На головну

Принципи і структура системного аналізу

  1. I. 2.4. Принципи та методи дослідження сучасної психології
  2. III. Принципи лікування ДСЗ
  3. III. Принципи, які стверджують реалізацію в процесі навчання закономірностей пізнавальної діяльності учнів
  4. III.1. Послідовна структура управління
  5. III.2. Умовна структура управління
  6. III.3.1) Мета покарання і загальні принципи відповідальності.
  7. IV. МОВА ЯК СИСТЕМА І СТРУКТУРА

За основу при розробці методики системного аналізу можна взяти етапи проведення будь-якого наукового дослідження або етапи дослідження і розробки, прийняті в теорії автоматичного управління. Методика системного аналізу повинна спиратися на поняття системи і використовувати закономірності побудови, функціонування і розвитку систем.

Загальним для всіх методик системного аналізу є визначення закону функціонування системи, формування варіантів структури системи (кількох альтернативних алгоритмів, що реалізують заданий закон функціонування), вибір найкращого варіанту, здійснюваного шляхом вирішення завдань декомпозиції, аналізу досліджуваної системи, синтезу системи і знімає проблему практики.

1.3.1. Принципи системного аналізу

Принципи системного аналізу - це деякі положення загального характеру, що є узагальненням досвіду роботи людину зі складними системами.

Найбільш часто до системних зараховують такі принципи: принцип кінцевої мети, принцип виміру, принцип еквіфінальних, принцип єдності, принцип зв'язності, принцип модульного побудови, принцип ієрархії, принцип функціональності, принцип розвитку (історичності, відкритості), принцип децентралізації, принцип невизначеності.

Принцип кінцевої мети. Це абсолютний пріоритет кінцевої (глобальної) мети. Принцип має кілька правил:

- Для проведення системного аналізу необхідно в першу чергу сформулювати мету дослідження. Розпливчасті, в повному обсязі певні цілі тягнуть за собою невірні висновки;

- Аналіз слід вести на базі першочергового з'ясування основної мети (функції, основного призначення) досліджуваної системи, що дозволить визначити її основні суттєві властивості, показники якості і критерії оцінки;

- При синтезі систем будь-яка спроба зміни чи вдосконалення повинна оцінюватися щодо того, допомагає чи заважає вона досягненню кінцевої мети;

- Мета функціонування штучної системи задається, як правило, системою, в якій досліджувана система є складовою частиною.

Принцип вимірювання. Для визначення ефективності функціонування системи треба уявити її як частину більш загальної і проводити оцінку зовнішніх властивостей досліджуваної системи щодо цілей і завдань суперсистеми (системи вищого порядку).

Принцип еквіфінальних. Система може досягти необхідного кінцевого стану, котрий залежить від часу і визначається виключно власними характеристиками системи при різних початкових умовах і різними шляхами. Це форма стійкості по відношенню до початкових і граничних умов.

Принцип єдності. Це спільний розгляд системи як цілого і як сукупності частин (елементів). Принцип орієнтований на «погляд всередину» системи, на розчленовування її зі збереженням цілісних уявлень про систему.

Принцип зв'язності. Розгляд будь-якій частині спільно з її оточенням передбачає проведення процедури виявлення зв'язків між елементами системи і виявлення зв'язків із зовнішнім середовищем (облік зовнішнього середовища). Відповідно до цього принципу систему в першу чергу слід розглядати як частину (елемент, підсистему) інший системи, званої суперсистемой або старшої системою.

Принцип модульного побудови. Корисно виділення модулів в системі і розгляд її як сукупності модулів. Принцип вказує на можливість замість частини системи досліджувати сукупність її вхідних і вихідних впливів (абстрагування від зайвої деталізації).

Принцип ієрархії. Корисно введення ієрархії частин і їх ранжування, що спрощує розробку системи і встановлює порядок розгляду частин.

Принцип функціональності. Це спільний розгляд структури і функції з пріоритетом функції над структурою. Принцип стверджує, що будь-яка структура тісно пов'язана з функцією системи і її частин. Що стосується надання системі нових функцій корисно переглядати її структуру, а не намагатися втиснути нову функцію в стару схему. Оскільки виконувані функції складають процеси, то доцільно розглядати окремо процеси, функції, структури. У свою чергу, процеси зводяться до аналізу потоків різних видів:

1. матеріальний потік;

2. потік енергії;

3. потік інформації;

4. зміна станів.

