Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по системному анализу - файл sys2.doc


Загрузка...
Лекции по системному анализу
скачать (655.2 kb.)

Доступные файлы (7):

system an.doc46kb.27.09.2004 14:30скачать
sys1.doc176kb.23.09.2004 14:19скачать
sys2.doc97kb.01.10.2004 18:06скачать
sys3.doc32kb.06.10.2004 17:57скачать
sys4.doc116kb.30.10.2004 01:55скачать
sys5.doc270kb.17.11.2004 11:08скачать
sys6.doc1064kb.30.11.2004 17:25скачать

sys2.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Сложная многоуровневая иерархическая система — это целостный объект, образованный из функционально разнотипных систем, структурно взаимосвязанных иерархической подчиненностью и функционально объединенных в интересах достижения заданных целей при определенных условиях.

Примерами реальных сложных систем могут быть современные производственные объекты, космические системы связи, навигации, дистанционного зондирования, современные системы управления регионами, корпорациями, многопрофильными фирмами и т.д. Анализ таких систем является практической необходимостью, он не сводится только к установлению типа элементов или типа отношений. Существенным для них является наличие иерархической структуры как в собственной топологии, так и в системах управления.

Такие системы, во-первых, отличаются как многообразием типов элементов (различные классы физических, химических, механических типов элементов и др.), так и многообразием типов отношений (от технологической, продукционной взаимосвязи до информационного обмена и взаимодействия).

Во-вторых, для данных классов объектов многоуровневая иерархическая структура современных сложных и больших систем характеризуется следующими свойствами:

1. Отличие значимости и возможностей функциональных элементов (ФЭ) для различных иерархических уровней.

2. Свободное поведение ФЭ каждого уровня иерархии в определенных пределах, которое устанавливают заранее или в процессе функционирования объекта.

3. приоритет действий или право на вмешательство ФЭ верхнего уровня в ФЭ нижнего уровня в зависимости от фактического выполнения ним функций.

В силу приведенных свойств иерархическая система обладает рядом принципиальных особенностей, которые определяют как общие проблемы исследования, так и конкретные цели проведения анализа ее структуры и функций, или структурно-функционального анализа (СФА).

Рассмотрим эти особенности в объеме, который необходим для понимания основных целей и задач СФА иерархических систем. Прежде всего, заметим, что возможна различная трактовка понятия иерархия и поэтому возможны различные виды иерархий. Наиболее существенное различие иерархий определяется различием понятия уровень в иерархии. Необходимость введения нескольких понятий уровень определяется сложностью и многообразием целей, задач, функций, свойств и возможностей реальных многоуровневых иерархических систем, а также многообразием свойств, особенностей и последствий штатных, нештатных, критических и чрезвычайных ситуаций их функционирования. Так, в работе [62] введено три понятия уровня.

Эшелон — термин, который определяет уровень организационной иерархии. Иерархическая структура объекта, соответствующая понятию эшелон подразумевает, что реальный объект можно представить в виде многоуровневой организационной иерархической системы, которая обладает следующими свойствами:

1. Состоит из семейства четко выделенных и четко распределенных по уровням подсистем.

2. Имеет четко распределенные полномочия между уровнями и подсистемами одного уровня исходя из формирования, выбора и принятия решений в определенной сфере ответственности.

3. Обеспечивает прямую и обратную связь по управлению между подсистемами разных уровней, а между подсистемами одного уровня — прямую и обратную связь по взаимодействию. Такие системы принято называть многоуровневыми и многоцелевыми.

Страта — термин, который характеризует уровень описания или абстрагирования. Иерархическая структура объекта, соответствующая понятию страта, предполагает, что свойства реального сложного объекта описаны в форме некоторой совокупности, в которой отдельные описания приведены с различных точек зрения и упорядочены по уровню их значимости. Такие иерархические системы принято называть стратифицированными.

Слой — термин, который определяет уровень сложности принятия решения.

Иерархическая структура объекта, соответствующая понятию слой предполагает, что общая процедура принятия решения реализуется в виде определенной последовательности частных процедур, каждая из которых обеспечивает получение решения с определенной степенью обоснованности и достоверности при различающихся уровнях неполноты, неопределенности, нечеткости и противоречивости исходной информации. Такую иерархическую структуру принято называть многослойной, многоуровневой, иерархической системой принятия решений.

