Тема 6. Методы моделирования организационных систем

Вначале системный анализ базировался главным образом на применении сложных математических приемов и методов. Спустя некоторое время ученые пришли к выводу, что математика неэффективна при анализе глобальных проблем с множеством неопределенностей, которые характерны для исследования социально-экономических систем как единого целого. Поэтому стала вырабатываться концепция системного анализа, в котором делается упор на разработку новых диалектических принципов научного мышления, логического анализа сложных объектов с учетом их взаимосвязей и наличия противоречивых тенденций.

Количество методов системного анализа достаточно велико, поэтому решение проблемы их классификации является субъективным. Это объясняется тем, что при системном анализе исследователь в праве выбирать те методы формального описания сложного объекта, которые отвечают реализации главной цели с учетом основополагающих принципов системного анализа. К таким принципам относятся:

· целесообразность как соответствие методов решения задач исследования целям системного анализа;

· оптимальность как основа для формулирования критериев выбора наилучшего варианта сочетания методов, позволяющих получить практические результаты;

· системность как основа реализации целостного подхода в исследовании сложного комплексного объекта;

· иерархии как проявление закона порядка и отношения уровней применения методов в соответствии с целями решаемых задач исследования;

· интеграции как основа изучения свойств и закономерностей функционирования в специфики организации единого целого объекта исследования, с учетом сочетания получаемых результатов;

· формализации как основа наиболее адекватного способа описания, исследуемого объекта системой методов.

В научной и учебной литературе существует разнообразные подходы к классификации методов системного анализа. Такое разнообразие объясняется наличием многообразия целей использования методов системного анализа. Чаще всего классификация имеет научно-предметную направленность. Например, в экономике используют экономические методы анализа, в социологии - социологические, в психологии – психологические и т.п.

Специалисты считают, что классификация сделанная в работе Ю.И. Черняка наиболее универсально разделяет методы на четыре основные группы по принципу их применения в системных исследованиях [84]:

· логические (неформальные);

· графические;

· количественные;

· моделирования.

Такая классификация соответствует логике самого системного исследования – от описания идеи (гипотезы) до ее реализации различными формализованными способами, включая разработку математических или имитационных моделей систем.

В настоящее время большая часть специалистов по системному анализу склонна классифицировать все методы системного анализа на:

1. Количественные, использующие метод представления систем формальными средствами (математическими). В.Н. Волкова и А.А. Денисов в своих работах использую термин «методы формализованного представления систем» (МФПС), который позволяет представить единую систему методов системного анализа на основе средств формализации [21].

2. Качественные, использующие неформальные, логические методы исследования систем, которые названы «методами активизации интуиции специалистов» (МАИС).

Все количественные и качественные методы исследования систем основаны на принципе формализации. Принцип формализация – это способ описания систем качественными или количественными научными средствами.

К качественным методам описания систем можно отнести такие методы как: мозговой атаки, описания сценария, экспертных оценок, дерева целей, методы морфологического моделирования и др. Качественные методы позволяют использовать неформальные подходы к решению проблем на основе активизации творческой деятельности человека.

К количественным методам относятся все существующее многообразие математических методов, в том числе и методы экономико-математического анализа.

Математические методы исследования требуют описания системы, ее элементов в качестве параметров или параметрических функций. Ценность формализации для научных исследований систем заключается в том, что исследуемая проблема может быть эффективно разрешена на основе четкого формулирования целого ряда задач. Следует отметить, что проблема отличается от задачи тем, что метод ее решения часто не имеет четкого решения. Задача же решается определенными научными методами.

Математика – это наука об абстрактных структурах, законах их поведения и взаимосвязях между ними в качестве функций. Для математики имеет смысл не предметное содержание объекта-системы, а ее параметрическое описание в дискретном виде, функциональная зависимость параметров, свойства объекта. К Боулдинг отмечал, что для теории систем: «…математика – язык теории, но она не дает нам содержания». Для того чтобы к реальному объекту-системе можно было приложить методы математики, нужно выделить его основные, существенные свойства и описать их с помощью абстрактных моделей в виде структуры элементов, связей и отношений, определить математические зависимости или отношения.

А. Пуанкоре, великий физик, математик и мыслитель, еще много лет тому назад писал: «математика изучает не предметы, а лишь отношения между ними».

Понятие «отношение», одно из фундаментальных понятий теории систем, но оно имеет существенно другой смысл, чем в математике. Поэтому не все отношения могут быть представлены классической математикой. Например, психологические или экономические отношения между партнерами на экономическом рынке.

Исследования свойств, связей и отношений в социально-экономических системах не могут быть описаны только языком математики. В этом и заключается сложность и неоднозначность исследования сложных и больших систем. Поэтому в таких случаях используют метод моделирования.

Главным научными средством реализации целей исследования в системном анализе для решения практических задач является метод моделирования. Исследуя объекты окружающего мира, мы вынуждены как-то отображать результаты исследования для того, чтобы, с одной стороны, представить их и в виде, удобном для анализа, а с другой для хранения информации о них. Проектируя, создавая что-то новое, мы первоначально формируем некоторый образ этого нового. Управляя чем-либо, мы, как правило, пытаемся анализировать, к каким последствиям приведет результат управление. Перечисленные задачи требуют фиксации (представления) информации об объекте в виде некоторого образа (словесного, графического и т. п.). В связи с этим в познавательной и практической деятельности человека ведущую роль играют модели и моделирование реальных объектов, явлений или процессов. Особенно незаменимо моделирование при работе со сложными объектами (в частности, экономическими). Все это делает моделирование важнейшим инструментом системного анализа.