З цієї точки зору структура є безліч обмежень на потоки в просторі і в часі.

Принцип розвитку (зміни, історичності, відкритості). Це облік змінності системи, її здатності до розвитку, адаптації, розширення, заміни частин, накопичення інформації. В основу синтезується системи потрібно закладати можливість розвитку, нарощування, удосконалення. Зазвичай розширення функцій передбачається за рахунок забезпечення можливості включення нових модулів, сумісних з уже наявними. Одним із способів обліку цього принципу є розгляд системи щодо її життєвого циклу. Умовними фазами життєвого циклу ІС є проектування, виготовлення, введення в експлуатацію, експлуатація, нарощування можливостей (модернізація), виведення з експлуатації (заміна), знищення.

Принцип децентралізації. Це поєднання в складних системах централізованого та децентралізованого управління, яке, як правило, полягає в тому, що ступінь централізації повинна бути мінімальною, що забезпечує виконання поставленої мети.

Недолік децентралізованого управління - збільшення часу адаптації системи. Він істотно впливає на функціонування системи в швидко мінливих середовищах.

Недоліком централізованого управління є складність управління через величезний потік інформації, що підлягає переробці в старшій системі управління. Тому в складній системі зазвичай присутні два рівня управління. У повільно мінливій обстановці децентралізована частина системи успішно справляється з адаптацією поведінки системи до середовища і з досягненням глобальної мети системи за рахунок оперативного управління, а при різких зміни середовища здійснюється централізоване управління з перекладу системи в новий стан.

Принцип невизначеності. Це облік невизначеностей і випадковостей у системі. Принцип стверджує, що можна мати справу з системою, в якій структура, функціонування або зовнішні впливи не повністю визначені.

Складні відкриті системи не підкоряються імовірнісним законам. У таких системах можна оцінювати «найгірші» ситуації і розгляд проводити для них. Цей спосіб називають методом гарантованого результату.

При наявності інформації про імовірнісних характеристиках випадковостей (математичне очікування, дисперсія і т.д.) можна визначати ймовірні характеристики виходів в системі.

Перераховані принципи мають дуже високим ступенем спільності. Для безпосереднього застосування дослідник повинен наповнити їх конкретним змістом стосовно предмету дослідження.

1.3.2. Структура системного аналізу

Загальний підхід до вирішення проблем може бути представлений як цикл (рис. 1.4). При цьому в процесі функціонування реальної системи виявляється проблема практики як невідповідність існуючого стану справ необхідному. Для вирішення проблеми проводиться системне дослідження (декомпозиція, аналіз і синтез) системи, що знімає проблему. В ході синтезу здійснюється оцінка аналізованої і синтезується систем. Реалізація синтезованої системи у вигляді пропонованої фізичної системи дозволяє провести оцінку ступеня зняття проблеми практики і прийняти рішення на функціонування модернізованої (нової) реальної системи.

 Рис.1.5. Дерево функцій системного аналізу
 Рис.1.4. Загальний підхід до вирішення проблем

 Основні завдання системного аналізу можуть бути представлені у вигляді трирівневого дерева функцій (рис.1.5).

етап декомпозиціїзабезпечує загальне уявлення системи:

1. Визначення і декомпозиція загальної мети дослідження і основної функції системи як обмеження траєкторії в просторі станів системи або в області допустимих ситуацій. Найбільш часто декомпозиція проводиться шляхом побудови дерева цілей і дерева функцій.

2. Виділення системи з середовища за критерієм участі кожного елемента, що розглядається в процесі.

3. Опис факторів, що впливають.

4. Опис тенденцій розвитку, невизначеностей різного роду.

5. Опис системи як «чорного ящика».

6. Функціональна (за функцією), компонентна (по виду елементів) і структурна (за видом відносин між елемента ми) декомпозиції системи.

Глибина декомпозиції обмежується. Декомпозиція повинна припинятися, якщо необхідно змінити рівень абстракції - представити елемент як підсистему. Якщо при декомпозиції з'ясовується, що модель починає описувати внутрішній алгоритм функціонування елемента замість закону його функціонування у вигляді «чорного ящика», то в цьому випадку відбулася зміна рівня абстракції. Це означає вихід за межі мети дослідження системи і, отже, викликає припинення декомпозиції.

В автоматизованих методиках типовою є декомпозиція моделі на глибину 5-6 рівнів. На таку глибину декомпозіруется зазвичай одна з підсистем. Функції, які вимагають такого рівня деталізації, часто дуже важливі, і їх детальний опис дає ключ до секретів роботи всієї системи.

У загальній теорії систем доведено, що більшість систем можуть бути декомпозіровани на базові уявлення підсистем. До них відносять: послідовне (каскадне) з'єднання елементів, паралельне з'єднання елементів, з'єднання за допомогою зворотного зв'язку.

Проблема проведення декомпозиції полягає в тому, що в складних системах відсутня однозначна відповідність між законом функціонування підсистем і алгоритмом, його реалізують. Тому здійснюється формування декількох варіантів (або одного варіанту, якщо система відображена у вигляді ієрархічної структури) декомпозиції системи.

Найбільш часто застосовуються стратегії декомпозиції.

Функціональна декомпозиція. Декомпозиція базується на аналізі функцій системи. При цьому ставиться питання що робить система, незалежно від того, як вона працює. Підставою розбиття на функціональні підсистеми служить спільність функцій, які виконуються групами елементів.

Декомпозиція по життєвому циклу. Ознака виділення підсистем - зміна закону функціонування підсистем на різних етапах циклу існування системи «від народження до загибелі». Рекомендується застосовувати цю стратегію, коли метою системи є оптимізація процесів і можна визначити послідовні стадії перетворення входів в виходи.

Декомпозиція по фізичному процесу. Ознака виділення підсистем - кроки виконання алгоритму функціонування підсистеми, стадії зміни станів. Хоча ця стратегія корисна при описі існуючих процесів, результатом її часто може стати занадто послідовне опис системи, яка не буде в повній мірі враховувати обмеження, що диктуються функціями один одному. При цьому може виявитися прихованою послідовність управління. Застосовувати цю стратегію слід, тільки якщо метою моделі є опис фізичного процесу як такого.

Декомпозиція по підсистемах (структурна декомпозиція). Ознака виділення підсистем - сильний зв'язок між елементами по одному з типів відносин (зв'язків), що існують в системі (інформаційних, логічних, ієрархічних, енергетичних і т.п.). Силу зв'язку, наприклад, за інформацією можна оцінити коефіцієнтом інформаційної взаємозв'язку підсистем k = N / N0, де N - Кількість взаімоіспользуемих інформаційних масивів в підсистемах, N0 - Загальна кількість інформаційних масивів. Для опису всієї системи повинна бути побудована складова модель, яка об'єднує всі окремі моделі. Рекомендується використовувати розкладання на підсистеми, тільки коли такий поділ на основні частини системи не змінюється. Нестабільність кордонів підсистем швидко знецінить як окремі моделі, так і їх об'єднання.

етап аналізузабезпечує формування детального представлення системи:

1. Функціонально-структурний аналіз існуючої системи, що дозволяє сформулювати вимоги до створюваної системи. Він включає уточнення складу і законів функціонування елементів, алгоритмів функціонування та взаємовпливів підсистем, поділ керованих і некерованих характеристик, завдання простору станів Z, завдання пара метричного простору Т, в якому задано поведінку системи, аналіз цілісності системи, формулювання вимог до створюваної системи.

2. Морфологічний аналіз - аналіз взаємозв'язку компонентів.

3. Генетичний аналіз - аналіз передісторії, причин розвитку ситуації, наявних тенденцій, побудова прогнозів.

4. Аналіз аналогів.

5. Аналіз ефективності (за результативністю, ресурсоємності, оперативності). Він включає вибір шкали вимірювання, формування показників ефективності, обгрунтування і формування критеріїв ефективності, безпосередньо оцінювання та аналіз отриманих оцінок.

6. Формування вимог до створюваної системи, включно з вибором критеріїв оцінки і обмежень.

етап синтезусистеми, що вирішує проблему, представлений у вигляді спрощеної функціональної діаграми на рис.1.6. На цьому етапі здійснюються:

· Розробка моделі необхідної системи (вибір математичного апарату, моделювання, оцінка моделі за критеріями адекватності, простоти, відповідності між точністю і складністю, балансу похибок, багатоваріантності реалізацій, блочности побудови).