Важнейшая особенность рассматриваемых объектов состоит в том, что многие процедуры формирования и анализа иерархической структуры являются принципиально неформализуемыми, а их реализация носит субъективный характер. Эта особенность относится, в первую очередь, к общей структуре иерархии. Такие процедуры, как выбор количества уровней (страт, эшелонов, слоев) в иерархии; выделение элементов на каждом уровне; выбор описания элементов каждого уровня; выбор аппарата описания взаимосвязей в иерархической структуре полностью зависит от ЛПР. В практике проектирования реальных, сложных объектов, таких как космических систем различного назначения общую организационную иерархию объекта (деление объекта в целом на подсистемы 1-го уровня или выделение двух верхних эшелонов (объект и подсистемы) по указанной выше терминологии) определяет Генеральный конструктор объекта. Деление подсистем 1-го уровня на подсистемы 2-го уровня выполняет Главный конструктор соответствующей подсистемы 1-го уровня и т.д. Такой подход позволяет осуществить системную интеграцию организационных задач проектирования — планирование работ, формирование коллективов разработчиков, координацию работ различных коллективов и т.д.

Следующими важными системными понятиями являются понятия цели системы и характеристики системы относительно цели.

Цель - это количественная или качественная мера первичных или вторичных свойств системы, которую при данных обстоятельствах исследователь считает наиболее предпочтительной. Таким образом, сложная система может рассматриваться с точки зрения различных целей. В этом смысле система удовлетворяет множеству целей. Эта особенность, называющаяся характеристикой системы относительно цели, может быть измерена близостью действительных и желаемых проявлений тех свойств системы, которые предусмотрены целью. Обычно она определяется в терминах соответствующей функции, называемой характеристической функцией.

Обозначим через множество систем, отличающихся свойствами, которые в данном случае определяют понятие цели (остальные свойства совпадают). Тогда характеристическая функция, обозначим ее w, имеет вид w(x, x*): [0, 1], где w(x, x*) представляет собой степень соответствия данной системы x целевой системе x*. Характеристическую функцию удобно определять соответствующей функцией расстояния :R. Например, определять функцию расстояния с помощью соотношения

w(x, x*) = ,

где .

Заметим, что возможны и другие определения расстояний, следовательно, и иные формулы расчета.

Предположим, что тип цели и соответствующая характеристическая функция определены для некоторого множества систем. С каждой системой из такого множества связано значение характеристической функции, определяющее степень соответствия системы заданной цели. Это позволяет определить понятие целенаправленных систем, для которых характеристика относительно заданной цели больше некоторого заданного порога.

Формально для двух заданных систем x и y одного и того же типа, определенной цели x* и соответствующей характеристической функции w система x является целенаправленной относительно системы y и цели x* с учетом характеристической функции w тогда и только тогда, когда

w(x, x*) > w(y, x*).

Назовем разность w(x,y|x*)= w(x, x*) - w(y, x*)

степенью целенаправленности x относительно y при заданной цели x*.

Таким образом, цель системы можно определить различными способами, что позволяет считать, что цель находится “ в руках пользователя”. Понятия цели и характеристики являются базовыми для определения понятия целенаправленных систем. Система с положительной степенью целенаправленности относительно другой системы должна обладать некоторыми свойствами, отличными от свойств последней, т.е. свойствами, связанными с целью и определяющими улучшение характеристики этой системы. Будем называть их свойствами выбора цели. Такими свойствами, например, являются некоторые дополнительные переменные или состояния в порождающих системах, дополнительные элементы или соединения в структурированных системах, дополнительные элементы или процедуры в метасистемах и др.

Следовательно системы, обладающие свойствами целенаправленности, характеризуются отделением переменных выбора цели от остальных переменных и требованием того, чтобы переменные выбора цели способствовали ее достижению. Исследование различных способов порождения состояний переменных выбора цели чрезвычайно важно для понимания природы такого класса систем и, в частности, для развития методов их проектирования. Для таких систем всегда присущ принцип (схема, форма) в терминах порождаемых состояний переменных поиска цели. Исходя из изложенного можно сформулировать понятие целенаправленных систем.

^ Целенаправленные системы - это системы, ориентированные разработчиком на выполнение строго определенных целей. Они имеют четко определенное целевое назначение для заданных условий, а также характеризуются набором ограничений по номенклатуре целей и заданным диапазоном допустимых изменений условий функционирования. Примерами таких систем являются простейшие полуавтоматы и автоматы с жесткой программой управления или простейшие механизмы. К ним можно, в частности отнести станки-автоматы по производству только определенных механических деталей, бытовые и промышленные холодильники, автономные системы отопления зданий с полуавтоматическим поддержанием температуры в определенном диапазоне, автомобили различного целевого назначения.

