Исследование сложных систем и процессов

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

Т.И. Булдакова 

Исследование сложных систем и процессов 

Учебное пособие 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

УДК 303.732 
ББК 32.817 
 
Б96 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/117/book1598.html 
Факультет «Информатика и системы управления» 
Кафедра «Информационная безопасность» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия 

Рецензент 
профессор кафедры «Информационная безопасность  
автоматизированных систем» СГТУ им. Гагарина Ю.А.,  
д-р техн. наук, А.А.Терентьев 
 
 
Булдакова, Т. И. 
Б96   
Исследование сложных систем и процессов : учебное пособие / 
Т. И. Булдакова. — Москва : Издательство МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2017. — 164, [2] с. : ил.  
ISBN 978-5-7038-4511-0 
Пособие посвящено актуальным проблемам исследования сложных 
систем и подходам к их решению. Особое место занимают вопросы, связанные 
с моделированием систем, диагностированием системных проблем, 
выбором рационального подхода к их решению, в том числе при многокритериальном 
выборе. 
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специаль-
ности «Информационная безопасность автоматизированных систем». 
Может быть полезно студентам других специальностей, магистрантам и 
аспирантам, интересующимся вопросами исследования сложных систем 
и процессов. 

 
 УДК 303.732 
 
 ББК 32.817 
 
 
 
 

 
 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017 
 
 © Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4511-0 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017 

Предисловие 

Учебное пособие предназначено студентам, обучающимся по 
специальности «Информационная безопасность автоматизиро-
ванных систем», и магистрантов, обучающихся по направлению 
«Информационная безопасность», в учебных планах которых 
предусмотрено изучение дисциплины «Теория систем и систем-
ный анализ». 
Теория систем и системный анализ — это динамично развива-
ющиеся направления исследований. Их становление обусловлено 
многими факторами, в том числе усложнением производственных 
и информационных процессов, развитием наукоемких технологий, 
потребностью в решении сложных комплексных задач, в том чис-
ле в условиях неполных данных. 
Объектом исследования теории систем являются сложные си-
стемы. Она устанавливает общие принципы и законы функциони-
рования систем, способы их классификации и роль в выборе мето-
дов моделирования конкретных объектов, а также свойства и об-
щесистемные закономерности. 
Теория систем изучает различные явления без учета конкрет-
ной природы и основывается лишь на формальных взаимосвязях 
между различными составляющими факторами и на характере их 
изменений под влиянием внешних условий. При этом результаты 
всех наблюдений объясняются лишь взаимодействием компонен-
тов, например, характером организации и функционирования, а 
не с помощью непосредственного обращения к природе вовле-
ченных в явления механизмов (будь они физическими, биологи-
ческими, экологическими, социологическими или чисто концеп-
туальными) [23]. 
На первый взгляд, каждая сложная система имеет свою, только 
ей присущую организацию, для которой характерны некоторые 
общие закономерности, позволяющие организации изучаться неза-
висимо от конкретного содержания и назначения сложной систе-

мы. Типичные абстрагированные свойства организации — это 
наличие между элементами отношений подчиненности, чередова-
ние и упорядоченность процедур, согласование событий и целей, 
своевременная передача информации и управления, влияние на 
направленность процессов, приемы учета неопределенностей и 
многое другое [38]. 
Одновременно со становлением теории систем потребности 
практики привели к возникновению направления, получившего 
название системные исследования. Возник и ряд родственных 
направлений: имитационное моделирование, ситуационное управление, 
структурно-лингвистическое моделирование, информационный 
подход и др. Их появление обусловлено тем, что исследование 
сложных систем, особенно в условиях неполных данных, 
основывается на наблюдении и изучении различных процессов, 
связанных, например, с функционированием систем, переходом из 
одного состояния в другое, преобразованием в системах входных 
потоков информации, ресурсов и энергии в выходные потоки, 
управлением системами с помощью внешних воздействий. 
Сущность системного подхода к исследованию сложных объектов 
различной природы заключается в том, что все элементы системы 
и операции в ней должны рассматриваться как одно целое, 
только в совокупности, исключительно во взаимосвязи друг с дру-
гом. При этом основная трудность системных исследований связа-
на с нахождением адекватных понятийных средств представления 
изучаемых объектов как систем. Результатом применения систем-
ного подхода являются системные описания исследуемых или 
проекты создаваемых объектов. 
Наиболее конструктивным из направлений системных иссле-
дований считается системный анализ, занимающийся применени-
ем методов и моделей теории систем для ее практических прило-
жений к задачам управления. Фактически системный анализ — это 
синтез идей и принципов теории систем, кибернетики и возможно-
стей вычислительной техники. 
Его следует рассматривать как методику проведения исследо-
вания сложных процессов и систем с применением системного 
подхода, в ходе которого последовательно применяются формали-
зованные и неформализованные методы. Первая группа включает 
в себя как общенаучные методы, так и специальные приемы изу-
чения поведения конкретного класса систем. Вторая группа пред-