· Синтез альтернативних структур системи, що знімає проблему.

· Синтез параметрів системи, що знімає проблему.

·
 Рис.1.6. Спрощена функціональна діаграма етапу синтезу системи, що вирішує проблему

 Оцінювання варіантів синтезованої системи (обгрунтування схеми оцінювання, реалізація моделі, проведення експерименту з оцінки, обробка результатів оцінювання, аналіз результатів, вибір найкращого варіанту).

Оцінка ступеня зняття проблеми проводиться при завершенні системного аналізу.

Найбільш складними у виконанні є етапи декомпозиції та аналізу. Це пов'язано з високим ступенем невизначеності, яку потрібно подолати в ході дослідження.

Процес формування загального і детального представлення системи включає дев'ять основних стадій.

Формування загального уявлення системи

стадія 1. Виявлення головних функцій (властивостей, цілей, призначення) системи. Формування (вибір) основних предметних понять, що використовуються в системі. З'ясування основних виходів в системі. Визначення типу виходу: матеріальний, енергетичний, інформаційний. Вони повинні бути віднесені до будь-яким фізичним або іншим поняттям (вихід виробництва - продукція (яка?), Вихід системи управління - командна інформація (для чого? В якому вигляді?), Вихід автоматизованої інформаційної системи - відомості (про що?) І т.д.).

стадія 2. Виявлення основних функцій і частин (модулів) в системі. Розуміння єдності цих частин в рамках системи. На цій стадії відбувається перше знайомство з внутрішнім змістом системи, виявляється, з яких великих частин вона складається і яку роль кожна частина відіграє в системі. Це стадія отримання первинних відомостей про структуру і характер основних зв'язків. Такі відомості слід представляти і вивчати за допомогою структурних або об'єктно-орієнтованих методів аналізу систем, де, наприклад, з'ясовується наявність переважно послідовного або паралельного характеру з'єднання частин, взаємної або переважно односторонньою спрямованості впливів між частинами і т.п. Уже на цій стадії слід звернути увагу на так звані системоутворюючі чинники, тобто на ті зв'язки, взаємозумовленості, які і роблять систему системою.

стадія 3. Виявлення основних процесів в системі, їх ролі, умов здійснення; виявлення стадийности, стрибків, змін станів у функціонуванні; в системах з управлінням - виділення основних керуючих факторів. Тут досліджується динаміка найважливіших змін в системі, хід подій, вводяться параметри стану, розглядаються фактори, що впливають на ці параметри, що забезпечують перебіг процесів, а також умови початку і кінця процесів. Визначається, керовані чи процеси і сприяють вони здійсненню системою своїх головних функцій. Для керованих систем уясняются основні керуючі впливу, їх тип, джерело і ступінь впливу на систему.

стадія 4. Виявлення основних елементів «несістеми», з якими пов'язана досліджувана система. Виявлення характеру цих зв'язків. Досліджуються основні зовнішні впливи на систему (входи). Визначаються їх тип (речові, енергетичні, інформаційні), ступінь впливу на систему, основні характеристики. Фіксуються кордону того, що вважається системою, визначаються елементи «несістеми», на які спрямовані основні вихідні впливу. Тут корисно простежити еволюцію системи, шлях її формування. Нерідко це призводить до розуміння структури та особливостей функціонування системи. В цілому дана стадія дозволяє краще усвідомити головні функції системи, її залежність і вразливість або відносну незалежність у зовнішньому середовищі.

стадія 5. Виявлення невизначеностей і випадковостей в ситуації їх визначального впливу на систему (для стохастичних систем).

стадія 6. Виявлення розгалуженої структури, ієрархії, формування уявлень про систему як про сукупність модулів, пов'язаних входами-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 мова йде про систему, якої треба займатися для її глибокого вивчення, поліпшення, управління, то нам доведеться піти далі по спіралеподібного шляху поглибленого дослідження системи.

Формування детального представлення системи

стадія 7. Виявлення всіх елементів і зв'язків, важливих для цілей розгляду. Їх віднесення до структури ієрархії в системі. Ранжування елементів і зв'язків за їх значимістю.

