Системный анализ

Этап анализа обеспечивает формирование детального представления систе-мы:

1.Функционально-структурный анализ существующей системы, позволяющий сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает уточнение со-става и законов функционирования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовлияний подсистем, разделение управляемых и неуправляемых характери-стик, задание пространства состояний Z, задание пара метрического пространства Т, в котором задано поведение системы, анализ целостности системы, формули-рование требований к создаваемой системе.

2.Морфологический анализ - анализ __________взаимосвязи компонентов.

3.Генетический анализ - анализ предыстории, причин развития ситуации, имеющихся тенденций, построение прогнозов.

4.Анализ аналогов.

5.Анализ эффективности (по результативности, ресурсоемкости, оперативно-сти). Он включает выбор шкалы измерения, формирование показателей эффек-тивности, обоснование и формирование критериев эффективности, непосредст-венно оценивание и анализ полученных оценок.

6.Формирование требований к создаваемой системе, включая выбор критериев оценки и ограничений.

Этап синтеза системы, решающей проблему, представлен в виде упрощенной функциональной диаграммы на рис.1.6. На этом этапе осуществляются:

1. Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата, моделирование, оценка модели по критериям адекватности, простоты, соответст-вия между точностью и сложностью, баланса погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения).

2. Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.

3. Синтез параметров системы, снимающей проблему.

4. Оценивание вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оце-нивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка ре-зультатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта).

Оценка степени снятия проблемы проводится при завершении системного анализа.

36

Наиболее сложными в исполнении являются этапы декомпозиции и анализа. Это связано с высокой степенью неопределенности, которую требуется преодо-леть в ходе исследования.

Процесс формирования общего и детального представления системы включа-ет девять основных стадий.

Формирование  общего представления  системы

Рис. 1.6. Упрощенная функциональная диаграмма этапа синтеза системы, решающей проблему

Стадия 1. Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) сис-темы. Формирование (выбор) основных предметных понятий, используемых в системе. Уяснение основных выходов в системе. Определение типа выхода: мате-риальный, энергетический, информационный. Они должны быть отнесены к ка-ким-либо физическим или другим понятиям (выход производства - продукция (какая?), выход системы управления - командная информация (для чего? в каком виде?), выход автоматизированной информационной системы - сведения (о чем?) и т.д.).

Стадия 2. Выявление основных функций и частей (модулей) в системе. По-нимание единства этих частей в рамках системы. На этой стадии происходит пер-вое знакомство с внутренним содержанием системы, выявляется, из каких круп-ных частей она состоит и какую роль каждая часть играет в системе. Это стадия получения первичных сведений о структуре и характере основных связей. Такие сведения следует представлять и изучать при помощи структурных или объектно-ориентированных методов анализа систем, где, например, выясняется наличие преимущественно последовательного или параллельного характера соединения частей, взаимной или преимущественно односторонней направленности воздей-ствий между частями и т.п. Уже на этой стадии следует обратить внимание на так называемые системообразующие факторы, т.е. на те связи, взаимообусловленно-сти, которые и делают систему системой.

Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осу-ществления; выявление стадийности, скачков, смен состояний в функционирова-нии; в системах с управлением - выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе, ход событий, вво-дятся параметры состояния, рассматриваются факторы, влияющие на эти пара-

37

метры, обеспечивающие течение процессов, а также условия начала и конца про-цессов. Определяется, управляемы ли процессы и способствуют ли они осуществ-лению системой своих главных функций. Для управляемых систем уясняются ос-новные управляющие воздействия, их тип, источник и степень влияния на систе-му.

Стадия 4. Выявление основных элементов «несистемы», с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. Исследуются основные внешние воздействия на систему (входы). Определяются их тип (вещественные, энергетические, информационные), степень влияния на систему, основные харак-теристики. Фиксируются границы того, что считается системой, определяются элементы «несистемы», на которые направлены основные выходные воздействия. Здесь полезно проследить эволюцию системы, путь ее формирования. Нередко это ведет к пониманию структуры и особенностей функционирования системы. В целом данная стадия позволяет лучше уяснить главные функции системы, ее за-висимость и уязвимость или относительную независимость во внешней среде.

Стадия 5. Выявление неопределенностей и случайностей в ситуации их оп-ределяющего влияния на систему (для стохастических систем).

Стадия 6. Выявление разветвленной структуры, иерархии, формирование представлений о системе как о совокупности модулей, связанных входами-выходами.

Стадией 6 заканчивается формирование общих представлений о системе. Как правило, этого достаточно, если речь идет об объекте, с которым мы непосредст-венно работать не будем. Если же речь идет о системе, которой надо заниматься для ее глубокого изучения, улучшения, управления, то нам придется пойти даль-ше по спиралеобразному пути углубленного исследования системы.

Формирование  детального представления  системы

Стадия 7. Выявление всех элементов и связей, важных для целей рассмотре-ния. Их отнесение к структуре иерархии в системе. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадии 6 и 7 тесно связаны друг с другом, поэтому их обсуждение полезно провести вместе. Стадия 6 - это предел познания «внутрь» достаточно сложной системы для лица, оперирующего ею целиком. Более углубленные знания о сис-теме (стадия 7) будет иметь уже только специалист, отвечающий за ее отдельные части. Для не слишком сложного объекта уровень стадии 7 - знание системы це-ликом - достижим и для одного человека. Таким образом, хотя суть стадий 6 и 7 одна и та же, но в первой из них мы ограничиваемся тем разумным объемом све-дений, который доступен одному исследователю.

