Лекции и учебные пособия по системному анализу

Системный анализ

«Основы теории систем и системного анализа»

В. Н. Спицнадель

Оглавление    
Глава 3.6, «Организационные структуры управления» Заключение

Глава 3.7, Некоторые практические результаты применения системного анализа

Исключая единичные случаи, необходимо признать, что системная методология редко используется в массовом масштабе и для большинства разработок... характерно эмпирическое развитие метода проб и ошибок.

И. М. Макаров

1. При строительстве ВАЗа предусмотрели столовые, рассчитанные на то, чтобы все рабочие смены могли пообедать одновременно. Проверено: за 18 минут в этих столовых свободно обедают сразу 30 тыс. человек. Но представьте, каких размеров должны быть столовые, чтобы вместить сразу 30 тыс. человек. Конечно, огромных. И такие огромные залы используются всего два раза в сутки. Экономично ли?

С точки зрения людей, видящих перед собой только одну столовую, — невыгодно. Не укладывается в сознании таких экономистов-несистемщиков, противоречит здравому смыслу. Но подойдем к вопросу с иной позиции. Будем рассматривать его не изолированно, а в комплексе, в единой системе со всем производством. При этом учтем все многообразие факторов — технических, технологических, экономических, психологических и т.п. — и, допустим, ради кажущейся выгоды откажемся от таких столовых. Пусть, скажем, главный конвейер останавливается на обед в одно время, а конвейер кузовного производства — в другое. Рабочая смена пройдет в столовую в две очереди, а ее зал можно уменьшить наполовину. Выгодно? Вроде бы да. Но не торопитесь с выводами!

На тот час, когда смена с кузовного производства будет обедать, а главный конвейер работать, нужен дополнительный задел. А ведь с конвейеров завода сходит одна машина каждые 25 секунд. Каким же должен быть задел во время обеда корпусников, во что он обойдется? И где его разместить, в каких помещениях? На автозаводе все — на подвесных конвейерах в огромных корпусах. Значит, чтобы сэкономить площадь столовой, пришлось бы увеличить площадь цехов.

Но здание цеха не то, что здание столовой. Цех — это мощные пролетные строения 14-метровой высоты да еще столько же в подвале, где размещаются подсобные службы. И строительство, и содержание таких помещений обойдется несравненно дороже, чем столовых, И выходит, что со всех точек зрения куда выгоднее строить столовые с расчетом на целую смену. Прийти к такому выводу помог системный подход.

Как видно, системный подход не есть какое-то открытие, позволяющее делать принципиально новое, а лишь систематизация здравого смысла, объединение предметов или знаний о них путем установления существенных связей между ними. При таком синтезе требуется мудрая дальновидность, умение связывать близкие цели с дальними, технические и экономические перспективы с экологическими и социальными.

2. В столице Швеции Стокгольме недавно была организована выставка драгоценных камней из Республики Шри-Ланка. Главное внимание посетителей привлекал знаменитый голубой сапфир «Звезда Ланки» массой в 392 карата и стоимостью в 420 тыс. дол.

Организаторы выставки весьма оригинально решили проблему охраны столь редких экспонатов. В витрину с драгоценными камнями они поместили трех ядовитых змей. «Мы подобрали самых ядовитых, самых смертоносных и наиболее быстрых змей, — заявил шведский специалист по змеям Уле Рузенквист. — Мы их специально не кормили в течение недели, чтобы они были в форме».

3. Как известно, во многих математических задачах ответ можно поучить несколькими способами. Другой вопрос, когда путей к достижению цели оказывается 1195.

Такой результат был получен в процессе успешного эксперимента преподавателем математики Максимом Бурханларским в 133-й софийской школе с преподаванием на русском языке: за один месяц 24 его восьмиклассника нашли именно столько решений словесной алгебраической задачи, составленной их сверстницей.

Интересно, что варианты решения задач не дублируются, дети оперировали разным числом неизвестных, вводимых в разных местах в ходе решения. Одна из участниц эксперимента (средняя ученица по геометрии), сама того не ведая, добралась до нового способа введения неизвестной величины в элементарную математику.