Стадії 6 і 7 тісно пов'язані один з одним, тому їх обговорення корисно провести разом. Стадія 6 - це межа пізнання «всередину» досить складної системи для особи, яка оперує нею цілком. Більш поглиблені знання про систему (стадія 7) матиме вже тільки фахівець, який відповідає за її окремі частини. Для не надто складного об'єкта рівень стадії 7 - знання системи цілком - досяжний і для однієї людини. Таким чином, хоча суть стадій 6 і 7 одна і та ж, але в першій з них ми обмежуємося тим розумним обсягом відомостей, який доступний одному досліднику.

При поглибленої деталізації важливо виділяти саме істотні для розгляду елементи (модулі) і зв'язку. Пізнання системи передбачає не завжди тільки відділення істотного від несуттєвого, але також приділення додаткової уваги більш суттєвого. Деталізація повинна торкнутися і вже розглянуту в стадії 4 зв'язок системи з «несістемой». На стадії 7 сукупність зовнішніх зв'язків вважається прояснення настільки, що можна говорити про доскональному знанні системи.

Стадії 6 і 7 підводять підсумок загального, цілісного вивчення системи. Подальші стадії вже розглядають тільки її окремі сторони. Тому важливо ще раз звернути увагу на системоутворюючі чинники, на роль кожного елемента і кожного зв'язку, на розуміння, чому вони саме такі чи повинні бути саме такими в аспекті єдності системи.

стадія 8. Облік змін і невизначеностей в системі. Тут досліджуються повільне, зазвичай небажана зміна властивостей системи, яке прийнято називати «старінням», а також можливість заміни окремих частин (модулів) на нові, що дозволяють не тільки протистояти старінню, а й підвищити якість системи в порівнянні з початковим станом. Таке вдосконалення штучної системи прийнято називати розвитком. До нього також відносять поліпшення характеристик модулів, підключення нових модулів, накопичення інформації для кращого її використання, а іноді і перебудову структури, ієрархії зв'язків.

Основні невизначеності в стохастичною системі вважаються дослідженими на стадії 5. Однак недетерминированность завжди присутній і в системі, яка не призначена працювати в умовах випадкового характеру входів і зв'язків. Додамо, що облік невизначеностей в цьому випадку зазвичай перетворюється в дослідження чутливості найважливіших властивостей (виходів) системи. Під чутливістю розуміють ступінь впливу зміни входів на зміну виходів.

стадія 9. Дослідження функцій та процесів в системі з метою управління ними. Введення управління і процедур ухвалення рішення. Керуючі впливи як системи управління. Для цілеспрямованих та інших систем з управлінням дана стадія має велике значення. Основні керуючі фактори були з'ясовані при розгляді стадії 3, але там це носило характер загальної інформації про систему. Для ефективного запровадження управлінь або вивчення їх впливів на функції системи і процеси в ній необхідно глибоке знання системи. Саме тому аналіз управлінь проводиться після всебічного розгляду системи. Управління може бути надзвичайно різноманітним за змістом - від команд спеціалізованої керуючої ЕОМ до міністерських наказів.

Однак можливість одностайної розгляду всіх цілеспрямованих втручань в поведінку системи дозволяє говорити вже не про окремі управлінських актах, а про систему управління, яка тісно переплітається з основною системою, але чітко виділяється в функціональному відношенні.

На даній стадії з'ясовується, де, коли і як (в яких точках системи, в які моменти, в яких процесах, скачках, вибори з сукупності, логічних переходах і т.д.) система управління впливає на основну систему, наскільки це ефективно, прийнятно і зручно піддається реалізації. При введенні управлінь в системі повинні бути досліджені варіанти перекладу входів і постійних параметрів в керовані, визначені допустимі межі управління і способи їх реалізації.

Далі йде специфічна стадія моделювання. Про створення моделі можна говорити тільки після повного вивчення системи.



Попередня   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   Наступна

КАФЕДРА МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ В ЕКОНОМІЦІ | Конспект лекцій | ГЛАВА 1 ОСНОВИ СИСТЕМНОГО АНАЛІЗУ | Основні типи шкал вимірювання | Обробка характеристик, виміряних в різних шкалах | Показники і критерії оцінки систем | Методи якісного оцінювання систем | Вступ | Принцип ідентичності та декомпозиції | Принцип дискримінації та порівняльних суджень |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати