УДК 004
ББК 32.97
В25
Авторы:
В. М. Вдовин — заслуженный работник высшей школы Российской Федерации,
доктор военных наук, профессор;
Л. Е. Суркова — кандидат технических наук, доцент;
В. А. Валентинов — кандидат экономических наук, доцент.
Рецензенты:
Л. И. Кушнарев — доктор технических наук, профессор;
И. И. Гратников — доктор технических наук, профессор.
Вдовин В. М.
В25
Теория систем и системный анализ: Учебник для бакалавров
/ В. М. Вдовин, Л. Е. Суркова, В. А. Валентинов. — 6-е изд.,
стер. — М.: Издательскоторговая корпорация «Дашков и К°»,
2022. — 642 с.
ISBN 978-5-394-04581-3
Учебник написан в соответствии с требованиями Федерального
государственного образовательного стандарта высшего образования.
При
разработке материала учебника использовался опубликованный
материал по данной тематике, опыт преподавания и изучения
дисциплины в вузах Российской Федерации, а также личный
опыт авторов. Практически все важные теоретические положения,
приведенные в учебнике, иллюстрированы примерами. При
этом для решения примеров использованы информационные технологии,
в том числе «Excel», «VBA», «Mathcad».
Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению
подготовки «Прикладная информатика».
Подписано в печать 10.07.2021. Формат 60×84 1/16.
Печать офсетная. Бумага офсетная № 1.
Печ. л. 40,25. Тираж 100 экз.
Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°»
129347, Москва, Ярославское шоссе, д. 142, к. 732
Тел.: 8 (495) 668-12-30, 8 (499) 182-01-58
E-mail: sales@dashkov.ru — отдел продаж;
office@dashkov.ru — офис; http://www.dashkov.ru
ISBN 978-5-394-04581-3
© Вдовин В. М., Суркова Л. Е,
Валентинов В. А., 2012
© ООО «ИТК «Дашков и К°», 2012
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Раздел 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИСТЕМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Глава 1. Определение дисциплины и основные понятия
теории систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1. Теория систем и системный анализ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2. Понятие системы и ее свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3. Основные категории систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4. Преобразования в системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.5. Типы шкал, фиксирующих процессы
преобразования в системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.6. Жизненный цикл систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Глава 2. Свойства и возможности системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1. Свойства системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2. Возможности системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3. Обобщенный показатель качества системы . . . . . . . . . . . . . 63
Глава 3. Законы функционирования и методы управления
системами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1. Законы теории систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1.1. Общие законы теории систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1.2. Частные законы теории систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.1.3. Закономерности функционирования систем. . . . . . 72
3.2. Процессы в системе и управление системой . . . . . . . . . . . . 74
3.2.1. Переходные процессы в системах . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2.2. Принцип обратной связи и устойчивость
систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.2.3. Управляемость системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.2.4. Достижимость системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.3. Методы и принципы управления в системах. . . . . . . . . . . . 86
3
Стр.3
Глава 4. Функционирование систем в условиях
неопределенности. Критическое состояние систем. . . . . . . . . . . . . 91
4.1. Общие положения по оценке состояния систем
в условиях неопределенности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2. Прогнозирование состояния систем,
функционирующих в условиях неопределенности . . . . . . . . . 93
4.2.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.2.2. Методы прогнозирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.3. Прогнозирование критических ситуаций
в экономических системах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.4. Управление экономическими системами в условиях
критического состояния (кризиса) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Тестовые задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Раздел II. ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Глава 5. Основные понятия и положения теории
системного анализа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.1. Системный анализ — подход к изучению систем . . . . . . 129
5.2. Общие правила и алгоритмы анализа систем . . . . . . . . . . 131
5.3. Общие правила и алгоритмы синтеза систем. . . . . . . . . . . 135
5.4. Обобщенный алгоритм анализа и синтеза систем. . . . . . 140
5.5. Методы анализа и синтеза систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.5.1. Классификация методов анализа и синтеза
систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.5.2. Информационный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.5.3. Математические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.5.4. Кибернетические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.5.5. Исследование систем по аналогии . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.5.6. Интуитивный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.5.7. Проблемный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.5.8. Комбинированный метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.6. Сущность, содержание и технология исследования
