Проектирование с позиций общей теории систем

Рис. 11.2.

Рис.11.1.

Выход

Инженерное проектирование как творческий. более узкий характер. Это объясняется тем, что целью является получение фактических результатов по каждой из рассматриваемых альтернатив, которые вырабатывались на предыдущем этапе, -- изобретательстве (формирования концепции будущего изделия). Третья составляющая – принятие решения, т. е. выбор одной наилучшей альтернативы из многих.

Анализ проектирования показывает, что этот процесс носит итерационный характер, т. е. все три его составляющие неразрывно связаны. Из общей схемы этого процесса, представленной на рис. 8.4, видно, что конечный этап (принятия решения) замыкается на начальном (синтез) и процесс повторяется многократно.

Понимание сложности процесса разработки нового технического объекта было бы неполным, если бы в него не был включен наряду с объектом и субъект, под которым понимается как отдельный человек, так и коллектив специалистов-работчиков, вынужденный не только выполнять сложную работу, но и принимать решения в условиях неопределенности и конфликта, нередко возникающих при создании сложного устройства или системы. В этом смысле коллектив разработчиков сам является сложной системой с конкретной целью функционирования, иерархической структурой и управлением. Важной ролью в функционировании этой системы является информация о результатах совместно проводимой работы. Показателем эффективности системы следует считать качество создаваемого объекта.

В настоящее время вопросы участия человека (коллектива специалистов) в производственном процессе находят отражение в теории активных систем, которая начала зарождаться у нас в стране в конце 60-х годов прошлого столетия.

Одним из фундаментальных результатов данной теории является доказательство оптимальности согласованных механизмов функционирования, обеспечивающих согласование интересов отдельных элементов системы с интересом системы в це­лом. Однако в практике создания сложных технических систем сложились свои технологические приемы отображения знаний и обобщенного опыта в проектно-конструкторской документа­ции, по которой изготавливаются образцы конкретных изде­лий. В целом процесс разработки сложных технических уст­ройств можно представить как взаимосвязанную систему трех сложных элементов: субъект, объект и технология разработки.

Как отмечалось в § 11.1, проектирование технических объек­тов, представляющих собой сложные системы, отличается от их улучшения предпосылками и используемыми методами (табл. 11.1).

Таблица 11.1

Предпосылки	Улучшение систем	Проектирование систем
Условия работы сис­темы	Проект принят	Проект под вопро­сом
Объекты исследова­ния	Субстанция. Содержание. Причины	Структура и про­цесс. Метод. Цель и функция
Парадигма	Анализ системы и подсистем (аналити­ческий метод или научная парадигма)	Проектирование системы в целом (системный подход или системная пара­дигма)
Метод рассуждений	Дедукция и редук­ция	Индукция и синтез
Выход	Улучшение сущест­вующей системы	Оптимизация систе­мы в целом
Предпосылки	Улучшение систем	Проектирование систем
Методика	Определение причин отклонений реаль­ной работы системы от запланированной (прямые издержки)	Определение разли­чий между реаль­ным и оптимальным проектом (вменен­ные издержки)
Основной акцент	Объяснение преж­них отклонений	Прогнозирование будущих результа­тов
Подход	Интроспективный: от системы внутрь	Экстроспективный: от системы наружу
Роль проектанта	Ведомый следует со­ответствующим тен­денциям	Лидер оказывает влияние на тенден­ции

Улучшением системы называют процесс, обеспечиваю­щий работу системы или систем согласно ожиданиям выпол­нения требований задания на ее создание. При улучшении ре­шаются вопросы обеспечения нормальной работы уже сущест­вующих систем, при этом технические объекты создаются по прототипу, т. е. без радикальных изменений.

Улучшаются лишь отдельные характеристики объекта в четком соответствии целям проекта.

Обычно, когда стоит задача улучшить систему, прежде всего определяют задачу, затем описывают характер системы и устанавливают составляющие ее подсистемы. Выполнив указанные процедуры, путем анализа ищут элементы и их связи, которые могут дать ответы на поставленные вопросы.

Процесс улучшения систем характеризуется следующими шагами: 1) определяется задача и устанавливаются система и составляющие ее подсистемы; 2) путем наблюдения определяются реальное состояние системы, условия ее работы или по­ведения; 3) реальные и ожидаемые условия работы сравнива­ется для определения степени отклонения; 4) в рамках подсистем строятся гипотезы, объясняющие причины этого отклонения; 5) из имеющихся фактов методом дедукции делаются выводы, большая проблема разбивается на подсистемы путем редукции. Указанные шаги являются результатом при­менения аналитического метода или аналитического подхода. Эти шаги основаны на давно существующей традиции научно­го исследования, особенно в области физических наук. Улуч­шение системы в этом случае осуществляется путем интро­спекции: движения внутрь, от системы к ее элементам, так как решение проблемы лежит в границах самой системы.

Улучшение систем связано с проблемами, относящимися к их работе. Исходной посылкой является то, что все отклоне­ния вызваны дефектами в элементах системы, и их можно объяснить специфическими условиями. Функция, назначе­ние, структура и взаимодействие с другими системами при этом под сомнение не ставятся. Применительно к сложным системам решения проблем «лежат на поверхности»: творче­ский подход подменяется решениями, предусматривающими лишь небольшие изменения.

Естественно, при наличии широкого ряда методов и прие­мов нахождения технических решений, имеющих место в на­стоящее время, улучшение систем вышеотмеченным методом, мягко говоря, имеет ряд ограничений. Наиболее результатив­ным является системный метод, в основе которого лежит сис­темный подход. Если при аналитическом подходе к решению проблем в работе системы и составляющих элементов исполь­зуют методы дедукции и редукции, то при системном подходе идут от частного к общему, а проект наилучшей системы опре­деляется методами индукции и синтеза. Проектирование в этом случае означает создание оптимальной конфигурации всей системы.