Сейчас 1195 вариантов решения задачи заботливо переплетены в толстый синий том массой 5,385 кг и ждут регистрации в книге рекордов Гиннесса. Ясно, что за таким богатством математического мышления школьников стоят энергия и оригинальная методика преподавания Максима Бурханларского — преподавателя с 32-летним стажем, автора книги «Методы анализа и решения задач при вычислении и доказательстве», на которую в 1976 г. он получил авторское право. В работе он подробно излагает сущность своей новаторской теории составления уравнений, ведущей к общему пути решения большого класса задач в элементарной математике.

Не пренебрегая учебным материалом, преподаватель постепенно знакомит своих воспитанников с тонкостями своей методики. И они незаметно начинают решать самые сложные задачи по алгебре и геометрии, применяя основные алгебраические знания. Учащиеся шутя справляются с ними, не боятся и не нервничают перед контрольными, кончают школу без «троек» и «четверок» по математике, а все, кто поступает затем в вузы с экзаменом по математике, до одного выдерживают его успешно.

Традиционная методика преподавания математики в школе — несовершенна. Дети затрачивают много времени, сил и нервов на то, чтобы проанализировать условия задачи и найти связь между данными и искомыми величинами. Это ребус, к которому они подходят со страхом, рассчитывая прежде всего на свою интуицию.

В классе Бурханларского нет слабых учеников по математике. Даже двоечники оказываются способными получать «четверки» и «пятерки» (к слову, в Болгарии шестибалльная система оценки знаний), а бывшие хорошие ученики, попав к нему, просто превосходят себя...

Характерно и другое: учитель не дает более двух домашних работ в течение года, но и они представляют простор для многовариантного, нешаблонного логического мышления.

4. Проведена сравнительная оценка экономической и системной эффективности.

В качестве объекта приложения методики оценки выбраны электромонтажные соединения (ЭМС) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Будучи малоисследованными, они являются самыми массовыми и распространенными элементами любой ТС. Для конкретной сравнительной оценки выбраны паяные соединения (ПС), в настоящее время наиболее распространенные в промышленности, и накрученные соединения (НС) как наиболее перспективные. Сравнительные расчеты экономической и системной эффективности ПС и НС показали, что НС по СЭ значительно превосходят ПС (в 12,5 раза на примере типового блока РЭА!), что и должно обусловливать их выбор в ТС. И этот пример показывает, что системная оценка — основа принятия управленческого решения.

5. Японская компания «Сумитомо» купила обанкротившийся французский завод «Данлоп» по производству автопокрышек. «С тех пор за очень короткое время мы шагнули из века каменного в век XXI, говорит один из профсоюзных лидеров.— Производительность труда возросла на 40%, вдвое сократилось число прогулов, зарплата увеличилась на 22%...» В чем же причина такого небывалого успеха? Дело в том, что в новой дирекции оказался один японец-системщик (личность!) при двух помощниках...

6. Научно-технический прогресс развертывается как взаимосвязанное и взаимообусловленное развитие системы наука — техника — производство — образование. Развитие в ней составляющих элементов есть процесс их взаимодействия и взаимопроникновения; взаимодействие первых трех элементов продуцирует новые научно-технические знания, которые реализуются в материальном субстрате техники, ее структурах и функциях. Система образования, вбирая достижения НТП, в свою очередь, готовит и поставляет кадры его организационным структурам, от которых зависит развитие наук, техники и производства. Все эти элементы образуют диалектическое единство, наличие противоречий в нем создает проблемные ситуации. Основополагающий методологический принцип их изучения — объединение всех элементов в системную модель. Ее разработка может иметь альтернативные модификации, но суть непременно должна состоять в том, чтобы совместить все усложняющееся и непрерывно изменяющееся содержание современной науки с доступной для студентов формой изложения. Задача, разумеется, не решается простым добавлением> к традиционным курсам нового материала и частичным обновлением старого. Все чаще специалисты высшей школы приходят к выводу о необходимости упрощения в дидактических целях материала современной науки и перестройки почти всех учебных дисциплин в соответствии со структурой и логикой прогрессивного развития науки. По-видимому, этим целесообразно заниматься прежде всего вузовскому сектору НИР. Разве получение экономического эффекта от исследований и разработок — единственный показатель оценки результатов деятельности сектора? Ученые вузов обязаны не только хорошо знать соответствующие разделы современной науки и техники, но и профессионально, дидактически их интерпретировать. Кстати, за счет этого можно сэкономить до 20—30 % учебного времени [Соколовский Ю.И. Сколько стоит время? // Изв. 1973. 29 ноября], что сокращает разрыв между содержанием учебных дисциплин, методиками обучения, реальными возможностями применения в них достижений НТП. Всему этому будет способствовать использование нового научного направления — онтодидактики, которая занимается анализом и переработкой научного содержания учебных дисциплин в дидактических целях. Онтодидактические исследования ведутся в двух направлениях — стратегическом и тактическом. К первому из них относятся: радикальные изменения в учебных планах, связанные с перестановкой учебных дисциплин или больших разделов; выявление глубоких взаимосвязей в учебном материале; выдвижение общих научных принципов. Второе направление включает оригинальные научные доказательства, нетрадиционные трактовки, новую классификацию понятий и т.д.

Учитывая относительную новизну вопроса, приведем ряд доказательных примеров [Соколовский Ю.И. Онтодидактика — актуальное направление исследований // Вест. Высш. шк. 1973. N 8. С. 7—13]. Классическая механика построена на трех законах движения Ньютона. Но это возможно и на основе уравнений Лагранжа, или принципа наименьшего действия. В математике принято водить логарифм как функцию, обратную показательной.

Однако известны предложения определять логарифм как интеграл от dx/x и доказательства, что обратной ему является показательная функция. Для теоремы Пифагора имеется несколько сот (!) доказательств, которые отличаются друг от друга степенью сложности. И если для других теорем такого изобилия обоснований нет, то лишь потому, что их поиском никто не занимался. Кто знает, не проще ли они, чем ставшие традиционными? Возможно, любое из таких построений логически безупречно отражает факты. Но с точки зрения дидактики они значительно различаются по степени доступности, по затратам учебного времени и усилий для овладения материалом. Альтернативность доказательств теорем, выводов формул, классификация понятий, изделий, процессов с последующим выбором оптимальных решений являются важными задачами вузовской НИР. Именно получение дидактического эффекта должно быть поставлено во главу угла при проведении и оценке любого вузовского исследования. Не отставать от отраслевой науки, а, используя солидный кадровый потенциал, высшая школа призвана даже опережать ее развитие, выходя на передовые рубежи прикладных и особенно фундаментальных исследований.

Именно на основе требований обеспечения дидактического эффекта были разработаны многие учебные программы Института повышения квалификации бывших МАП, МОП, MOM, МПСС, бывшей Ленинградской школы управления, Института управления и экономики и др.

7. Именно такой подход к системной оценке техники и производства реализуется в учебном процессе БГТУ им. Д.Ф. Устинова. Наши студенты успешно воспринимают и используют эту методологию и методы для оценки своих разработок в курсовом и дипломном проектировании. Методы системной оценки студенты применили и в разработках завода «Электроприбор», где они проходили производственную практику. Причем не только применили, но и разработали новые изделия с учетом всех этапов ПЖЦ, провели оценку каждого этапа с помощью его показателей. Хотя деятельность студентов была кратковременной, она оказалась весьма полезной для завода. Успешно разработаны новые приборы: источник питания демонстрационный ИПД-1, генератор низкой частоты лабораторный ГНЧЛ, индикатор ионизирующих частиц демонстрационный ИЧД-3, зарядное устройство ЗУ и т.д. В настоящее время уже организовано серийное производство изделий ИПД-1 и ГНЧЛ, а разработка остальных планируется на ближайшие годы. Мы считаем это положительным примером эффекта от полученных студентами научных знаний по полному жизненному циклу как методологическому принципу организации обучения.