Принципиально иным является класс целеустремленных систем.

^ Целеустремленные системы - это системы, которые обладают следующими свойствами:

- воспринимать требования внешней по отношению к системе среды и формировать цели для достижения этих требований при условии существенно меняющихся ситуаций;

- определять альтернативы всех действий внешней среды и осуществлять целесообразный выбор альтернативы для достижения целей в складывающихся условиях.

Важнейшим свойством целеустремленных систем является способность динамично изменять цели и способы их достижения в соответствие с изменением ситуации. Целеустремленные системы принципиально отличаются от целенаправленных систем высокой гибкостью, динамичностью и способностью реагировать на изменение внешней среды путем адаптации потребностей, целей и действий в складывающихся ситуациях. Cистемы данного класса могут изменять функции, свойства и даже структуру как функциональных элементов, так и системы в целом.

Принципиальной особенностью целеустремленных систем является то, что они обладают интеллектом - естественным или искусственным, или их сочетанием. Большинство известных целеустремленных систем относится к классу организационно-технических или экспертных, в которых главными элементами являются операторы, а также различного рода технические средства поддержки решений, обладающие интеллектуальной составляющей. В качестве примеров таких систем можно привести: гибкие автоматизированные производства, способные в процессе функционирования изменять номенклатуру и объем выпускаемой продукции, диспетчерские службы крупных аэропортов, морских портов, способные одновременно обслуживать от нескольких десятков до нескольких сотен воздушных или морских судов в ходе изменяющихся погодных условий и др. Иллюстрацией способности целеустремленных систем к адаптации, к условиям внешней среды, являются действия персонала электростанций, крупных металлургических, горнодобывающих, химических и др. производств в критических и аварийных режимах.

^ Структурированная система – объект исследования, представленный в виде определенной, иерархической структуры функциональных элементов с учетом взаимосвязей, взаимозависимостей и взаимодействий между ними.

^ Структурированная исходная система представляет собой набор исходных данных систем, систем данных или порождающих систем, имеющих общее параметрическое множество. Системы, образующие структурированную систему, обычно называются ее элементами. Некоторые переменные у них могут быть общими. Общие переменные обычно называются связывающими переменными. Они представляют собой взаимодействие между элементами структурированной системы.

Общие переменные используются как при исследовании, так и при проектировании сложных систем. При исследовании реальных объектов в качестве элементов принимаются его технологические и конструктивные составляющие, которые реализуют определенные технологические процессы или определенные функции управления. Например, при исследовании действующей АЭС в качестве элементов системы можно выделить атомный реактор, турбомашину, электрогенератор, каждый из которых является конструктивно и технологически целостным объектом и реализует соответственно следующие технологические процессы: превращение атомной энергии в тепловую, тепловой энергии в механическую и электрическую. Следует особо заметить, что каждый из перечисленных элементов АЭС представляет собой сложную механическую систему. Поэтому при проектировании нового объекта, например, очередной АЭС, может параллельно решаться несколько системных задач. Среди них необходимо выделить следующие: проектирование АЭС в целом, проектирование каждого из указанных выше функциональных элементов, а также проектирование системы обеспечивающей инфраструктуры: жилые, торговые и другие здания, хранилища и другие подсобные помещения, и т.д. В общем случае такие задачи содержат системные формулировки различных требований и условий, связанные с взаимоотношениями между различными частями и между частями и объектом в целом. Проблемы типа часть-целое и часть-часть, возникающие при исследовании и проектировании сложных систем, существенно отличаются друг от друга. Так, при проектировании главная трудность состоит в том, чтобы при выборе структуры и элементов системы обеспечить достижение заданных целей на основе рационального компромисса противоречивых требований к объекту в целом. При исследовании имеет место следующая проблема: как на основе рационального управления функционированием реального объекта определенной структуры, состоящего из конкретных элементов обеспечить выполнение заданных требований в реальных условиях эксплуатации.

Первым этапом проектирования является определение так называемой порождающей системы. Она представляет собой замысел задания, которое должна выполнить данная система. В общем случае это задание представляет собой преобразование состояний соответствующих входных переменных в состояние выходных (параметров) переменных. Таким образом, полученная порождающая система всегда является целенаправленной.

