6.2. Структура системного аналізу

Загальний підхід до вирішення проблем може бути зображений як цикл,

У процесі функціонування реальної системи виявляється деяка практична проблема, тобто невідповідність наявного стану справ по-трібному. Для п вирішення проводиться системне дослідження (деко­мпозиція, аналіз і синтез) системи, що знімає проблему. При цьому здійснюється оцінювання системи, яка аналізується й синтезується.

127

Синтезована система є моделлю нової реальної системи, вивчення яко^ї дає змогу провести оцінювання ступеня зняття проблеми та при-йняти рішення про досягнення мети дослідження.

При такому уявленні ще раз підтверджується вже відоме визна-чення: система є засобом вирішення проблем.

Питання. Чим відрізняються одна від одної системи А1 — А5, поданінарис. 6.1?

Основні завдання системного аналізу можуть бути зображені у вигляді трирівневого дерева функцій (рис. 6.2).

На етапі декомпозиції, що забезпечує отримання загального уявлення про систему, здійснюється:

1.  Визначення та декомпозиція загальної мети дослідження й
ochobhoi функції системи як обмеження п траекторп в просторі станів
системи або в області припустимих ситуацій. Найчастіше декомпози-
ція проводитися шляхом побудови дерева цілей і дерева функцій.

2.           Виділення системи із середовища (розподіл на "систему" і
"несистему") за критерієм участі кожного аналізованого компонента у
процесах, що ведуть до бажаного результату чи перешкоджають його
одержанню.

3.           Опис факторів, які впливають на поведінку системи.

4.           Опис тенденцій розвитку, різного роду невизначеностей.

5.           Опис системи як "чорного ящика".

6.           Функціональна (за функціями), компонентна (за видом підси-
стем та елементів) і структурна (за видом відносин між елементами)
декомпозиції системи.

Питання. Які завдання вирішують на етапі декомпозиці^ї систе­ми, і як з ними пов'язані перераховаш дп?

Глибина декомпозиції обмежується. Н слщ припиняти, якщо для продовження необхідно змінити рівень абстракції, тобто представити елемент як підсистему. Якщо при декомпозиції з'ясовується, що мо­дель починає описувати внутрішній алгоритм функціонування елеме-нта замість опису його функціонування як чорного ящика, можна зро-бити висновок, що відбувся вихід за межі мети дослідження системи і, отже, припинити декомпозицію.

В автоматизованих методиках типовою є декомпозиція системи на глибину 5—6 рівнів. На таку глибину досліджується, як правило,

128

Оцінювання системи

Функціональна, компонентна та

структурна декомпозиція

Рис. 6.2. Дерево функцій системного аналізу Питання. Чим визначається глибина декомпозиції системи?

У загальній теорії систем доведено, що більшість систем можуть подаватися у вигляді певних базових моделей, до яких відносять: по-слідовне (каскадне) з'єднання елементів, паралельне з'єднання, з'єд-нання за допомогою зворотного зв'язку.

129

Однією з основних проблем декомпозицп е те, що у складних сис­темах відсутня однозначна відповідність між законами функціонування підсистем і алгоритмами, яю ix реалізують. Тому часто буває необхід-ним сформувати кілька варіантів декомпозиції системи.

Розглянемо деякі стратегії декомпозиції, що найчастіше засто-совують.

Функціональна декомпозиція базується на аналізі функцій си­стеми. При цьому ставиться питання про те, що робить система, та іг-норується те, як вона це робить. Підставою для виділення функціона-льних підсистем є спільність функцій, які виконують елементи або ^їх групи.

Питання. Що, на Ваш погляд, допомагає вирішити функціона-льна декомпозиція системи?

Декомпозиція за життєвим циклом. Ознакою виділення підси­стем у цьому разі є зміна закону їх функціонування на різних етапах життєвого циклу системи. Цю стратегію рекомендується застосовува-ти, якщо метою аналізу системи є оптимізація процесів, які відбува-ються в ній, і коли можна визначити послідовні стадії перетворення п входів на виходи.

Питання. Чи є сенс використовувати декомпозицію за життєвим циклом для стаціонарної системи? Поясніть відповідь.

Декомпозиція за фізичними процесами. Ознакою виділення підсистем є фізичні процеси, що відбуваються в них. У бшып широ­кому сенсі можна говорити про декомпозицію за іншими типами реа-льних процесів - соціальними, економічними, політичними тощо. Ре­зультатом такої стратегії часто може стати занадто детальний опис системи, який не буде повною мірою враховувати обмеження, що ди-ктують и функци одна одній. При цьому можуть виявитися сховани-ми механізми управління системою. Застосовувати цю стратегію до-цільно лише у випадках, коли метою моделювання є дослідження са­мих фізичних (соціальних, економічних ,…) процесів, що відбувають-ся в системі.

Питання. Чому застосовувати декомпозицію системи за фізич-ними процесами слід лише при моделюванні самих процесів?

130

Структурна декомпозиція. Ознакою виділення підсистем є си-льний зв'язок між елементами за одним із типів відносин чи зв'язків, що існують у системі (інформаційних, логічних, ієрархічних, енерге-тичних тощо). Силу зв'язку, наприклад, за інформацією, можна оціни-ти коефіцієнтом інформаційного взаємозв'язку підсистем к k N/N=₀, де

N — кількість взаємно використовуваних інформаційних масивів у підсистемах, N₀ - загальна кількість інформаційних масивів. Для опи-су всієї системи має бути побудовано складену модель, що поєднує Bci окремі моделі. Суттєвою умовою структурної декомпозици е стій-кість меж утворюваних підсистем.

Питання. Чи не втрачається при структурній декомпозиції еме-рджентність системи? Поясніть свою відповідь.

На етапі аналізу, що забезпечує формування детального уявлен-ня про систему, здійснюються:

1.  Функціонально-структурний аналіз наявної системи, який дає
можливість сформулювати вимоги до створювано^ї системи. Він
включає уточнення складу системи, законів функціонування й компо-
нентів, алгоритмів функціонування і взаемовплив1в тдсистем та еле-
ментів, визначення керованих і некерованих характеристик, завдання
простору станів системи Z та параметричного простору Т, у якому за­
дані п параметри, аналіз цілісності системи, формулювання вимог до
створювано^ї системи.

2.          Морфологічний аналіз - вивчення взаємозв'язку компонентів.

3.    Генетичний аналіз - дослідження передісторії, причин розви-
тку проблемної ситуації, наявних тенденцій, побудова прогнозів.

4.    Аналіз аналогів.

5.          Аналіз ефективності (за результативністю, ресурсомісткістю,
оперативністю). Він включає вибір шкал вимірювань, визначення по-
казників ефективності, обґрунтування й формування критеріїв ефек-
тивності, безпосереднє оцінювання й аналіз отриманих оцінок.

6.          Формування вимог до створювано^ї системи, включаючи вибір
критеріїв оцінювання й обмежень.

Питання. Який внесок у досягнення головної мети дослідження робить кожен з перерахованих видів аналізу?

Етап синтезу системи, що вирішує проблему, наведено у вигляді спрощено^ї функціонально^ї діаграми на рис. 6.3.

131

На цьому етапі здійснюють:

1.  Розробку моделі створювано^ї системи (вибір математичного
апарата, моделювання, оцінювання моделі за критеріями адекватнос-
ті, простоти, відповідності між точністю та складністю, балансу по-
хибок, багатоваріантності реалізацій, блоковості побудови).

2.          Синтез альтернативних структур системи, яка знімає пробле­
му.

3.          Синтез параметрів системи, що знімає проблему.

4.          Оцінювання варіантів синтезованої системи (обґрунтування
схеми оцінювання, реалізація моделі, проведення експерименту з оці­
нювання, обробка результатів оцінювання, аналіз результатів, вибір
найкращого варіанта).

Розробка моделі

Пропонована система

Оцінювання системи

Результат оцінювання

Рис. 6.3. Спрощена функціональна діаграма етапу синтезу системи,

яка вирішує проблему

Питання. Що треба робити, якщо результат оцінювання дослі джуваного варіанта синтезовано^ї системи буде незадовільним?

Оцінювання ступеня зняття проблеми проводять при завершенні системного аналізу.

Найбільш складними у виконанш е етапи декомпозицп и аналі-зу. Це пов'язано з високим ступенем невизначеності, яку необхідно подолати під час дослідження.

132

Розглянемо процес формування загального й детального уяв-лення про систему, що включає дев'ять основних стадій.

