ТЕМА 4. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

Системный анализ – это совокупность методов исследования и проектирования различных объектов, а также решения проблем в разных областях (техника, бизнес, управление и др.).

Системный анализ, как и ТРИЗ, позволяет организовать мыслительную деятельность изобретателя.

В методах системного анализа обобщены результаты решения множества проблем. Системный анализ одновременно и наука, и искусство /6/.

Зачем нужен системный анализ?

Ярким примером его полезности является следующий: [7].

Японская компания “Сумитомо” в середине прошлого века купила обанкротившийся французский завод “Данлоп” по производству автопокрышек. «Но за очень короткое время мы шагнули из века каменного в век XXI, – сказал впоследствии один из профсоюзных лидеров этого завода – производительность труда возросла на 40 %, вдвое сократилось число прогулов, зарплата увеличилась на 22 %...”

В чем же причина такого успеха?

Дело в том, что в новой дирекции оказался один японец-системщик и двое его помощников».

Чем может помочь системный анализ изобретателю?

Рассмотрим некоторые примеры. Один из методов системного анализа – структурный анализ технических систем, т. е. изучение их состава и связей между элементами.

Структурный анализ позволяет оценить эффективность работы устройства – действительно ли необходимы все детали?, а системный анализ позволяет выбрать наилучшее устройство из нескольких альтернативных систем (т. е. из систем, которые выполняют одну и ту же главную полезную функцию).

Совместное применение методов инноватики и системного анализа дает возможность оценить коммерческий потенциал новой разработки.

Системный анализ может и многое другое. Некоторые методы системного анализа связаны с ТРИЗ. Например, структурный подход позволяет вычленить существенные связи между частями системы. Его применение может быть удачно дополнено применением закона полноты частей системы и закона энергетической проводимости системы.

Далее мы рассмотрим основные понятия, методы и этапы системного анализа.

Главное понятие системного анализа – система.

Существует большое количество определений системы. Наиболее емким считается следующее определение.

Система – это множество взаимодействующих между собой элементов, обладающее следующими свойствами: целостность, обособленность от окружающей среды, наличие связей со средой, наличие частей и связей между ними (структурированность), подчиненность всей организации системы некоторой цели.

Примером НЕ системы может выступать куча кирпичей или машины на стоянке – в обоих случаях нет общего, объединяющего элементы. Примером системы может служить автомобиль – его детали по отдельности не обеспечивают системного свойства, но объединенные - обеспечивают (перемещение грузов по поверхности земли с использованием бензинового двигателя)

.

Простейшие модели систем – черный и белый ящики. Модель черного ящика описывает только входы и выходы системы, т. е. ее связь со средой. Структура системы при этом не рассматривается.

Вход системы – это связь системы с окружающей средой, направленная от среды в систему, т. е. выражающая воздействия из среды на систему.

Выход системы – связь системы с окружающей средой, выражающая воздействие системы на среду и направленная от системы к среде.

Граница системы – поверхность в пространстве, разделяющая саму систему и окружающую ее среду. Эти понятия необходимо знать изобретателю, чтобы уметь проектировать новые технические системы.

Модель черного ящика необходима при проектировании технической системы, чтобы определить, как система будет взаимодействовать с окружающей средой.

Например, выходы системы «наручные часы»: это показание времени в произвольный момент, удобство ношения на запястье, удовлетворение требованиям санитарии и гигиены.

Входы системы «автомобиль: это руль, педали газа, сцепление и тормоза, рычаг переключения коробки передач, ручка стояночного тормоза [6].

Модель белого ящика включает входы и выходы системы и ее структуру.

Она строится после определения цели проектирования технической системы на основе законов развития технических систем.

Для всех систем характерна эмерджентность – особенность, состоящая в том, что свойства системы не сводятся к совокупности свойств частей, из которых она состоит, и не выводятся из них. Синонимы термина «эмерджентность»: системное свойство, системообразующий фактор, системообразующая функция, системный эффект.

Эти понятия системного анализа применяются в таких науках, как синергетика, кибернетика, математическое моделирование, теория информации, биохимия, ТРИЗ.

Классификация систем.

Системы можно разделить на природные (естественные), искусственные и смешанные. Важным отличием искусственных систем от природных является управляемость, т. е. изменение каких-либо параметров в зависимости от внешних воздействий (например, изменение скорости автомобиля зависит от того, как водитель нажимает педали газа и тормоза).

Примеры природных систем: Земля как небесное тело, Солнечная система, атом.

Искусственные системы: трактор, самолет, компьютер.

Смешанную группу составляют природно-искусственные системы, возникшие как природные, но отдельные свойства у которых усовершенствованы целенаправленной деятельностью человека (культурные растения, домашние животные, водохранилища

и т. д.).

Промежуточное положение между искусственными и естественными системами занимает человеческое общество. Читателю предлагается самостоятельно поискать в истории примеры попыток построения общества как управляемой системы. Что удалось? Что кончилось неудачей? Почему?

На рис. 5 представлена более подробная классификация

систем.

Рис. 5. Классификация систем (по [6])

Развитие технических систем происходит по определенным законам, которые будут рассмотрены в следующем разделе.

Любая система обладает определенной структурой ( см. рис. 6) -совокупностью связей между элементами системы.

Элемент – часть системы, которую мы рассматриваем как неделимую. Например, элементом автомобиля является двигатель. При желании двигатель тоже можно рассмотреть как сис-

тему, т. е. изучить его главную полезную функцию и структуру, однако при анализе структуры автомобиля в целом состав двигателя можно не учитывать.

Подсистема – система, содержащаяся в анализируемой системе.

Надсистема – система, включающая данную систему. Например, надсистемой жилого дома является система жилищно - коммунального хозяйства, которая является в свою очередь подсистемой системы «город».

Главная полезная функция – то, ради чего создается техническая система. Например, главная полезная функция автомобиля – перевозка людей и грузов по поверхности земли. Источником энергии служит бензиновый двигатель.

Рис. 6. Структура системы (по [6])

При анализе структуры систем произвольной природы взаимосвязь её элементов не учитывается.

В соответствии с философским принципом восхождения от абстрактного к конкретному следует изучить структуру специального класса систем – систем технических. Более подробно этот вопрос рассмотрен в разд. 5.

Развитием системных представлений в ТРИЗ является разработка так называемой девятиэкранной схемы мышления (рис. 7). Это метод анализа развития системы.

Девятиэкранная схема – конкретизация принципа иерархичности в системе. Любой объект – естественный или технический – является частью ещё большего объекта – надсистемы, и он состоит из элементов и (или) подсистем, т. е. обладает структурой.

Рис. 7. Девятиэкранная схема мышления (по [1])

Ниже перечислены некоторые методы системного анализа. Наиболее важным из них является метод принятия решения.

При принятии решения выбор из множества альтернатив осуществляется на основе критериев.

Критерий – средство для вынесения суждения; стандарт для сравнения; правило дляоценки.

Выработка критериев необходима для выбора одного решения из нескольких вариантов.

Например, при разработке грузового автомобиля критерием выбора является грузоподъемность. В ТРИЗ для технических систем критерием отбора служит идеальность.

Основные критерии оценки технических устройств специалистами по инноватике представлены в табл. 1.

Окончание табл. 1

Примечание.

Для НИОКР критериями также являются: сложность изделия, эргономические показатели, эстетические показатели, экологические показатели.

Полная процедура системного анализа проблемы включает двенадцать этапов, каждый из которых основывается на различных методах системного анализа (табл. 2 по [7]).

Таблица 2