При сборе исходной информации об объекте анализа необходимо учитывать, что все практические объекты являются открытыми системами.

Под открытыми будем понимать такие системы, для которых свойственен обмен различными ресурсами, в том числе энергией и информацией, с внешней средой. Поэтому всегда важно определить границы открытой системы, или просто говоря установить, где заканчивается исследуемый объект и начинается окружающая среда. При этом определяющим фактором всегда выступает цель анализа. К примеру, если целью системного анализа является определение источника потерь электроэнергии в некоторой системе, то необходимо анализировать всю электроэнергетическую сеть этой системы. Если же целью системного анализа является, к примеру, создание экономичного электрогенератора, то все функциональные элементы за его пределами можно полагать внешней средой. Однако, данные примеры скорее исключение, чем правило. В подавляющем большинстве практических задач системного анализа определить физические границы объекта исследования по известной совокупности целей достаточно сложно. Противоречивые цели указывают на различные границы, а ориентация на супремум этих границ ведет не только к чрезмерному их расширению, но, и что существенно важнее - к существенному усложнению рассматриваемой задачи. Кроме того, в ряде случаев, например, на ранних стадиях разработки уникального объекта, практически неизвестны количественные данные относительно степени влияния различных функциональных элементов на уровень достижения целей и физические границы объекта исследования. Более того зачастую нельзя утверждать, что объект исследования определен полностью, так как каждый функциональный элемент описывается, как правило, определенной совокупностью показателей, которые характеризуют определенное множество свойств. Но степень влияния различных свойств на различные цели системной задачи существенно различается. Поэтому, естественно стремление аналитика исключить из рассмотрения свойства тех функциональных элементов, степень влияния которых достаточно мала. Однако в таких случаях возникает вопрос - что принять за критерий малости влияния? Ответ на него неоднозначен, причем он усложняется в случае, когда анализ необходимо выполнить для целеустремленных систем.

Для заданной структурированной системы существует другая, связанная с ней система, определяемая всеми переменными, входящих в нее элементов. Эта система рассматривается как некая полная система, т.е. система, представленная в виде некоторого объединения всех входящих переменных. С этой точки зрения элементы любой структурированной системы интерпретируются как подсистемы соответствующей полной системы, а полная система - как суперсистема по отношению к этим элементам. Следовательно структурированные системы становятся, по существу, представлениями полных систем в виде различных подсистем.

Статус полной системы или подсистемы, разумеется, не является однозначным. Например, некая система в одном контексте может рассматриваться как элемент структурированной системы, а в другом - может рассматриваться как полная система, подсистемы которой образуют структурированную систему. Аналогичная неоднозначность характерна для исходных систем, систем данных или порождающих систем. Подобная двойственность дает возможность представить любую полную систему как многократное вложение структурированных систем. Например, как структурированная система может иметь элементы, которые в свою очередь являются структурированными системами, элементы которых также являются структурированным системами и т.д., вплоть до элементов, состоящих из простых переменных.

Необходимость представления полной системы в виде совокупности ее подсистем обусловлена многими причинами. Одной из главных является ее сложность, которая, в свою очередь, связана с обозримостью рассматриваемой системы. Другая причина имеет отношение к наблюдениям и измерениям. Если параметры системы зависят от времени, то часто бывает технически невозможно или нецелесообразно одновременно наблюдать все переменные, имеющие отношение к цели исследования. В этом случае можно собрать данные только частично, для наибольшего возможного подмножества переменных. В других случаях исследователь вынужден использовать косвенные данные, собранные различными опосредственными способами и покрывающими только часть переменных, необходимых для работы.

При формализации и решении реальных системных задач необходимо использовать конструктивный и удобный способ представления исходных данных, условий и свойств объекта с целью согласования по целям, задачам, ожидаемым результатам и затрачиваемым ресурсам вычислительных процессов и эмпирических процедур решения поставленных задач.

Условия функционирования объекта системных исследований целесообразно представить с помощью концептуального функционального пространства в следующей системе координат:

Ось - определяет уровень сложности цели функционирования объекта; с увеличением сложность цели возрастает.

Ось - определяет уровень сложности ситуаций, в которых функционирует объект; с увеличением возрастает сложность ситуации.

Ось - определяет энтропию информации, т.е. уровень дефицита информации о сложности целей и условий функционирования объекта (т.е. уровень дефицита информации о каждой точке плоскости О).


Скачать файл (655.2 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации