каждая из подсистем рассматривается затем как система. Для неё определяются входы, выходы, назначение, параметры.

На втором этапе — этапе синтеза — устанавливаются отношения между подсистемами, связывающие входы и выходы каждой подсистемы со входами и выходами других подсистем.

Пример Если для починки будильника его распилить, то снова собрать из полученных «кубиков» работающий будильник вряд ли удасться. Как вы понимаете, операция распиливания будильника на части не является операцией анализа.

Проанализируем некоторые объекты с позиций системного подхода.

Пример. Сердечно-сосудистая система:

элементы — сердце, артерии, вены, капилляры и так далее;

структура — взаимосвязь элементов в процессе движения крови;

входы — кроветворные органы и органы, обеспечивающие эластичность и другие показатели кровеносных сосудов;

выходы — органы, с помощью которых кровеносная система воздействует на организм, обеспечивая его жизнедеятельность;

целостность — определяется теми функциями, которые система выполняет в организме; это, в частности, доставка тканям питательных веществ и кислорода, удаление продуктов распада, обеспечение теплорегуляции и пр.

Пример. Абстрактная система — теория:

элементы — понятийный аппарат, исходные положения (аксиомы), выявленные закономерности, вытекающие из них следствия;

структура — правила вывода новых положений из уже известных;

входы — постановка исследовательской задачи; выходы — решение задачи;

целостность — определяется той методикой исследования, которой придерживается исследователь.

Пример. Электронно-вычислительная система:

элементы — устройства компьютера (аппаратное обеспечение), программы (программное обеспечение), данные;

структура — взаимосвязь устройств, определяющая архитектуру компьютера; взаимосвязь устройств и программ, а также программ между собой, обеспечиваемая операционной системой;

входы — устройства и программы, обеспечивающие ввод информации в систему;

выходы — устройства и программы, обеспечивающие вывод информации;

целостность — обуславливается функциями, выполняемыми системой по автоматизации информационных процессов.

Таким образом, целенаправленное изучение системы будет эффективным в том случае, если каждая из подсистем, полученная в результате анализа, будет существенно проще для рассмотрения, чем исходная система, а число взаимосвязей между подсистемами получится минимальным и обозримым.

В научную терминологию прочно вошло понятие «системный подход»,с позиций которого в различных областях науки ведется исследование самых разнообразных объектов и явлений. Наиболее полно суть системного подхода сформулирована В. Г. Афанасьевым, выделившим следующие аспекты этого подхода:

• системно-элементный — получение ответа на вопрос, из чего (каких компонентов) образована система;

• системно-структурный — раскрытие внутренней организации системы, способа взаимодействия образующих ееэлементов;

• системно-функциональный — определение функций, выполняемых системой и образующими ее компонентами;

• системно-комуникационный — раскрытие взаимосвязи данной системы с другими, как по горизонтали, так и по вертикали, иными словами, выявление входов и выходов системы;

• системно-интегративный — определение механизмов, факторов сохранения, совершенствования и развития системы;

• системно-исторический — получение ответа, как возникла система, какие этапы в своем развитии проходила, каковы ее перспективы.

Каждый из этих аспектов определяет один из видов анализа системы.

Пример.Рассмотрим электронные таблицы (ЭТ) как систему. Нас интересует в данном случае не то, что изображено на экране дисплея, когда вы производите расчеты с помощью электронных таблиц, а ЭТ как программное средство. В рамках системно-элементного анализа мы можем выделить основные элементы системы. Для ЭТ основными элементами являются отдельные программные модули.

Системообразующий элемент — головной модуль (для электронных таблиц Excel, например, это excel.exe), который на время работы размещается в оперативной памяти и организует вызов других модулей по мере их необходимости.

В рамках системно-структурного анализа мы можем выделить взаимосвязи между модулями ЭТ. Поскольку отдельные программные модули представляют собой процедуры, написанные на каком-либо языке программирования, то связи между модулями задаются формальными параметрами, определенными в заголовках процедур, глобальными переменными и ссылками на другие процедуры.