При углубленной детализации важно выделять именно существенные для рассмотрения элементы (модули) и связи. Познание системы предполагает не все-гда только отделение существенного от несущественного, но также уделение до-полнительного внимания более существенному. Детализация должна затронуть и уже рассмотренную в стадии 4 связь системы с «несистемой». На стадии 7 сово-купность внешних связей считается проясненной настолько, что можно говорить о доскональном знании системы.

38

Стадии 6 и 7 подводят итог общему, цельному изучению системы. Дальней-шие стадии уже рассматривают только ее отдельные стороны. Поэтому важно еще раз обратить внимание на системообразующие факторы, на роль каждого элемента и каждой связи, на понимание, почему они именно таковы или должны быть именно таковыми в аспекте единства системы.

Стадия 8. Учет изменений и неопределенностей в системе. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных частей (модулей) на новые, позволяющие не только противостоять старению, но и повысить каче-ство системы по сравнению с первоначальным состоянием. Такое совершенство-вание искусственной системы принято называть развитием. К нему также относят улучшение характеристик модулей, подключение новых модулей, накопление информации для лучшего ее использования, а иногда и перестройку структуры, иерархии связей.

Основные неопределенности в стохастической системе считаются исследо-ванными на стадии 5. Однако недетерминированность всегда присутствует и в системе, не предназначенной работать в условиях случайного характера входов и связей. Добавим, что учет неопределенностей в этом случае обычно превращается в исследование чувствительности важнейших свойств (выходов) системы. Под чувствительностью понимают степень влияния изменения входов на изменение выходов.

Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решения. Управляющие воздей-ствия как системы управления. Для целенаправленных и других систем с управ-лением данная стадия имеет большое значение. Основные управляющие факторы были уяснены при рассмотрении стадии 3, но там это носило характер общей ин-формации о системе. Для эффективного введения управлений или изучения их воздействий на функции системы и процессы в ней необходимо глубокое знание системы. Именно поэтому анализ управлений проводится после всестороннего рассмотрения системы. Управление может быть чрезвычайно разнообразным по содержанию - от команд специализированной управляющей ЭВМ до министер-ских приказов.

Однако возможность единообразного рассмотрения всех целенаправленных вмешательств в поведение системы позволяет говорить уже не об отдельных управленческих актах, а о системе управления, которая тесно переплетается с ос-новной системой, но четко выделяется в функциональном отношении.

На данной стадии выясняется, где, когда и как (в каких точках системы, в ка-кие моменты, в каких процессах, скачках, выборах из совокупности, логических переходах и т.д.) система управления воздействует на основную систему, на-сколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо. При введении управ-лений в системе должны быть исследованы варианты перевода входов и постоян-ных параметров в управляемые, определены допустимые пределы управления и способы их реализации.

Далее идет специфическая стадия моделирования. О создании модели можно говорить только после полного изучения системы.

39

1.4. Управление

1.4.1. Сущность автоматизации управления в сложных системах

Под управлением в самом общем виде будем понимать процесс формирова-ния целенаправленного поведения системы посредством информационных воз-действий, вырабатываемых человеком (группой людей) или устройством.

К задачам управления относятся целеполагание, стабилизация, выполнение программы, слежение и оптимизация.

Задача целеполагания - определение требуемого состояния или поведения системы.

Задача стабилизации - удержание системы в существующем состоянии в ус-ловиях возмущающих воздействий.

Задача выполнения программы - перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин изменяются по известным детер-минированным законам.

Задача слежения - удержание системы на заданной траектории (обеспечение требуемого поведения) в условиях, когда законы изменения управляемых величин неизвестны или изменяются.

Задача оптимизации - удержание или перевод системы в состояние с экстре-мальными значениями характеристик при заданных условиях и ограничениях.

Часто для обозначения управляющих воздействий используют понятие «ру-ководство». Будем считать, что руководство — это управление чужой работой в организационных, социальных, экономических системах.

В широком смысле под управлением понимается организация тех или иных управленческих процессов для достижения намеченных целей.

Управляемая система призвана обеспечивать целенаправленное функциони-рование объекта управления при изменяющихся внутренних и (или) внешних ус-ловиях.

Неуправляемой системе целенаправленное функционирование не свойствен-но.

Примеры управляемых систем: движение автомобиля, работа предприятия (фирмы) по принятому плану или в соответствии с определенными стимулами, рыночная система цен как средство целенаправленного воздействия на производ-ство и потребление в народном хозяйстве.

Примеры неуправляемых систем: движение ветра и другие стихийные явле-ния в природе, выигрыш или проигрыш в лотерее и т.п.

В системе, структура которой установлена её целевой ориентацией, управле-ние сводится к поддержанию расчетных значений выходных параметров при от-клонениях внешних условий и внутренних параметров от расчетных. Так устрое-но большинство технических управляемых систем.