Формування загального уявлення про систему С т а д і я 1. Виявлення головних функцій, властивостей, цілей, призначень системи. Формування чи вибір базових предметних по­нять, що використовуються для опису системи, п основних входів і виходів. Для останніх має бути визначено ^їх типи: матеріальний, ене-ргетичний, інформаційний. Крім того, ^їх треба описати в термінах пе-вних фізичних, економічних чи інших понять. Зокрема, для виробни-цтва виходом можуть бути обсяги виробництва конкретних видів продукції. При цьому необхідно визначити, у яких одиницях їх вимі рювати — натуральних чи грошових, абсолютних або відносних, з роз-рахунку на рік, місяць, добу чи деякий інший проміжок часу. Вихо­дом системи управління може бути командна інформація. Тут треба встановити, у якому вигляді подається ця інформація, куди п треба спрямувати тощо.

Питання. Яке головне питання вирішується на першій стадії?

С т а д і я 2. Виявлення основних компонентів та зв'язків сис­теми. На цій стадп в1дбуваеться попереднє ознайомлення з внутрі-шньою побудовою системи, з'ясовується, з яких основних частин во-на складається і яку роль кожна з них відіграє в системі. Це стадія одержання початкових відомостей про структуру та характер зв'язків. На ній доцільно використовувати структурні чи об'єктно орієнтовані методи аналізу систем. Зокрема, слід визначити наявність переважно послідовного чи паралельного типу з'єднання частин, двобічної чи здебільшого однобічно^ї спрямованості зв'язків між частинами тощо. Уже на цій стадії варто звернути увагу на так звані системоутворюючі фактори, тобто на ті зв'язки, що забезпечують властивост1 щл1сност1 й емерджентності.

Питання. Що є головним завданням другої стадії?

С т а д і я 3. Виявлення основних процесів у системі, їх ролі, умов реалізації; виокремлення стадійності, стрибків, змін станів; у системах з управлінням — виділення основних керівних факторів. На цій стадії до-сліджуються динаміка найважливіших змін у системі, хід подій, вводять-

133

ся параметри стану, розглядаються фактори, що впливають на них і за-безпечують протікання процесів, а також умови початку й закінчення процесів. Визначається, чи є процеси керованими, сприяють вони чи пе-решкоджають здійсненню системою своїх головних функцій. Для керо-ваних систем з'ясовуються основні керівні фактори, їх тип, джерела та ступінь впливу на систему.

Питання. Яку роль відіграє третя стадія при розгляді статичних систем? Поясніть.

С т а д і я 4. Виявлення основних елементів зовнішнього сере-довища, з якими пов'язана досліджувана система, з'ясування характе­ру цих зв'язків. На цій стадії вирішується ряд окремих проблем. До-сліджуються основні зовнішні впливи на систему (входи). Визнача-ються ^їх тип (речовинний, енергетичний, інформаційний, грошовий тощо), ступінь впливу на систему, основні характеристики. Фіксують-ся межі того, що вважається системою, виявляються елементи зовні­шнього середовища, на які спрямовані основні вихідні впливи. Відра-зу корисно простежити еволюцію системи, шляхи п формування. Не-рідко саме це веде до розуміння структури й особливостей функціо-нування системи. У цілому ця стадія дає змогу краще усвідомити го-ловні функції системи, п залежність і уразливість чи відносну незале-жність від зовнішнього середовища.

Питання. Що дає розгляд взаємодії елементів зовнішнього середо­вища з елементами системи для кращого уявлення про систему?

С т а д і я 5. Виявлення невизначеностей і випадковостей, які можуть суттєво впливати на досліджувану систему.

Питання. Чи дасть виявлення невизначеностей і випадковостей можливість створити детерміновану модель системи, чи така модель має бути недетермінованою? Поясніть відповідь.

С т а д і я 6. Виявлення розгалуженої структури, ієрархії, фор­мування уявлень про систему як про сукупність модулів, пов'язаних входами та виходами. Стадією 6 закінчується формування загальних уявлень про систему. Як правило, цього достатньо, якщо мова йде про об'єкт, з яким ми безпосередньо працювати не будемо. Якщо ж гово-

134

римо про систему, якою треба займатися для и глибокого вивчення, поліпшення, управління, то нам доведеться йти далі за спіралеподіб-ним шляхом поглибленого дослідження системи.

Питання. Чи не є шоста стадія (визначення модулів, наприклад) першим етапом моделювання?

Формування детального уявлення про систему

С т а д і я 7. Виявлення всіх елементів і зв'язків, важливих для цілей дослідження, визначення ^їх місця в ієрархічній структурі систе­ми. Ранжирування елементів і зв'язків за їх значущістю.

Стадії 6 і7 тісно пов'язані одна з одною, тому їх обговорення доцільно провести разом. Стадія 6 - це межа пізнання "всередину" достатньо складної системи для особи, що повністю оперує нею. Бшып поглиблеш знания про систему (стадія 7) буде мати вже тільки фахівець, що відповідає за п окрем1 складові. Для не надто складного об'єкта рівень стадії 7 — знання системи цілком — досяжний і для одні-ei' людини. Таким чином, хоча сутність стадій 6 і 7 є тією самою, але в першій з них ми обмежуємося тим розумним обсягом відомостей, що е доступним одному досліднику.

При поглибленій деталізації важливо виділяти саме істотні для розгляду компоненти та зв'язки, відкидаючи всі ті, що не е щкавими для цілей дослідження. Деталізація має торкнутися й уже розглянутих на стадії 4 зв'язків системи із зовнішнім середовищем. На стадії 7 сукупність зовнішніх зв'язків вважається вивченою настільки, що можна говорити про досконале знання системи.

Стадії 6 і7 підбивають підсумок загального дослідження систе­ми як цілого. Подальші стадії вже вивчають тільки п окрем1 сторони. Тому важливо ще раз звернути увагу на системоутворюючі фактори, на роль кожного елемента й кожного зв'язку, на розуміння, чому вони саме такі чи мають бути саме такими для забезпечення єдності систе­ми.

Питання. Чим відрізняються стадії 6 і 7? На що звертається го-ловна увага на сьомій стаді^ї?

С т а д і я 8. Урахування змш i невизначеностей у системі. На щи стади досліджуються повільна, зазвичай небажана зміна властиво-стей системи, яку називають и старінням, а також можливість заміни

135

окремих частин (модулів) на нові, що дають змогу не тільки проти-стояти старінню, а й підвищити якість системи порівняно з вихідним станом. Таке вдосконалювання штучної системи прийнято називати розвитком. До нього також відносять поліпшення характеристик мо-дулів, підключення нових модулів, накопичення інформації для кра-щого и використання, а іноді й перебудову структури системи, зміну iepapxii її зв'язків тощо.

Основні невизначеності у стохастичній системі вважаються до-слідженими на стадії 5. Однак недетермінованість завжди є наявною й у системі, не призначеній працювати в умовах випадкового характеру входів і зв'язків. Облік невизначеностей у цьому разі зазвичай пере-творюється на вивчення чутливості найважливіших властивостей (ви-ходів) системи до коливань зовнішніх впливів (входів).

Питання. Яким чином ураховується старіння системи та п роз-виток, а також невизначеність у детермінованій системі?

С т а д і я 9. Дослідження функцій і процесів у системі з метою управління ними; введення управління та процедур прийняття рішен-ня; керівні впливи як системи управління. Для цілеспрямованих та інших систем з управлінням ця стадія має велике значення. Основні KepiBHi фактори були з'ясовані при розгляді стадії 3, але там це мало характер загальної інформації про систему. Для ефективного здійс-нення управління чи вивчення його впливу на функції системи та процеси в ній необхідне глибоке знання системи. Саме тому ми гово­римо про аналіз управління тільки зараз, після всебічного розгляду системи. Нагадаємо, що управління може бути надзвичайно різнома-нітним за змістом — від команд спеціалізованої ЕОМ до міністерських наказів.

Однак можливість однакового розгляду Bcix щлеспрямованих втручань у поведінку системи дає змогу говорити вже не про окремі управлінські дії, а про систему управління, що тісно переплітається з основною системою, але чітко виділяється у функціональному відно-шенні.

На щи стадп з'ясовується, де, коли і як (у яких точках системи, у які моменти часу, у яких процесах, стрибках, виборах із сукупності, логічних переходах тощо) система управління впливає на основну си­стему, наскільки це ефективно, прийнятно та зручно реалізовано. Для введення управління слід попередньо дослідити варіанти переведення

136

входів і постійних параметрів системи на керовані, визначити припус­тимі межі ^їх варіювання, способи та засоби реалізації управління.

Питання. Яким чином здійснюється систематичне втручання у процеси, що протікають у систем^ i як позначається це на входах і параметрах системи?

Стадії 6-9 присвячені поглибленому дослідженню системи. Далі йде специфічна стадія моделювання. Про створення моделі можна го-ворити тільки після повного вивчення системи.

137

7