В рамках системно-функционального анализа мы можем определить назначение и функции ЭТ, их возможности. К основным функциям большинства ЭТ относятся: вычисления по формулам, автозаполнение, форматирование, графическое представление данных, сортировка и фильтрация данных, подбор параметров и многое другое.

В рамках системно-коммуникационного анализа необходимо выделить связи с внешней средой, каковой выступают операционная система и другие программные средства, с одной стороны, пользователь — с другой. Связь с пользователем определяется теми возможностями, которые заложены в пользовательском интерфейсе. Например, при работе с Excel пользователь может внести данные и формулы в ячейки таблицы, задать команды с помощью панели инструментов, команд меню или «горячих клавиш».

Связь с операционной системой осуществляется путем передачи управления тем процедурам ОС, которые необходимы для выполнения команд пользователя. Связь с другими программными средствами осуществляется, например, через буфер обмена данными (при использовании технологии динамического обмена данными), позволяющий переносить данные из текстового редактора или базы данных в ЭТ и обратно. Системно-интегративный анализ позволяет определить те модули, которые наиболее часто используются или не используются никем, а также модули, которые было бы желательно добавить, чтобы обеспечить пользователей необходимыми дополнительными возможностями.

Системно-исторический анализ позволяет проследить, как совершенствовались электронные таблицы. Появившись в 1983 году, уже к концу 80-х годов они вошли в число наиболее распространенных программных средств. В настоящее время они входят как важный компонент во все офисные пакеты, установлены практически на всех ПК.

При рассмотрении объекта как системы необходимо:

1) сформулировать цель исследования;

2) выделить основные (системообразующие) элементы и подсистемы;

3) определить, как они взаимосвязаны между собой;

4) выявить основные функции каждой подсистемы и системы в целом;

5) определить входы и выходы системы и способы реагирования на внешние воздействия, то есть определить, каким образом объект взаимодействует с окружающей средой;

6) выявить системообразующие факторы, обуславливающие сохранение и/или развитие объекта как единого целого;

7) определить системоразрушающие факторы;

8) проанализировать этапы развития системы, ее перспективы.

Одним из методов системного анализа является моделирование, в частности, информационное моделирование. Одна и та же система может быть рассмотрена и описана с разных точек зрения (исходя из разных целей), что выражается в выделении разных параметров, характеризующих эту систему. Иными словами, система может быть описана множеством моделей.

ПримерСистема «водитель-автомобиль» может быть представлена моделями, отражающими:

• статическое состояние компонентов системы (внутреннее устройство двигателя, состав и расположение приборов на панели управления);

• энергетические процессы (термодинамический цикл в процессе сгорания топлива);

• процесс управления (правила для водителя по управлению автомобилем).

ПримерСистема «человек-компьютер» может быть рассмотрена с точки зрения возможностей по обработке информации, предоставляемых человеку. Параметрами модели системы с этой точки зрения будут производительность центрального процессора, объем оперативной памяти, состав периферийных устройств, состав и функции программного обеспечения и др. Эта же система может быть опи-

сана с точки зрения взаимодействия ее основных подсистем — параметрами в этом случае будут выступать тип пользовательского интерфейса, его «дружественность», опыт и квалификация человека, перечень задач, которые он решает с помощью компьютера и др. Эта же система может быть описана с точки зрения ее взаимодействия с окружающей средой, в частности, ее места и роли в глобальной компьютерной сети. Параметрами в этом случае являются: характер взаимодействия с сетью — возможно только обращение к ресурсам сети или предоставление ресурсов, размещенных на собственном сайте; наиболее часто используемые услуги сети (электронная почта, чат, поисковые системы и пр.); среднее время, проводимое в сети, и пр.

Основными объектами изучения современной науки все чаще выступают большие исложные системы, то есть системы, состоящие из большого числа элементов, с разнообразными связями между ними, выполняющими многочис-леные функции. Их всестороннее изучение требует объединения усилий исследователей разных специальностей, интеграции знаний, накопленных в различных областях науки и техники.

Пример.Сложной системой является отдельный человек, если рассматривать совокупность его духовных, нравственных, психических, интеллектуальных, эстетических, физических, физиологических качеств.

Пример.Сложными являются практически все социальные системы — нации, государства, партии, производственные и учебные коллективы.

Пример.К классу сложных систем относятся социотехнические (человеко-машинные) системы — производственные предприятия, система дорожного движения, система информатизации общества.

Пример.Отдельный компьютер (как совокупность аппаратного и программного обеспечения) и компьютерные (телекоммуникационные) сети также относятся к классу сложных систем.

Изучение систем необходимо для того, чтобы:

• понимать закономерности их развития и не выступать (вольно или невольно) разрушающим, дестабилизирующим фактором;

• знать процессы, происходящие в системе для целенаправленного управления развитием системы и предотвращения нежелательных последствий;

• уметь планировать и осуществлять управляющие воздействия на систему, с тем, чтобы значения ее параметров были оптимальными с точки зрения выполнения присущих ей функций в рамках всеобщих систем, таких как общество, государство, биосфера, ноосфера, Вселенная, мироздание.

Системный подход является закономерным результатом развития методов научного познания. Системные представления существовали в науке задолго до того, как этот термин стал широко использоваться. Уже древние космогонические мировоззренческие модели рассматривали окружающий нас мир как нечто единое, взаимосвязанное.

В истории развития таких наук, как астрономия, химия, физика, биология, география, обществоведение можно проследить, как исследователи постепенно стали все прочнее опираться на системный подход.

В современных научных иследованиях системный подход является одним из основных, наряду с такими подходами, как синергетический и информационный. В настоящее время он используется не только для получения новых знаний о закономерностях природы и общества, но в большей степени с целью применения научного знания для построения искусственных систем, создаваемых трудом и гением человека.

Особенно наглядно это проявляется в технике, где проектирование и создание сложных систем требует согласованной работы сотен тысяч элементов.

Системная методология— совокупность методов изучения свойств различных классов системных задач, то есть задач, касающихся отношений в системе или отношений системы с внешним окружением.

Системный подход— метод исследования какого-либо объекта как системы.

Анализ— выделение составных частей исследуемого объекта; переход от общего описания исследуемого объекта к выявлению его внутреннего строения, состава, определению свойств его отдельных элементов, отношений между элементами и пр.

Синтез— составление целостного представления об объекте, конструирование новых объектов.

Успешное проведение анализа и синтеза часто позволяет обнаружить не известные ранее свойства объекта.

Целенаправленное изучение системы будет эффективным в том случае, если каждая из подсистем, полученная в результате анализа, будет существенно проще для рассмотрения, чем исходная система, а число взаимосвязей между подсистемами получится минимальным и обозримым.

Виды системного анализа:

• системно-элементный — получение ответа на вопрос, из чего (каких компонентов) образована система;

• системно-структурный — раскрытие внутренней организации системы, способа взаимодействия образующих ее элементов, построение структурной схемы;

• системно-функциональный — определение функций, выполняемых системой и образующиим ее компонентами;

• системно-комуникационный — раскрытие взаимосвязи данной системы с другими, как по горизонтали, так и по вертикали с точки зрения обмена информацией;

• системно-интегративный — определение механизмов, факторов сохранения, совершенствования и развития системы;

• системно-исторический — получение ответа на вопрос, как возникла система, какие этапы в своем развитии проходила, каковы ее перспективы.

Основные этапы системного анализа:

1)определение цели исследования объекта;

2) выделение основных (системообразующих с точки зрения выбранной цели) элементов и подсистем;

3) определение и моделирование стуктуры системы, то есть способов взаимосвязи элементов и подсистем между собой;

4) выявление функций основных подсистем и системы в целом;

5) определение входов и выходов системы, а также способов взаимодействия системы с окружающей средой, моделирование процесса функционирования системы;

6) выявление системообразующих факторов, обуславливающие сохранение и/или развитие объекта как единого целого;

7) определение системоразрушающих факторов и условий их нейтрализации;

8) анализ этапов развития системы и ее перспектив.

В системном анализе широко используется моделирование, в том числе информационное моделирование. Изучение систем необходимо для того, чтобы:

• понимать закономерности их развития и не выступать
(вольно или невольно) разрушающим, дестабилизирую
щим фактором;

• знать процессы, происходящие в системе для целенаправ
ленного управления развитием системы и предотвраще
ния нежелательных последствий;

• уметь планировать и осуществлять такие управляющие
воздействия на систему, чтобы значения ее параметров
были оптимальными с точки зрения выполнения прису
щих ей функций в рамках таких всеобщих систем, как
Ноосфера, Вселенная, Мироздание.

Задание 1

Определите, в каких случаях осуществляется анализ или синтез, а в каких нет:

а) исследуется назначение каждого из пунктов меню графиче
ского редактора, а затем с помощью этого редактора создается
изображение;

б) при реставрации книга разделяется на отдельные листы, а за
тем вновь переплетается;

в) при переводе с иностранного языка каждое слово предложе
ния переводится на родной язык, а затем формулируется перевод
всего предложения;

г) фраза разбивается на отдельные слова и словосочетания, а за
тем с помощью их перестановки получают новое предложение
(например, «Казнить нельзя, помиловать» и «Нельзя помило
вать, казнить»).

Задание 2

Современные историки и литературные критики с позиций системного подхода подходят к изучению исторических событий и литературных произведений. Проведите системно-элементный анализ следующих объектов:

а) сказка Аксакова «Аленький цветочек»;

б) басня Крылова «Квартет»;

в) роман И. С. Тургенева «Отцы и дети»;

г) первая мировая война;

д) вторая мировая война;

е) становление российской государственности.

Задание 3

Проведите системно-структурный анализ следующих объектов (выделите системообразующие элементы и связи):

а) учебник информатики;

б) персональный компьютер;

в) ваша семья;

г) произведение, которое вы изучаете на уроках литературы;

д) город, в котором вы живёте.

Задание 4

Проведите системно-функциональный анализ приведенных ниже систем. Определите, зависят ли функции системы (объекта анализа) от функций ее составных элементов.

а) географический атлас;

б) текстовый редактор;

в) водитель за рулем автомобиля;

г) сеть Интернет;

д) программное обеспечение ПК.

Задание 5

Пусть система состоит из 20 элементов. Предположим, что каждый элемент связан с любым другим только одной связью. Сколько будет всего взаимосвязей?

Каждый из 20 элементов связан с 19 остальными. Тогда всего связей 20 х 19 = 380.

Разобъем систему на 4 подсистемы по пять элементов в каждой. Если рассматривать подсистему как отдельный элемент, то число связей между подсистемами 4 х 3 = 12, число связей внутри каждой подсистемы — 5×4 = 20.В этом случае исследовать необходимо всего 12 + 4 х 20 = 92 связи (вместо 380). Таким образом, исследовать систему, разбив ее на подсистемы, как правило, легче. Проведите подобные расчеты, если:

а) в системе 20 элементов и она допускает разбиение на 5 подсис
тем по 4 элемента в каждой;

б) в системе 100 элементов и она допускает разбиение на 10 под
систем по 10 элементов в каждой.

Если ученый является приверженцем системного подхода и никогда от него не отступает, может ли это обеспечить истинность выводов, к которым он пришел в результате исследования? Иными словами, всегда ли в результате системного подхода мы получаем достоверное знание?

Важность системного подхода была осознана в связи с законами сохранения массы и энергии.

Деятельность человека нуждается во все более возрастающем количестве вещества и энергии. Отсюда возник вопрос: является ли вещество и энергия неисчерпаемыми? Ответом на него были два фундаментальных закона сохранения: закон сохранения вещества и закон сохранения энергии: суммарное количество энергии и вещества в замкнутой системе остаются постоянными.