Системный подход – это принцип исследования, при котором рассматривается система в целом, а не ее отдельные подсистемы. Его задачей является оптимизация всей систе­мы, а не улучшение эффективности входящих в нее подсис­тем.

Системный подход, являясь методологией проектирова­ния, основывается на следующих положениях:

• проблема определяется с учетом взаимосвязи с суперсисте­мами, в которые входит рассматриваемая система и с которыми она связана общностью целей;
• цели системы определяются не в рамках подсистем, а в связи с более крупными системами или системой в целом;

· существующие проекты следует оценивать величиной вы­нужденных издержек или степенью отклонения системы от оптимального проекта;

· оптимальный проект обычно нельзя получить путем внесе­ния небольших изменений в существующие формы;

· системный подход и системная парадигма (средства и ме­тоды системного подхода) основаны на таких методах анализа, как индукция и синтез, существенно отличающихся от методов дедукции, анализа и редукции, используемых
при улучшении систем.

Проектирование представляет собой процесс, в котором проектант (разработчик проекта) берет на себя роль лидера, а не ведомого.

Рассмотрим отдельные системные понятия.

Элементы — это составные части каждой системы. Они мо­гут, в свою очередь, представлять собой системы, т. е. быть подсистемами. Элементы, поступающие в систему, называют­ся входными, элементы, выходящие из нее, — выходными.

Входные элементы — это те, которые потребляют ресурсы. Выходные представляют собой результат процесса преобразо­вания в системе и рассматриваются как результаты.

В организационных системах постоянно идет процесс пре­образования, в ходе которого элементы изменяют свое состоя­ние, и входные элементы трансформируются в выходные.

Системы, подсистемы и их элементы обладают признаками (свойствами или характеристиками). Признаки могут быть количественными или качественными.

При проектировании систем первостепенное значение име­ет определение задач и целей. Мера эффективности показыва­ет, в какой степени достигаются цели системы, т. е. дает пред­ставление о количественной величине проявления признаков системы. В целенаправленных системах процесс преобразова­ния организуется с привлечением компонентов, программ или заданий, которые состоят из совместных элементов, объеди­ненных для достижения определенных целей.

Понятие структуры связано с упорядоченностью отноше­ний, которые связывают элементы системы. Структура может быть простой или сложной в зависимости от числа и типа связей между частями системы. В сложных систем существует иерархия — упорядочивание уровней подсистем, частей и элементов. От типа и упорядоченности взаимоотношений между компонентами системы в значительной степени зависят функции систем и эффективность их выполнения. Состояние систе­мы характеризуется значениями признаков системы в данный момент времени. Переходы части элементов системы из одно­го состояния в другое вызывают потоки, определяемые как скорость изменения значений признаков системы. Поведе­нием системы считается изменение состояний системы во вре­мени.

С позиций общей теории систем процесс проектирования состоит в определении функций, присущих всем системам: принятие решения, формулирование проблемы, количествен­ные определения, оценка, оптимизация, субоптимизация, иерархическая организация, управление, планирование и ре­гулирование. В самом понятии общей теории систем заложен смысл, предписывающий начать рассмотрение процесса про­ектирования с проблемы принятия решения.

Принятие решения — это термин, который употребляется в ряде случаев для обозначения действия, состоящего в выбо­ре одного варианта из нескольких возможных. Принятие ре­шения – это мыслительный процесс, который охватывает всю деятельность по решению задачи. Принятие решения можно рассматривать как интерактивную процедуру, каждый цикл которой включает несколько последовательных шагов.

На основе процесса формирования решения мо­жет быть построен процесс проектирования систем (рис. 11.3).

Рис.11.3.

На фазе «Формирование стратегии»:

• достигается соглашение о том, как определить решаемую задачу;
• определяется миропонимание проектировщика системы (исходные предпосылки, предположения, система ценнос­тей и познавательная направленность);
• достигается соглашение об основных методах, используе­мых для интерпретации реальных фактов;
• достигается соглашение о том, каких результатов ожидают сами проектировщики;
• начинается поиск и разработка вариантов.

Фаза «Оценивание» включает:

• идентификацию результатов и следствий, свойственных каждому варианту;
• соглашение о том, что выбранные свойства и критерии для оценивания результатов отвечают поставленным целям;
• выбор моделей измерений и решений, которые будут ис­пользоваться для оценивания и сравнивания вариантов;
• соглашение о методе выбора конкретного варианта.

На фазе «Реализация» подлежат решению следующие проблемы:

• оптимизация — определение наилучшего решения;
• субоптимизация – попытка оптимизации с объяснением того, почему наилучшее решение не может быть получено;
• сложность, которая связана с тем фактом, что для разрешения задачи должно быть проведено упрощение реальности, но требование адекватности решения реальной ситуации определяется «достаточной сложностью» решения;

· конфликты, их разумное урегулирование, управление ими;

· критическая оценка результатов, полученных от внедрен­ного проекта системы. Результаты вызовут оптимизм или
пессимизм в отношении возможности достижения целей и оправдания ожиданий;

· возврат к началу цикла независимо от успеха или неудачи в получении ожидаемых результатов.

При рассмотрении процесса реализации особое внимание обращают на процессы передачи информации по каждой свя­зи. Так называемый процесс диффузии связан с первоначальной передачей нововведений от разработчика к пользователю, затем передаются технологии, основанные на этих нововведе­ниях. На передачу технологии влияют формальные и неформальные факторы. Это процедура названа моделью информационной связанности (Information Linker Model), представленной на рис.11.4.