Объективная оценка разрабатываемой новой техники по ПЖЦ имеет огромное воспитательное значение. Студенты увидели и убедились, что их труд не пропадает даром, а время и финансовые средства, затраченные на разработки, окупаются с немалой прибылью. «Никогда не ожидали, — говорили они впоследствии, — что мы способны быстро и качественно осуществить решение поставленных перед нами производственных задач. Мы получили большое моральное удовлетворение от этой исключительно полезной и интересной работы!» Обращаем внимание на то, что не менее важным в этом рассуждении студентов является мнение о ПЖЦ как методологической основе стимулирования познавательного интереса. Значит, ПЖЦ — средство не только обучения, но и воспитания такой устойчивой черты качества личности, как неуклонное стремление к познавательной, исследовательской, конструктивной, т.е. творческой инженерной деятельности.

8. Подобные экспериментальные исследования были проведены и кафедрой психологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова на примере учащихся общеобразовательной школы 8—10 классов по профилю «Радиоэлектроника» [Решетова 3.А. Психологические основы профессионального обучения. М.: Изд-во МГУ, 1985. 208 с.]. Сравнительные результаты учащихся экспериментальной (ЭК) и контрольной (КГ) групп показали существенные различия как в характере знаний, так и в практических возможностях. У учащихся КГ знания носили разорванный, фрагментарный характер и представляли собой некоторую совокупность не упорядоченных какой-либо схемой разрозненных сведений. При анализе технического устройства они обнаружили беспорядочную деятельность, не было ни плана общей деятельности, ни обоснований в ответах, ни уверенности в правильности даваемого ответа, ни связи одних данных с другими. Они допускали много ошибок при определении функции и назначения радиотехнического объекта. Знания же учащихся ЭГ представляли собой систему теоретического описания объекта в логике системного анализа. Они успешно проектировали и конструировали различные устройства радиотехнических систем (до 25 разновидностей) на базе радиоконструктора «Малыш», рассматривали их локальные и целостные характеристики, уровни строения, структуру каждого уровня, элементы, их свойства и связи между ними, проверяли возможные ошибки в схемах, раскрывали зависимости свойств элементов от состояния и характера «среды», вносили изменения в схемы в целях улучшения системных свойств аппаратуры.

В результате экспериментального обучения у учащихся был сформирован не только «политехнический» взгляд на вещи, но и связанные с этим профессионально важные качества личности: рационализаторство, техническое творчество, культура и дисциплина профессионального мышления, высокая производительность труда, творческое и сознательное отношение к труду и выбору будущей профессии (из 12 учащихся 10-го класса ЭГ 10 человек поступили учиться на радиотехнические факультеты). Резко сократилось время обучения. В действующей программе трудового обучения, утвержденной бывшим Министерством просвещения СССР, по радиотехническому профилю в 9—10-х классах на изучение только «теоретических сведений» по радиоэлектронике отводилось 85 часов. Экспериментальная программа, теоретически более емкая и обеспечивающая несопоставимый диапазон практических возможностей учащихся, потребовала всего 40 часов.

Итак, новый тип профессионального труда и соответственно новый тип профессиональных задач предусматривает деятельность, обеспечивающую ПЖЦ ТС. Ее смысл не в приобретении личностью широкой номенклатуры специальных знаний, а в уровне и принципах мышления, позволяющих, в частности, инженеру диалектически представить объект, явление, процесс во всем многообразии их свойств и вместе с тем — цельности, что дает возможность активно, сознательно и творчески, на научной основе построить управление деятельностью по развитию сложной техники. Но для этого необходима существенная перестройка учебных процессов на всех уровнях, как это было сделано в бывшем ЛМИ.

9. В технических вузах одним из основных предметов является «Проектирование» (по специальности). Проектируются машины, приборы, механизмы, технологические процессы, технологическая оснастка и многое другое. И все происходит иногда в рамках одной специальности. Для того чтобы улучшить усвоение материала и сэкономить время, мы даем студентам знание общей методики (методологии) проектирования любых технических объектов и процессов, объединяя их названием «технические системы» разной сложности: простые, сложные и большие. Эта качественная методика для студентов в основном младших курсов включает формулировку основных и рабочих принципов, анализ ошибок, разработку улучшенных принципов, сравнительную оценку и выбор оптимального рабочего принципа, соответствующего рациональной конструкции ТС или оптимальному технологическому процессу ее изготовления и сборки [Ханзен Ф. Основы методики конструирования (систематизация конструирования) / Пер. с нем. В.В. Титова. Л.: Машиностроение, 1969. 167 с.]. На старших курсах, следуя диалектическому методу, эта качественная методика дополняется количественной оценкой на основе системного анализа. Она включает постановку цели проектирования и выбор альтернативных путей решения задач (методология и логика), определение затрат на альтернативные решения поставленных задач (экономика), составление логико-математической модели, т. е. системы связей между целями, альтернативными средствами их достижения, требованиями на ресурсы окружающей среды (логика, математика, ЭВМ), выбор критерия оценки альтернатив (диалектика, логика), сравнение альтернатив и принятие решений (комплекс наук!). Критерием целесообразности той или иной ТС является не минимум массы или стоимости, не максимум надежности (как зачастую требуют преподаватели в вузовской практике обучения), а интегральный показатель и более точно — критерий системной эффективности, построенный на взаимосвязи общественных, естественных и технических наук.

Предлагаемая общая методика проектирования ТС для использования ее при обучении в высшей школе оказывается полезной для всех технических дисциплин и специальностей, развивающей творческие способности студентов, а также такие универсальные и важные свойства, как системность мышления, последовательность образа действий, умение связывать различные рабочие процессы при их разработке, способность к абстрагированию, взаимосвязи наглядного и абстрактного.

Для выработки навыков организационно-управленческой деятельности требуется объединение усилий различных наук. Особенно важно соединение общетеоретических знаний об организации и управлении с профессиональными знаниями. Не является секретом, что руководители различных предприятий предъявляют существенные претензии к вузам по поводу недостаточной активности молодых специалистов. По-видимому, пассивность части выпускников — результата в основном того, что мы не научили их основам организационно-управленческой деятельности не просто как таковой, а в комплексе, системе деятельности по специальности. Только общими усилиями всех преподавателей общественных, естественных и технических дисциплин можно передать студентам современную информацию по организационно-управленческой деятельности.

Итак, подведем некоторые итоги под содержанием пособия, посвященной системному анализу (в первую очередь, современной техники, выступающей ныне в виде сложных и больших технических систем).

Объективное развитие науки заключается в том, что она все больше систематически проникает вглубь и вширь действительности, т.е. во все более глубоком познании связей всего, всеобщей связи действительности вообще, которую мы называем миром [Краткая философская энциклопедия. М.: Прогресс, 1994]. А окружающий мир по своей структуре имеет системную природу. Это предъявляет определенные требования к современной высшей школе, находящейся в глубоком кризисе. (Кумбс Ф. Кризис образования в современном мире: системный анализ, 1970). В частности, требуется возвращение к системности знаний, потерянной в конце средних веков. Системность — это новое качество знаний, разорванное «лишь по произволу самим человеком» (Макс Планк).

По данным ЮНЕСКО, существуют три типа сферы инженерной деятельности:

  • инженер-исследователь-разработчик, выполняющий функции изобретателя; проектировщика и конструктора, связанные с НИР;
  • инженер-производственник, выполняющий функции технолога, организатора производства и эксплуатационника;
  • инженер-универсалист (системотехник широкого профиля) с функциями управления сложной инженерной деятельностью; особенно здесь важна методологическая направленность, требующая изменения формы профессиональной подготовки инженера, принципиально нового мышления.

Именно на последнюю сферу деятельности (в первую очередь!) и рассчитано представленное пособие.

Еще раз подчеркнем значение системности.

Для студентов и слушателей:

  • для развития мышления, ибо оно происходит через усвоение научной теории, внутренним свойством которой является системность;
  • для разработки различных социально-экономических систем (в том числе и технических), подход к которым должен быть адекватным их природе, т.е. системным;
  • для понимания знаний как результата синтеза; именно непонимание ведет к утрате желания учиться, к потере престижа высшей школы; понимание ценнее знания (Ланжевен);
  • для повышения интереса студентов к науке и изучаемым дисциплинам, ибо интерес вызывается в первую очередь пониманием;
  • для сокращения нагрузки на память; легче запоминать знания целыми блоками; перегрузки в средней и высшей школе возникают за счет большой мобилизации памяти при недогрузке мысли (в школе Л.Н. Толстого дети занимались по 12 часов в день и не уставали);
  • для укрупнения знаний: без дальнейшего увеличения знаний мы погибнем, но и под прессом этого знания мы не выживем (О. Рейзер — крупный специалист в области информатики);
  • для познания законов окружающего мира и формирования новых (ведь закон — это внутренняя, устойчивая, существенная связь и взаимная обусловленность явлений природы и общества);
  • уровень современного мышления определяется уровнем познания связей;
  • для упорядочения знаний (сегодня, по мнению академика Е.П. Велихова, 80% их не упорядочено;
  • освобождает студентов (и ученых) от массового дублирования работ, экономя астрономические суммы трудовых, материальных и финансовых ресурсов;
  • для получения научной картины мира как целостного усвоения знаний по основам наук о природе и обществе.

Для науки и научных дисциплин системность имеет следующее значение. Чтобы занятия имели научный характер, пишут эксперты ООН по образованию, они должны начинаться с постановки проблемы и кончаться выводами по их решению. Но:

  • попредметных проблем не существует (профессор Пенсильванского университета Р. Акофф);
  • в предметном знании невозможно принять оптимальное решение (профессор Торонтского университета А. Рапопорт).

Наша высшая школа продолжает оставаться попредметной и линейной с вытекающими отсюда последствиями. Выход из проблемной ситуации не может быть устранен частичными изменениями в содержании образования. Требуется серьезная перестройка структуры всей образовательной системы и ее процессов. Важнейший ее элемент — создание кафедры системологии (системотехники) в каждом университете. Она должна стать мозговым центром всей теоретической и практической работы по развитию социального и научно-технического прогресса, по организации планомерного перехода к системологическому (системотехническому) образованию как подлинно высшему! Главными ее целями являются обеспечение возможности комплексирования факультетов и кафедр в единую систему по профилю университета (вуза) в целях оптимизации содержания всех курсов и формирование системы научных дисциплин, излагающих принципы системного анализа. Рекомендуемые курсы такой кафедры:

  • логика и методология системного анализа;
  • основы системотехники (теоретической, инженерной, организационной);
  • системное проектирование современной техники;
  • системная оценка современной техники;
  • управление (системное!) развитием сложными техническими системами;
  • диалектика научно-технического прогресса;
  • концепция научно-технической политики государства, отрасли, фирмы;
  • системы качества в соответствии с международными стандартами ИСО 900 семейства 9000 и др.

Предлагая такие курсы, мы исходили из следующих требований к инженеру-системотехнику:

  • умения сформировать научно-техническую проблему и разработать под нее тактико-техническое задание;
  • правильного выбора конечных целей;
  • определения условий, в которых надо проверять предлагаемые варианты решений;
  • умения объективно оценивать имеющиеся данные по затратам, эффектам, качеству и прочим характеристикам в условиях риска и неопределенности;
  • способности предлагать и оценивать новые системы или способы выполнения задач;
  • динамического видения научной картины мира в целом, способности производить новое знание, умения творчески мыслить, обладать чувством собственного достоинства и пр.

Кафедра системотехники (системологии — для нетехнических университетов и институтов) — это выживаемость высшего образования, а следовательно, и всего нашего общества!

Оглавление    
Глава 3.6, «Организационные структуры управления» Заключение