Пример.По шероховатой поверхности движется тележка с грузом. Известно, что она обладает кинетической энергией. Через некоторое время она остановится. Можно предположить, что энергия исчезла. Однако, пользуясь законом сохранения, применённым к системе «тележка-поверхность», можно утверждать, что существует какой-то вид энергии, который позволяет сохранить неизменным общее количество энергии. Это тепловая энергия.

Заметим, что раньше теплоту не считали энергией. Она рассматривалась как некая неразрушимая жидкость — флигостон, которую впитывают материальные тела как губки впитывают воду. Чем больше флигостона впитало тело, тем оно теплее.

Однако в XIX веке было показано, что теплота — это один из видов энергии. Таким образом, введение нового вида энергии — тепловой — было сделано исключительно исходя из закона сохранения энергии, то есть исходя из системных соображений.

Пример.Другим примером является история открытия новой элементарной частицы — нейтрино.

В 20-х годах прошлого века физики всего мира интенсивно занимались изучением радиактивного распада тяжелых ядер атомов. При этом оказывалось, что энергия ядра до распада не совпадала с энергией его «осколков». Чтобы обеспечить выполнение закона сохранения энергии 1930 г. физиком В. Паули было сделано предположение, что недостающую энергию уносит неизвестная частица, которая потом и была найдена.

Так было открыто нейтрино.

Законы сохранения массы и вещества выполняются во всех известных в настоящее время системах, однако их истинного понимания нет до сих пор. Как иронично заметил один известны ученый, физики считают законы сохранения философским постулатом, а философы — экспериментальным физическим фактом.

Законы сохранения вещества и энергии имеют исключительно важные следствия для науки, политики и интеллектуальной и духовной жизни общества. Например, если цивилизация ставит во главу угла непрерывное, все расширяющееся производство, она нуждается в постоянном притоке вещества и энергии, и, как следует из законов сохранения, в постоянном расширении своих подсистем.

В социально-экономическом плане это означает необходимость постоянно экспансии, сопровождающейся войнами, революциями и пр. История показывает, что подобные экспансии характерны для всех промышленно-развитых стран.

Уточним понятие сложной системы,поскольку системный подход применяется чаще всего именно для исследования систем такого рода.

К характерным особенностям сложных системотносят:

• большое число взаимосвязанных разнородных элементов и подсистем;

• многообразие структуры системы, обусловленное как разнообразием структур ее подсистем, так и многообразием способов объединения подсистем в единую систему;

• сложность функций, выполняемых системой и направленных на достижение цели ее функционирования;

• взаимодействие с внешней средой и функционирование в условиях воздействия случайных факторов;

• наличие управления, часто имеющего иерархическую структуру, а также разветвленной информационной сети и интенсивных информационных потоков;

• отсутствие возможности получения полной и достоверной информации о свойствах системы в целом по результатам изучения свойств ее отдельных элементов;

• наличие множества критериев оценки качества и эффективности функционирования системы и ее подсистем. Важнейшими способами исследования сложных систем

являются:

• синтез, который состоит в нахождении структуры и определяющих параметров системы цо заданным ее свойствам;

• анализ,при осуществлении которого по известным структуре и параметрам системы изучается ее поведение, исследуются свойства системы и ее характеристики. Эти способы взаимосвязаны и используются совместно.

В частности, более сложные задачи синтеза чаще всего решаются с использованием результатов решения задач анализа. Основным инструментом решения задач анализа исинтеза системы является информационное моделирование системы.

Рандомно подобранные статьи с сайта:

Что такое системный анализ?


Похожие статьи:

  • Как методы научного познания

    Знания, как правило, не являются человеку в готовом виде. Их приобретение есть долгий и трудоемкий процесс. Общий метод познания, выработанный наукой,…

  • Системный анализ и физическое проектирование бд

    1)Системный анализ. Информационная система это не только программы, данные и коммуникации, но и люди (заказчики, пользователи, аналитики, разработчики)…

  • Моделирование как метод познания

    В повседневной жизни, на производстве, в научно-исследовательской, инженерной или любой другой деятельности человек постоянно сталкивается с решением…

admin