в ходе системного анализа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.6.1. Закономерности целеобразования . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.6.2. Виды и формы представления структур
целей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.6.3. Методика выявления и анализа проблем
в системах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Глава 6. Основы анализа экономических систем. . . . . . . . . . . . . . . 184
6.1. Конструктивное определение экономического анализа. . . 184
4
Стр.4
6.1.1. Системное описание экономического анализа . . . 184
6.1.2. Задачи экономического анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
6.1.3. Экономические величины и показатели. . . . . . . . . . 186
6.1.4. Сравнение в экономическом анализе. . . . . . . . . . . . . 188
6.2. Этапы экономического анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.3. Методы анализа экономических систем . . . . . . . . . . . . . . . . 193
6.4. Анализ факторов, влияющих на процессы
в экономических системах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
6.5. Факторный анализ финансовой устойчивости
при использовании ординальной шкалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
6.5.1. Собственный капитал и факторный анализ
финансовой устойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
6.5.2. Определение тенденции экономического роста. . . .211
Глава 7. Анализ информационных ресурсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
7.1. Информационный ресурс — сложная система. . . . . . . . . 213
7.2. Методика анализа информационного ресурса . . . . . . . . . 217
7.2.1. Общие положения методики анализа
информационного ресурса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.2.2. Алгоритм анализа информационного ресурса . . . 219
7.2.3. Методика проведения анализа
информационных порталов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Глава 8. Организация экспертиз сложных систем . . . . . . . . . . . . . 222
8.1. Основы подготовки и проведения сложных
экспертиз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
8.2. Методы последовательного анализа и их применение
при принятии решений по результатам экспертизы . . . . . . 226
8.2.1. Принятие решения по результатам экспертизы
на основе отбраковки неприемлемых вариантов . . . . . . 226
8.2.2. Экспертиза по сравнительной оценке
эффективности двух систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
8.2.3. Экспертиза качества системы по среднему
значению выбранного параметра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
8.2.4. Экспертиза качества системы по дисперсии
выбранного параметра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
8.3. Методы экспертных оценок, используемые
при проведении сложных экспертиз. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
8.3.1. Метод парных сравнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
8.3.2. Метод ранжировки мнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
8.3.3. Метод шкальных оценок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
8.4. Проведение экспертизы на основе построения
причинно-следственной диаграммы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
5
Стр.5
Глава 9. Системный анализ систем и процессов
управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
9.1. Основные понятия управленческого решения . . . . . . . . . 250
9.2. Условия принятия решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
9.3. Основные виды обеспечения процесса выработки
и принятия решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
9.3.1. Информационное обеспечение процесса
выработки и принятия решений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
9.3.2. Морфологическое и лингвистическое
обеспечение процесса выработки и принятия
решений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
9.3.3. Техническое и программное обеспечение
процесса выработки и принятия решений . . . . . . . . . . . . . 263
9.3.4. Оценка обстановки (ситуации). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
9.4. Методы выработки решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
9.4.1. Математический метод выработки решений . . . . 269
9.4.2. Статистические критерии принятия решений. . . 270
9.4.3. Байесова модель принятия решений
в условиях неопределенности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
9.4.4. Кибернетический метод выработки решений. . . . 280
9.4.5. Выработка и принятие решения по аналогии . . . . 284
9.4.6. Интуитивный метод принятия решения . . . . . . . . . 286
9.4.7. Проблемный метод выработки решений . . . . . . . . . 286
9.4.8. Комбинированный метод выработки решения. . . 289
9.5. Работа органа управления системой по формированию
управляющего воздействия (выработке решения). . . . . . . . . 289
9.6. Основные закономерности, принципы и правила
выработки и принятия решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
9.7. Качество решений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
9.8. Ошибки, допускаемые при выработке и принятии
решений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
Глава 10. Системный анализ качества продукции,
процессов и систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
10.1. Основные понятия системы качества. . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
10.2. Системный анализ качества продукции. . . . . . . . . . . . . . . 302
10.3. Системный анализ улучшения качества процессов . . 312
10.4. Системный анализ качества систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
Тестовые задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
Раздел III. Моделирование систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
6
Стр.6
Глава 11. Основы моделирования экономических систем. . . . . 353
11.1. Общие положения по моделированию
экономических систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
11.1.1. Определение понятия “модель” . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
11.1.2. Классификация моделей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
11.1.3. Требования к моделям экономических систем . . .362
11.1.4. Математическая модель системы (на примере
модели информационной системы). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .364
11.2. Оценка точности и надежности результатов
моделирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
11.3. Оценка целесообразности использования моделей
для обоснования решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
11.4. Повышение точности и надежности результатов
моделирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
11.5. Использование корректируемых моделей . . . . . . . . . . . . 396
11.6. Верификация моделей экономических систем. . . . . . . . 408
Глава 12. Аналитические модели экономических систем . . . . . 412
12.1. Аналитические модели экономических систем,
построенные на основе зависимостей, полученных
по результатам обработки ретроспективной информации
показателей их функционирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
12.2. Аналитические модели экономических систем,
основанные на описании процессов с помощью
дифференциальных уравнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
12.3. Аналитическая модель многоуровневой
иерархической большой системы (на примере
системы потребительской кооперации) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
Глава 13. Сетевые модели экономических систем . . . . . . . . . . . . . 439
13.1. Сетевая модель системы. Основные понятия
и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
13.2. Разработка сетевой модели системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
13.3. Расчет параметров сетевой модели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
13.4. Современные информационные технологии
разработки и применения сетевых моделей
экономических систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
Глава 14. Имитационные модели экономических систем. . . . . 459
14.1. Определение понятия “имитационное
моделирование” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
14.2. Цель, задача, проблема, система, элемент системы,
состав и структура системы, работа, мероприятие,
функция, событие, агрегат, процесс, заявка, транзакт . . . . 463
7
Стр.7
14.3. Время и пространство в имитационных моделях . . . . . 465
14.4. Классификация имитационных моделей в экономике . . . 474
14.5. Общий порядок разработки имитационных
моделей в экономике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
14.6. Обработка опытов (реализаций) в имитационных
моделях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
14.7. Имитационное моделирование элементов
экономических систем и процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
14.7.1. Имитационное моделирование элементов
пространственной динамики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
14.7.2. Имитационное моделирование систем массового
обслуживания при решении задач производства
продукции и оказании услуг. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
14.7.3. Имитационное моделирование финансовых
операций для управления финансовыми рисками . . . . 511
14.8. Разработка имитационных экономических
моделей в “Еxcel”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
14.9. Применение специализированных программных
комплексов для разработки имитационных моделей
экономических процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
14.10. Разработка имитационной модели предприятия
в “Microsoft Excel” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
14.11. Разработка имитационной модели на основе
программного продукта “Microsoft Access”. . . . . . . . . . . . . . . . . 572
14.12. Разработка имитационной модели управления
бизнес-процессом на основе “Microsoft Project” . . . . . . . . . . . 600
14.12.1. Формирование планов бизнес-процесса . . . . . . . 600
14.12.2. Имитация временных показателей
бизнес-процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
14.12.3. Имитация хода реализации бизнес-процесса
(проекта) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
Глава 15. Оптимизационные модели экономических систем. . . .611
15.1. Основные понятия оптимизации и классификация
методов решения оптимизационных задач. . . . . . . . . . . . . . . . . 611
15.2. Постановка задачи и общий порядок разработки
оптимизационной модели экономической системы . . . . . . . . 617
15.3. Примеры оптимизационных моделей
экономических систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
Тестовые задания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
8
Стр.8