Системный подход и системное проектирование

Системный подход представляет собой раскрытие сложноорганизованного объекта как целостности, как системы, т.е. совокупности множества элементов, связанных между многообразными и разноуровневыми типами связей (координация и субординация), составляющими структуру этого объекта. Функционирование и развитие такого объекта обусловлено именно его целостностью, его взаимосвязями, как внутренними, так и внешними (т.е. с его средой). Система, определяясь свойствами составляющих ее элементов, не сводится к их сумме. Результатом системного подхода выступает единая теоретическая концепция определенного объекта или фрагмента реальности. Как метод системный подход окончательно сложился лишь в ХХ в.

Системное проектирование включает в себя 3 основных раздела:

1) этапы разработки системы;

2) описание последовательности фаз и операций системотехнической

деятельности;

3) анализ проектирования с точки зрения кооперации работ и

специалистов.

1. Этапы разработки системы.

Этапы разработки системы разделяются в соответствии с системотехнической

деятельностью по объекту. В ходе проектирования представление о сложной

технической системе изменяется. Происходит последовательная конкретизация

моделей этой системы. Обычно при проектировании технических систем

представлены общие процедурные правила создания систем на различной

материальной основе. Сначала рассматривается процесс синтеза

функциональной модели системы, а затем ее преобразование в структурную модель

(или ее реализация). Каждый этап связан с определенными средствами

графического и символического представления системы. Здесь могут вводиться

определенные промежуточные преобразования (операции, которые выполняет каждый

элемент системы по отношению к течению процесса). Например, в качестве

функциональных моделей могут быть использованы алгебраические модели.

Структурные модели делятся на диаграммы протекания субстанции и блок-схемы.

Диаграмма показывает последовательность операций (более детально, чем в

функциональной модели, где не соблюдается строгая последовательность) и дает

минимум информации о плане построения системы: идентификацию элементов и схем

связей. В блок-схеме даны форма субстанции на входе одного и выходе другого

элемента.

Функциональные модели могут быть получены тремя способами.

1. Прототип системы дается в виде блок-схемы.

2. В виде последовательности инструкций. На блок-схеме может быть получена

диаграмма протекания субстанции, а из нее – функциональная модель. Из

последовательности инструкций сначала строятся диаграммы для различных групп

инструкций, из которых затем складывается единая функциональная модель.

3. Прототипа системы нет. Функциональная модель получается либо в виде

аналогий, либо задача сводится к подсистемам, либо модель составляется с

помощью модификации некоторых элементов доступной системы.

4. Если же модель не может быть получена ни одним из указанных выше, то на

этапе реализации функциональная модель представляется в виде поточной

диаграммы. С помощью перестановки блоков из функциональной модели получается

множество поточных диаграмм. Для реализации данных диаграмм, проектировщику

необходим каталог элементов, из которого выбираются системные, имеющие

близкие свойства к идеализированным элементам поточных диаграмм. В результате

получается блок-схема, соответствующая техническим условиям технического

задания.

Для создания системы недостаточно какого-либо единого описания, необходимо

сочетание блок-схемы, поточной диаграммы и функциональной модели. В процессе

проектирования они постоянно корректируются за счет возвращения на предыдущие

стадии. В результате получается целостное описание системы, составляющие

которого взаимно дополняют друг друга. При разделении системного

проектирования в соответствии со структурой технической системы выделяются

следующие этапы: макропроектирование (внешнее проектирование) и

микропроектирование (внутреннее проектирование) и проектирование окружающей

среды, которое связано с формулировкой целей системы.

Микроуровень включает в себя системное представление различных видов

деятельности, входящих в процесс проектирования. На данном уровне анализа они

дифференцируются по-разному, например:

- в зависимости от субъектов отдельных видов деятельности

(бригады проектировщиков, институты или юридические лица и т. д.). В

дальнейшем субъекты можно разделить в зависимости от их профессий -

проектировщик, исследователи, менеджеры и т. д.;

- в зависимости от типа отдельных видов деятельности. Технология

видов деятельности может быть сделана и детализирована различными способами в

зависимости от характера процесса проектирования в целом. Например, если

строится сетевой график строительной, инвестиционной и проектировочной

деятельности разграничивают два вида деятельности: операционная

(изыскательская, познавательная, проектировочная) и оценочная деятельность

принятия решений (утверждение, оценка и т.п.). В данной модели выделяется

второй тип деятельности.

Разделение субъектов и типов деятельности, участвующих в процессе

проектирования, может повысить адекватность и семантическую культуру тех

макромоделей, которые наиболее часто применяются на этом уровне.

Микроуровень анализирует отдельные виды деятельности, входящие в процесс

проектирования. Для этого уровня важным является понятие "деятельность",

а также различные возможности моделирования, входящего в процесс

проектирования. Значит возможности для моделирования различных типов

деятельности представляются математическими и семантическими информационными

теориями, развитыми в тесной связи с теориями принятия решений. Весьма

прогрессивны средства анализа, которые базируются на экономических моделях.

Они необходимы:

- для достижения планируемой цели на желаемом уровне, в желаемом

количестве;

- для достижения этой цели с минимальными потерями, расходами,

нужными ценами и т. д.

Следующий уровень анализа – анализ информационных процессов. Связь между

отдельными блоками деятельности может быть эффективной с помощью определенных

лингвистических средств, выражающих соответствующие первоначальные или

выведенные данные, цели и требования, связанные с рассматриваемой проблемой и

т. д. Формы данных должны обеспечивать не только многоцелевое использование,

но и преобразование данных из одной формы в другую (например цифровую,

графическую и т. д.). В анализе информационных процессов в проектировочной

деятельности проявляется тенденция, которая характеризуется как

информационный взрыв. Если мы понимаем информацию как такое свойство

данных, которое может приводить к снижению первоначального уровня энтропии,

то это явление означает рост поля данных, из которых только некоторые

способны к осуществлению информационной функции. Т. о. при проектировании

происходит сложный процесс превращения данных в информацию, который включает

в себя селекцию существенных данных и пропуск несущественных.

2. Фазы и операции системного проектирования.

Данный способ описания системного проектирования заключается в выделении в

нем последовательности фаз, а в самих этих фазах – цепи действий, или

обобщенных операций. Обычно системотехническая деятельность делится на

следующие пять фаз:

- подготовка технического задания;

- изготовление;

- внедрение;

- эксплуатация;

- оценка.

Иногда добавляется фаза "ликвидация" из-за возможных экологических

последствий этого процесса. На каждой фазе системотехнической

деятельности выполняется одна и та же последовательность обобщенных операций:

анализ проблемной ситуации, синтез решений, оценка и выбор альтернатив,

моделирование, корректировка и реализация решения. Системотехническое

проектирование как последовательность фаз, шагов и задач может быть

представлено в виде следующей таблицы:

Фазы Шаги Задачи

1. Изучение осуществимости.

1. Анализ потребностей. Получить множество пригодных решений проектной проблемы и проанализировать потребность, существующую в определенной сфере.

2. Проектная проблема. Определить и сформулировать проектную проблему на основе информации первого шага.

3. Синтез возможных решений. Из полученных в результате синтеза множества альтернативных решений выбрать потенциально пригодные решения проблемы и получить интегрированное целое.

4. Физическая реализуемость. Определений физической реализуемости проблемы.

5. Экономические рентабельные решения. Выбор из реализуемых решений экономически рентабельных.

6. Финансовая осуществимость. Сопоставление экономических решений с финансовыми ресурсами, получение множества пригодных как результата первой фазы.

2. Предварительное проектирование

1. Выбор из проектных идей. Определить из множества пригодных решений наиболее перспективное как предварительную идею проекта.

2. Формулировка математических моделей. Сформулировать математические модели как прототипы проектировочной системы.

3. Анализ чувствительности системы. С помощью экспериментирования определить критические проектные параметры, точные пределы чувствительности.

4. Анализ совместимости. Корректировка точных проектных параметров с точки зрения приспособления друг к другу подсистем и компонентов, увеличения их совместимости для исключения "катастроф" в системе.