назначена для активизации интуиции и опыта специалистов. Она 
включает совокупность приемов организации работы исследовате-
лей и экспертов, которая позволяет составить описание изучаемой 
системы и подготовить материал для применения формализованных 
методов. Поэтому можно сказать, что системный анализ разрабаты-
вает способы исследования разнообразных сложных систем или 
процессов при нечетко поставленных целях (критериях). Такие ис-
следования необходимы для определения научно обоснованной 
программы действий с учетом не только объективной, но и субъек-
тивной информации. 
В настоящее время сфера действия теории систем и системного 
анализа весьма разнообразна и постоянно расширяется: от поста-
новки научных исследований и теоретических обобщений до про-
ектирования технических объектов и управления предприятиями и 
организациями. 
Развитие навыков системного мышления у будущих инженеров 
приобретает особую значимость. Здесь можно выделить два аспек-
та [35]. Во-первых, «Теория систем и системный анализ» как 
учебная дисциплина является основой для последующих специ-
альных курсов, посвященных изучению систем различной приро-
ды: измерительных, промышленных, транспортных, экономиче-
ских, социальных и т. д. Во-вторых, системный анализ как научное 
направление тесно связан с теориями информации, управления, 
принятия решений, проблемами искусственного интеллекта и т. п. 
В-третьих, системный подход — это жизненная философия, вла-
дение которой позволяет успешно решать повседневные задачи, 
находить нестандартные решения, придерживаясь золотой середи-
ны и избегая крайностей. 
Дискуссионным остается вопрос о месте дисциплины «Теория 
систем и системный анализ» в структуре учебного процесса буду-
щих специалистов. Неясно, что более эффективно: преподавать 
дисциплину на младших или на старших курсах. 
Студенты младших курсов не знают особенностей изучаемых 
систем и предметной области в целом, что не позволяет приводить 
примеры из соответствующей предметной области, дисциплины 
которой преподаются на старших курсах. Студенты же старших 
курсов не владеют системным подходом, не могут выделить обще-
системные закономерности при изучении предметной области. Ве-
роятно, целесообразно выбрать золотую середину и преподавать 

дисциплину на 2-м или 3-м курсах, приводя примеры из окружа-
ющей жизни или изучаемой предметной области на уровне, до-
ступном студентам младших курсов. 
Кроме того, учебное пособие может быть полезно для маги-
странтов и аспирантов, у которых системная аналитическая работа 
является важной составляющей будущей профессиональной дея-
тельности. 
В главе 1 представлены общие сведения о системах как объек-
тах исследования, рассмотрены свойства и принципы классифика-
ции систем. 
В главе 2 выделены общесистемные закономерности, сформу-
лированы особенности сложных систем и поставлена проблема их 
исследования в условиях неполных данных. 
В главе 3 обсуждаются методы структурного анализа и проек-
тирования систем, подробно рассмотрена методология IDEF0. 
В главе 4 представлены методы создания моделей сложных си-
стем по неполным данным о внутренней динамике. 
Глава 5 посвящена процессу принятия решений в сложных си-
стемах. 
Приведенные в конце каждой главы контрольные вопросы и 
задания могут быть использованы для самопроверки полученных 
знаний. 
В учебном пособии рассмотрены теоретические и практиче-
ские вопросы исследования сложных систем, способствующие 
развитию навыков системного мышления у студентов, которые в 
дальнейшем планируют профессионально заниматься системной 
аналитической работой. 
 

1. СИСТЕМЫ И ИХ СВОЙСТВА 

1.1. Возникновение и развитие  
системных представлений 

Формирование системных представлений происходило в про-
цессе развития человеческого общества достаточно медленно. 
Здесь можно выделить разные периоды возникновения и развития 
системных идей и сгруппировать их в три важнейших этапа [40]: 
I этап — начался в глубокой древности и завершился к началу 
ХХ в.; 
II этап — продолжался с начала ХХ в. до его середины; 
III этап — начался со второй половины 50-х годов ХХ в.  
Первый этап — самый длительный, заключающийся в возник-
новении и развитии системных идей, которые накапливались в 
практической и познавательной деятельности людей, шлифовались 
философией, носили разрозненный характер. В это время возника-
ли и оформлялись отдельные идеи и понятия. 
На втором этапе происходили теоретизация системных идей, 
формирование первых системных теорий, широкое распростране-
ние системности во все отрасли знания. Системность превратилась 
в научное знание о системах, оформилась как инструмент познавательной 
деятельности. 
Третий этап характеризуется тем, что происходит превращение 
системности в метод научных исследований, аналитической деятельности. 
Он связан с началом научно-технической революции, 
которая максимально использовала системный метод для научных 
открытий, осуществления технологических разработок. На этом 
этапе системность становится всеобщим мировоззрением, которое 
используют специалисты всех отраслей. 
Становление философских основ системного подхода представляет 
собой длительный процесс. Слово «анализ» греческого 
происхождения и состоит из двух слов:  («ана») — вверх и 

 («лио») — разделяю, что означает выявление первоосновы, 
сущности явлений окружающего мира. 
Понятие «система» (сочетание, организация, союз) появилось в 
Древней Греции 2–2,5 тыс. лет назад. В его первооснове лежит целостное 
мифологическое восприятие людьми всего сущего. Также 
это понятие выражало некоторые акты деятельности (нечто, поставленное 
вместе, приведенное в порядок), связанные с формами 
социально-исторического бытия. 
Истоки системного анализа восходят к трудам греческих философов 
Пифагора (570–490 гг. до н.э.), Демокрита (460–370 гг. до 
н.э.), Платона (428–347 гг. до н.э.), Аристотеля (384–322 гг. до н.э.), 
Цицерона (106–43 гг. до н.э.) и других. 
Системность как видение мира в целостности взаимосвязанных 
элементов складывалась в процессе эволюции человеческой практики 
и мышления. Именно в античной философии был сформулирован 
тезис «целое больше суммы его частей». 
Известны гениальные догадки античных философов о системности 
мира. Так, Демокрит выдвинул идею атомного строения, 
взаимосвязи, уподобив образование сложных тел из атомов с образованием 
слов из слогов. Демокрит впервые четко сформулировал 
принцип каузальности (причинной обусловленности), означающий, 
что все происходящее представляет собой движение атомов, 
различаемых по форме, размерам, расположению и другим характеристикам. 

Аристотель создал первую философскую систему, в которой 
упорядочил знания античного мира. Важнейшей составляющей 
мировоззрения Аристотеля является учение о космосе, который 
воспринимался им как «порядок», «гармония», «закономерная 
Вселенная». 
Цицерон неоднократно подчеркивал, что мировой организм 
есть неразрывное целое и все элементы мироздания гармонично 
связаны между собой. 
В формировании основных категорий философии системного 
видения мира немаловажную роль сыграла средневековая философия, 
которая проделала огромную интеллектуальную работу в 
возникновении категорий «целостность», «часть» и «целое» [40]. 
Идеи системности получают особенно интенсивное развитие в 
эпоху Ренессанса, когда начинает возрождаться на новой основе 
мировоззрение целостного восприятия человеком действительно-