Модель — это упрощенное подобие объекта, которое воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики объекта-оригинала или объекта проектирования.

Метод моделирования разработан с учетом принципа изоморфизма (многообразия) замены одного объекта на адекватную (похожесть) замену его на модель. Соотношение объекта и модели определяется степенью ее адекватного описания научными или иными средствами (вербально, графически, математически и т.п.). Адекватность является, как уже отмечалось, важным принципов теории систем. Моделирование является основополагающим методом исследования больших и сложных систем в теории систем. В теории систем утверждается, что никаких других средств для качественного и эффективного описания больших и сложных систем, кроме моделирования не существует. В современной науке укоренилось представление, что «всякое познание является моделированием» (Н. Амосов). Можно утверждать, что любая исследовательская деятельность всегда связана с моделированием.

Каждая теория – это тоже абстрактная модель «понимания» содержания предмета исследования. Модели могут создаваться на основе средств:

· познания (формы мышления), т.е. эвристические, гипотетические, концептуальные;

· рационально-логических средств исследования – эмпирические, теоретические, математические.

Разница между разными видами моделирования в том, что не всегда разработанную модель можно адекватно описать математическими средствами для получения количественных и качественных результатов. Моделирование связано с выяснением или воспроизведением свойств какого-либо реального или создаваемого объекта, процесса или явления с помощью другого объекта, процесса или явления.

Моделирование — это построение, совершенствование, изучение и применение моделей реально существующих или проектируемых объектов (процессов и явлений).

Например, социально-экономическую модель нельзя адекватно представить в математическом виде. Она слишком сложна. Применение математических средств возможно лишь тогда, когда определены средства оценки, измерения всех существенных параметров системы. Для создания наиболее похожей модели сложной системы необходимы средства содержательного эмпирического представления, которые предшествуют использованию формализованных средств математики.

Любая модель строится на основе некоторых теоретических принципов и реализуется определенными инструментальными средствами прикладных наук. Теоретическими принципами построения моделей больших и сложных динамических систем становятся принципы теории систем, о которых уже говорилось. Основу инструментальных средств построения этих моделей составляют математические методы описания алгоритмических процессов. Такой подход в моделировании обеспечивает определенную строгость и логичность доказательств, которые могут избежать многих противоречий в понятиях на междисциплинарном уровне.

В теории систем широко используются специальные методы моделирования, которые применяются в прикладной информатике, к ним относятся:

· имитационное динамическое моделирование, использующее методы статистики и специальный язык программирования взаимодействия структурных элементов;

· ситуативное моделирование, использующее методы теории множеств, теории алгоритмов, математической логики (Булевой алгебры) и специальный язык анализа проблемных ситуаций;

· информационное моделирование, использующее математические методы теории информационного поля и теории информационных цепей.

Классификация методов моделирования в системном анализе отличается от классических методов теории моделирования тем, что процесс моделирования связан с сочетанием процедур анализа и синтеза. Это объясняется необходимостью учета в исследовании объекта - системы принципов симметрии и гармонии как фундаментальных закономерностей композиции элементов в целом образовании, будь-то космические системы, системы живой или неживой природы и общества.

Принцип симметрии – это фундаментальное свойство всех материальных систем, связанное с законом сохранением энергии, информации и вещества в целом образовании.

Принцип гармонии – это фундаментальное свойство сохранения устойчивых связей и отношений между элементами в целом образовании.

В системном анализе исследователь обычно решает две важные задачи — экспертную и конструктивную. В экспертной задаче на основании имеющейся информации описывается прошлое, настоящее и предсказывается будущее системы. Суть конструктивной задачи заключается в том, чтобы создать нечто новое с заданными свойствами. Для решения экспертных задач применяют, так называемые, описательные модели, а для решения конструктивных — нормативные.

В системном анализе различают методы индукционного и редукционного моделирования.

Индукционное моделирование осуществляется с целью получения сведений о специфики объекта-системы, структуре, элементах, способах их взаимодействия на основе анализа частного и приведения этих сведений к общему описанию. Индуктивный метод моделирования больших и сложных систем используется в том случае, когда невозможно адекватно представить модель внутренней структуры объекта. Это метод позволяет создать обобщенную модель объекта-системы, сохраняя специфику организационных свойств, связей и отношений между элементами, что отличает ее от другой системы. При построении такой модели часто использую методы логики теории вероятности, т.е. такая модель становится логической или гипотетической. Затем определяются обобщенные параметры структурно-функциональной организации системы и описываются их закономерности, с помощью методов аналитической и математической логики.

Редукционное моделирование используется с целью получения сведений о закономерностях взаимодействия элементов в системе для сохранения целого структурного образования. Причем, считается, что свойства целого образования нам известны на основе закономерностей и законов теории систем, а сами элементы не являются объектами исследования. При таком методе исследования сами элементы заменяются описанием их внешних свойств. Использование метода редукционного моделирования позволяет решить задачи по определению свойств элементов, свойств их взаимодействия и свойств самой структуры системы, чтобы их совокупность отвечала наилучшим образом принципам целого образования с заданными свойствами. Такой метод используется для поиска методов декомпозиции элементов и изменения структуры, придавая системе в целом новые качества. Этот метод отвечает целям синтеза свойств системы на основе исследования внутреннего потенциала к изменению. Практическим результатом использования метода синтеза в редукционном моделировании становится математический алгоритм описания процессов взаимодействия элементов в целом образовании.

Преимуществом методов моделирования системного анализа является возможность проводить исследования какого-либо объекта - системы без непосредственного обращения к нему.