5. Анализ стабильности. Исследовать поведение системы в необычных обстоятельствах, определить стабильные и нестабильные области в системе.

6. Оптимизация проектного решения. Осуществить окончательный выбор наилучшего решения среди нескольких альтернатив.

7. "Проекция в будущее". Определить общее направление и тенденции технического развития с учетом технического прогресса, т.е. возможности добавки в будущем к системе новых компонентов.

8. Экспериментальная проверка идеи. Определить поведение системы в будущем.

9. Экспериментальная проверка идеи. Определить физическую реализуемость системы.

10. Упрощение проекта. Устранение ненужной сложности.

3. Детальное проектирование

1. Подготовка к проектированию. Обоснование бюджета и организация проектирования.

2. Проектирование подсистем. Предварительное проектирование подсистем.

3. Проектирование компонентов. Фиксирование результатов в предварительных планах.

4. Детальное проектирование частей. Решение вопроса о физической реализации (определение формы, материала и т.д.) для получения сборочных чертежей, материальных прототипов.

5. Подготовка сборочных чертежей. Корректировка чертежей подсистем, компонентов и частей.

7. Программа проверки. Составление программы проверки продукта.

8. Анализ проверочных данных. Анализ проверочных данных по результатам программы проверки.

9.Усовершенствование системы. На основе анализа проверочных данных произвести обнаружение дефектов с целью усовершенствования системы.

3. Кооперация работ и специалистов в системотехнике

Системотехническое проектирование представляет собой комплексный вид

деятельности, включающий большое число исполнителей и функций. Ее целью

является организация всех работ и специалистов, привлеченных к этой

разработке. Системотехническая группа может быть организована:

1) как штабная группа при руководителе проекта (обеспечивает планы и ведение

программы);

2) как линейная группа во главе с начальником проекта, который является ее

непосредственным руководителем (функционирует по всем частям проектной

организации);

3) как расчлененная группа, состоящая из руководителей групп оборудования,

которые встречаются для выполнения задач проектирования системы в целом;

4) как отдельная линейная организация на равных правах с группами

оборудования, быстро переключающаяся с одного оборудования на другое;

5) как отдельное проектное бюро;

При небольшом количестве проектов наилучшей является организация (1), при

большом количестве – (4).

Таким образом, сегодня проектирование уже не может опираться на технические

науки. Выход инженерной деятельности в сферу социально-технических и

социально-экономических разработок привел к обособлению проектирования в

самостоятельную область и трансформации его в системное проектирование,

направленное на проектирование человеческой (например, управленческой)

деятельности, а не только на разработку машинных компонентов. Это приводит к

тому, что инженерная деятельность и проектирование меняются местами. Если

традиционное инженерное проектирование входит составной частью в инженерную

деятельность, то системное проектирование может исключать (например, при

создании новых машинных компонентов) или не включать в себя инженерную

деятельность. Сфера приложения системного проектирования расширяется, оно

включает в себя все сферы социальной практики (обслуживание, обучение,

управление и т. д.), а не только промышленное производство. Формируется

социотехническое проектирование, задачей которого является целенаправленное

изменение социально-организационных структур.

4. Социотехническое проектирование.

Новое состояние в системном проектировании представляет собой проектирование

систем деятельности. Поэтому здесь речь идет о социотехническом (в противовес

системотехническому) проектировании, где главное внимание должно уделяться не

машинным компонентам, а человеческой деятельности, ее социальным и

психологическим аспектам. Однако проектировщики пользуются зачастую старыми

средствами и неадекватными представлениями.

Прежде всего социотехническое проектирование характеризуется

гуманитаризацией. Проектирование само становиться источником формирования

проектной техники и вступает тем самым в сферу культурно-исторической

деятельности. Кроме того, в качестве объекта проектирования выступает и сама

сфера проектной деятельности ("проектирование проектирования").

Формируется особый методический слой направленный на выработку норм и

предписанный для проектных процедур, и теоретический слой, обеспечивающий

методистов знаниями об этих процедурах.

Социотехническое проектирование – это проектирование без прототипов, и оно

ориентировано на реализацию идеалов, формирующихся в теоретической сфере или

в культуре в целом. Его можно охарактеризовать как особое проектное движение,

состоящее из различных видов деятельности: производственной, эксплутационной,

традиционного проектирования и т. п. Проектирование тесно переплетается с

планированием, управлением, программированием, прогнозированием и

организационной деятельностью. Однако хоть сфера проектирования включает в

себя деятельность многих видов, она оставляет на первом плане конструктивные

задачи, подчиняя им все остальные.

Если рассмотреть основные проблемы социотехнического проектирования на

примере градостроительного, то там особенно остро стоит задача внедрения,

когда отдельные стадии реализации проектов уточняются на основе опыта

функционирования уже выполненных на предыдущих стадиях блоков проектируемой

системы. В связи с этим возникает сложная проблема организации и

реорганизации самой проектной деятельности, процесса (точнее, цикла)

проектирования. Данную функцию выполняет методология проектирования, которая

обеспечивает связь проектирования с другими сферами (например, производством

и потреблением), учитывая динамику каждой из этих сфер. В

градостроительном проектировании жизненное пространство района или квартала,

людские потоки и размещение элементов бытового обслуживания остаются вне поля

зрения заказчика в момент сдачи объекта в эксплуатацию. Перед ним предстает

лишь совокупность зданий, асфальтированных дорог и т. д. и весь этот комплекс

должен отвечать более или менее четким техническим и эстетическим

требованиям. Однако это не означает, что последние требования существуют в

реальности, а первые – нет. Напротив, недочеты авторов проекта самым

непосредственным образом ощущаются жителями, влияют на их работоспособность и

самочувствие. Здесь вступают в силу социальные и психологические аспекты, не

регистрируемые с точки зрения инженерной позиции, которая была основана лишь

на естественнонаучных знаниях и представлениях. Поэтому представители

современных научно-технических дисциплин ищут опору в общем системном

подходе, из которого они черпают основные понятия и представления. Однако

чаще всего инженерно-технические специалисты не находят готовых

интеллектуальных средств в достаточно разработанном виде и сами вынуждены

становиться методологами определенного (конкретно-научного) уровня,

достраивая недостающие теоретические схемы своей дисциплины.

На примере дизайна систем (художественное проектирование) в настоящее время

наметились следующие тенденции. Дизайн не должен лишь дополнять инженерное

проектирование. Он является более развитой формой проектирования. Дизайнер

выполняет сразу несколько профессиональных функций:

1) выступает как исследователь, действующий в

соответствии с нормами научно-теоретической деятельности;

2) выполняет функции инженера-проектировщика и

методиста, рассматривая продукт своей деятельности как проект;

3) является художником, который наследует и

эстетически преобразует все достижения предшествующей художественной культуры

в целях создания нового произведения искусства.

Эта многоликость профессиональных ролей стирает грани между исследованием и

проектированием, получением знаний и их использованием, между знанием и

деятельностью. В одних случаях дизайнер выполняет лишь вспомогательные

функции оформителя в группе проектировщиков, в других он играет ведущую роль,

контролируя все параметры проектируемой вещи. Кроме того в сферу

проектирования попадает организация процесса проектирования. Т. к. сама

организационная структура становится предметом осмысления, моделирования и

программирования, неотъемлемой частью объекта проектирования.

Из приведенных примеров видно, что социотехническое проектирование

существенно отличается не только от традиционной инженерной, но и

системотехнической деятельности. Социотехническое проектирование выходит за

пределы традиционной схемы "наука – инженер - производство" и замыкается на

самые разнообразные виды социальной практики (например, на обучение,

обслуживание и т. д.), где классическая инженерная установка перестает

действовать, а иногда имеет и отрицательное значение. Все это ведет к

изменению самого содержания проектной деятельности, которое прорывает ставшие

для него узкими рамки инженерной деятельности и становится самостоятельной

сферой современной культуры.