сти. Единство и целостность природы — основополагающий тезис 
философских доктрин этой эпохи. 
В философских работах нового времени делается попытка 
придания понятию «система» четкости и привязки его к определенной 
области знания. Под системой тогда понимали чаще всего 
систему знаний. Так, И. Кант (1724–1804) понимал под системой 
единство многообразных знаний, связанных общей идеей. 
Выдающийся немецкий философ — представитель классического 
идеализма И. Г. Фихте (1762–1814) — развил систему категорий 
бытия и мышления и в качестве метода познания видел 
субъективную интеллектуальную интуицию. Он разработал проект 
устройства немецкого буржуазного общества в форме «замкнутого 
торгового государства» и признавал системность научного знания, 
но сводил ее к системности формы, а не содержания. 
Обогащению категории «система» в немалой степени способ-
ствовал Г. Гегель (1770–1831), у которого системность обрела ме-
тодологический характер. Он довольно четко понимал систему как 
развивающуюся внутри себя целостность, связывал ее с самодви-
жением, применял эту категорию к объектам природы, общества и 
к знанию. 
Параллельно с формированием философских основ системного 
подхода развивались идеи, связанные со всеобщей организованно-
стью Вселенной, системным видением мира. 
В развитии нового системного видения Вселенной значитель-
ную роль сыграли немецкий ученый И. Кеплер (1571–1630), уста-
новивший законы движения планет вокруг Солнца, французский 
ученый П. С. Лаплас (1749–1827), разработавший основы небесной 
механики и обосновавший гипотезу возникновения Солнечной си-
стемы из газовой туманности, ранее высказанную Кантом, и мно-
гие другие выдающиеся исследователи. 
Принцип каузальности, сформулированный Демокритом, нашел 
воплощение в создании первой естественно-научной (механиче-
ской) картины мира Г. Галилея (1564–1642), Р. Декарта (1596–1650), 
И. Ньютона (1642–1727). 
Более того, И. Ньютон настаивал на необходимости строго ме-
ханистического, каузального и математического объяснения при-
родных явлений. Такая концепция мироздания вытекала из откры-
того им закона всемирного тяготения. С ее помощью долгое время 

объяснялись многие закономерности не только физического, но и 
социального уровней мироздания. Следует отметить, что его кон-
цепция не потеряла актуальности до сих пор и во многом опреде-
ляет методологию современной науки. 
Французский философ Ж.О. Ламетри (1709–1751) в качестве 
свойств материи выделил не только протяженность (как у Декар-
та), но и способность приобретать двигательную активность,  
а также чувствовать. Он впервые в мире дал иерархическую схему 
уровней самоорганизации материи [16]: 
1) движение материи лишено целесообразности (объекты не-
живой природы); 
2) наличие организации, регулирующей движения тел, направ-
ляющей их к самосохранению; на этом уровне нет ни чувствитель-
ности, ни субъективных состояний (растения); 
3) существование нервной системы и связанных с ней ощуще-
ний и чувств (животный мир); 
4) благодаря усовершенствованию мозга материя мыслит (че-
ловек). 
Ламетри отмечал, что переход от одного уровня к другому, 
многообразие форм живой и неживой природы имеет в своей ос-
нове присущее на всех уровнях универсальное свойство самодви-
жения. Это положение было сформулировано за 100 лет до выхода 
в свет работ Ч. Дарвина. 
Выдающийся английский ученый Ч. Дарвин (1809–1882) на 
основе разнообразных фактов создал концепцию, которая объяс-
нила происхождение видов благодаря естественному отбору,  
согласно которому выживают и оставляют потомство наиболее 
приспособленные к существующим условиям особи. В своей 
книге «Происхождение видов» он осмысливал влияние среды  
на организмы, процессы естественного отбора, адаптации и эво-
люции. 
Начиная с конца XIX в., системная проблематика постоянно 
находилась в поле зрения науки. Дальнейшее развитие естествен-
но-научных знаний неизменно придерживалось концепции си-
стемного строения Вселенной. В качестве иллюстрации этого 
можно привести множество примеров практически из всех отрас-
лей научного знания: от открытия Д.И. Менделеевым периодиче-
ской системы элементов до теории относительности А. Эйнштей-
на [16].