Структура и цель системы. Принципы целеобразования.

Функции системы. Задачи и современные методы СА

5.1. Структура системы. Под структурой понимается совокупность устойчивых связей, обеспечивающих сохранение свойств объекта исследования при различных внешних и внутренних изменениях; это основная характеристика системы. Понятие «связи» характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.

Отношения между элементами системы могут быть самыми разнообразными. Выделяют следующие типы отношений:

- классификационные («род-вид»);

- отношения типа «часть-целое»;

- пространственные отношения;

- временные отношения;

- материальные (вещественные, энергетические, информационные) связи;

- определяющие отношения (определяющие свойства, в том числе через математические, логические соотношения между свойствами элементов);

- эмпирические отношения – к этому типу относятся разнообразные отношения, присутствующие в реальных системах, например: «руководить», «владеть», «нравиться» и т.п.

При проведении анализа используются два определяющих понятия структуры: материальная структура и формальная структура.

Под формальной структурой понимается совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для достижения системой поставленных целей. Отсюда следует, что формальная структура описывает нечто общее, присущее системам одного типа. Материальная структура является носителем конкретных типов и параметров элементов системы и их взаимосвязей.

Сущности формальных структур разные: фиксированной цели системы соответствует, как правило, одна формальная структура; одной формальной структуре может соответствовать множество материальных структур.

При проведении СА на этапе изучения формальных и материальных структур обычно решаются следующие задачи:

- определение соответствия существующей структуры новым целям и функциям системы;

- определение необходимости реорганизации существующей структуры либо проектирования принципиально новой структуры;

- определение вида распределения (перераспределения) новых и старых функций системы по элементам структуры.

Типовые структуры, используемые при построении административных, производственно-технологических и вычислительных систем, показаны на рис. 5.1. Линейная структура (рис. 5.1а) характеризуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними. При выходе из строя хотя бы одного элемента (связи) структура разрушается. Кольцевая структура (рис. 5.1б) отличается замкнутостью, любые два элемента обладают двумя направлениями связи. Это повышает скорость общения, делает структуру более живучей.

Сотовая структура (рис. 5.1в) характеризуется наличием резервных связей, что повышает надежность (живучесть) функционирования структуры, но приводит к повышению ее стоимости. Многосвязная структура (рис. 5.1г) имеет структуру полного графа. Надежность функционирования максимальная, эффективность функционирования высокая за счет наличия кратчайших путей, стоимость – максимальная. Частным случаем многосвязной структуры является «колесо» – см. рис. 5.1д.

 

 

Рис. 5.1. Типовые структуры систем

Иерархическая структура (рис. 5.1е) получила широкое распространение при проектировании систем управления (чем выше уровень иерархии, тем меньшим числом связей обладают ее элементы). Все элементы, кроме верхнего и нижнего уровней, обладают как командными, так и подчиненными функциями. Каждый уровень системы характеризуется уровнем иерархии, который определяется как отношение числа исходящих связей к числу входящих.

Звездная структура (рис. 5.1ж) имеет центральный узел, который исполняет роль центра, все остальные элементы системы являются подчиненными. Графовая структура (рис. 5.1з) является инвариантной по отношению к иерархической и используется обычно при описании производственно-технологических систем. Матричная структура (рис. 5.1и) используется, в частности, для описания матричной схемы управления организационными системами.

В целом структура является материальным носителем целевой деятельности системы по ликвидации проблемной ситуации и от ее эффективности во многом зависит конечный результат этой деятельности.

5.2. Цели системы. Понятие цели (целенаправленности, целеустремленности, целесообразности) трудно сформулировать ввиду его неоднозначного толкования специалистами разных наук. В литературе встречаются следующие варианты определения цели системы:

- это заранее мыслимый результат созидательной деятельности человека;

- это желаемое состояние выходов системы;

- это определенное извне или установленное самой системой состояние ее выходов;

- это идеальный образ того, чего человек либо группа людей хочет достичь;

- это предвосхищение в сознании человека результата, на достижение которого направлены действия;

- это ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за определенный промежуток времени;

- это требуемые внешней средой результаты деятельности системы, заданные на множестве выходных конечных продуктов и т.д.

Для социально-экономической системы цель может задаваться требованиями к показателям результативности, ресурсоемкости, оперативности функционирования, для системы управления – требованиями к траектории достижения заданного результата. Цель для системы, как правило, определяется системой более высокого (старшего) уровня, в которой она является подсистемой или элементом. Классификации целей системы иллюстрирует рис. 5.2.

 

 

Рис. 5.2. Классификация целей системы

Конечныецели характеризуют четко определенный результат, который может быть получен в заданном пространственно-временном или параметрическом виде, поскольку конечная цель может быть представлена как некоторая точка (область) в пространстве состояний системы. Бесконечные цели определяют, как правило, общее направление деятельности – такая цель может задаваться как вектор в пространстве состояний системы или в виде функций максимизации или минимизации параметров состояния системы.

Выбор класса целей на рис. 5.2 зависит от характера решаемой проблемы, с учетом ее особенностей и социально-экономической значимости. Формулировка целей системы, как в качественном, так и в количественном виде, должна быть максимально компактной и четкой, носить повелительный характер. В штатном рабочем режиме (нормальное функционирование) система полностью удовлетворяет потребности внешней среды и процесс ее перехода (перевода ее подсистем и элементов) из одного состояния в другое происходит при постоянстве заданных рабочих целей системы. В режиме развития считается, что система перестала удовлетворять потребностям внешней среды и требуется корректировка прежних целевых установок путем определения целей развития системы.

Учитывая, что практически все сложные системы являются многопродуктовыми и многоцелевыми, для них следует рассматривать как простые (частные), так и сложные (комплексные) цели. Для достижения успеха, например, в сфере современного бизнеса, нужно задать коллективные цели в следующих областях деятельности (производство, финансы, коллектив, экология) компании или фирмы:

- максимизация объема выпуска продукции; прибыли; эффективности инноваций;

- минимизация затрат ресурсов; финансовых затрат; социальной напряженности; загрязнения окружающей среды.

5.3. Принципы целеобразования и функции системы. Концепция управления по целям считается одним из эффективных средств организации корпоративного управления. Она основана на том, что каждый работник отчетливо представляет себе коллективные цели и сознательно стремится к их достижению.

Для управления по целям характерны:

- оценка деятельности сотрудников по конечным результатам (коллективным и личным достижениям), а не по количеству отработанного времени;

- понимание сотрудниками общей цели коллектива и стремление к ее достижению;

- право и возможность каждого сотрудника иметь и отстаивать свои собственные (личные) цели.

Установление личных целей придает работнику осмысленное поведение и высокую мотивацию. Социологические исследования показывают, что человек всегда подсознательно стремится достичь компромисса между личными и профессиональными интересами. При этом личные интересы, как правило, определяются им в виде определенного стандарта удовлетворения своих потребностей. Основой данного стандарта являются следующие направления целеполагания: карьера; душевное состояние; вера (религия) и идеалы; финансы; физическое состояние (здоровье); друзья и знакомые; дом и семья.

Формулировка целей является необходимым, но не достаточным условием осуществления целеполагания. Для конкретизации целей необходимо задать критерии достижения целей и ограничения, при которых осуществляется поиск возможных вариантов решения проблем. Критерий достижения цели дает оценку степени близости системы к цели, в этом смысле данный критерий представляет собой модель цели. По аналогии с показателями эффективности системы критерий достижения целей может выражаться как в качественном, так и в количественном виде. От конкретных критериев требуется как можно большее сходство с целями для того, чтобы оптимизация решения в системе выбранных критериев соответствовала максимальному приближению к поставленной цели.

Ограниченияпри достижении цели представляют собой условия, отражающие влияние внешних и внутренних факторов, которые нужно учитывать в задаче принятия решений при выборе того или иного варианта решения. Требования системности ведут к учету целого ряда возможных ограничений: организационных, экономических, правовых, технических, психологических и т.д. При этом качественные ограничения формулируются, как правило, в терминах «не разрешается», «не допускается», а количественные – «не более», «не менее», «в интервале от и до». Ограничения дополняют и конкретизируют сформулированные цели системы. Если они делают цели системы нереализуемыми, необходимо путем проведение итерационных корректирующих процедур снять часть из них.

Функции системы – это действия, направленные на достижение целей, которые на предприятиях и фирмах обычно четко прописаны в уставах и должностных инструкциях. Использование приведенных понятий и определений в конкретной системной деятельности предприятия (см. рис. 5.3) позволяет выявить факт наличия (или отсутствия) проблемной ситуации; определить основные направления (цели) ее ликвидации; установить, какие функции системы при этом надо реализовать и какой при этом должна быть ее структура; выяснить имеются ли для этого внешние и внутренние ресурсы.

 

Рис. 5.3. Этапы системной деятельности предприятия

Цепочка действий «проблемная ситуация – цели – функция – структура – внешние ресурсы» образует логически обоснованную последовательность этапов системной деятельности предприятия. Сплошными линиями на рис. 5.3 показана последовательность действий (этапов функционирования) системы, штриховой линией – последовательность анализа или проектирования системы. С учетом изложенного, можно дать еще одно, существенно уточненное определение системы: «Система – это целенаправленно функционирующая структура, способная к разрешению проблемных ситуаций при сложившихся внешних условиях».

5.4. Задачи системного анализа и синтеза. Логически связанная совокупность теоретических и эмпирических положений из области математики, естественных наук и опыта разработки сложных систем, обеспечивающая повышение обоснованности решения проблем в разных областях человеческой деятельности, называется системным анализом (СА). В СА используются как математический аппарат общей ТС, так и другие качественные и количественные методы из области математической логики, теории принятия решений, теории эффективности, теории информации, структурной лингвистики, теории нечетких множеств, методов искусственного интеллекта, методов моделирования.

В состав СА при создании информационных систем входят задачи декомпозиции, анализа и синтеза. Декомпозиция означает представление системы в виде подсистем, состоящих из более мелких, неделимых элементов. Задачу декомпозиции часто рассматривают как составную часть задачи анализа.

Задача анализасостоит в нахождении свойств системы или внешней среды, окружающей систему и состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупности более простых компонентов. Целью анализа может быть определение закона преобразования информации, задающего поведение системы. В этом случае речь может идти об агрегации(композиции) системы в один (единственный) элемент.

Задача синтезасистемы противоположна задаче анализа. Суть задачи синтеза – определить, какой должна быть схема связи между элементами, число элементов и их параметры, чтобы полученная в результате система обеспечивала заданные показатели эффективности ее функционирования. Задача синтеза часто формулируется как оптимизационная задача, то есть направленная на поиск наилучшего в заданном смысле и при заданных ограничениях решения.

5.5. Методы решения задач СА. Известны два основных способа решения задач анализа:

- метод строгого аналитического решения с использованием аналитических зависимостей, которые описывают компоненты системы (подсистемы, элементы, связи), а также их количественные характеристики (проблемы здесь возникают ввиду сложности математических методов или при отсутствии аналитических зависимостей);

- метод компьютерного моделирования, который сочетает использование аналитических зависимостей с определенными путем физического или численного эксперимента данными, этот метод позволяет решать задачи анализа при вероятностном характере происходящих в системе процессов.

Задачи анализа являются разрешимыми всегда, при выполнении анализа выделяют три типовые операции:

- разделение сложного целого на более мелкие и простые части;

- понятное «объяснение» для всех полученных фрагментов системы;

- объединение «объяснений» всех частей в объяснение единого целого.

Для решения задач синтеза также существуют два основных метода:

- метод строгого математического синтеза, применимый для решения сравнительно простых задач, но требующий высококвалифицированного исполнения и обычно сопряженный с большими математическими трудностями (основное достоинство: возможность в принципе найти оптимальное – наилучшее в определенном смысле решение);

- метод целенаправленного перебора или синтез через анализ – когда квазипроизвольным образом (интуитивно) задается структура системы с известными параметрами входящих в нее элементов, затем решается задача анализа системы и полученные в результате показатели сравниваются с эталонными: если они удовлетворяют заданным требованиям, решение считается найденным, если нет – то изменяются схема системы и ее параметры, вновь решается задача анализа и процесс продолжается до тех пор, пока не будет найдена система с заданными показателями.

При выполнении синтеза выделяют три типовые операции:

- выделение большей системы (метасистемы), в которую рассматриваемая система входит как составная часть;

- рассмотрение состава и структуры метасистемы;

- объяснение роли, которую играет исследуемая система в метасистеме через ее связи с другими подсистемами в составе метасистемы.

При исследовании реальных систем анализ и синтез дополняют друг друга. Так, при синтезе организационной структуры необходимо сначала провести анализ деятельности создаваемой организации, выделить отдельные процессы (функции), сопоставить им необходимые организационные единицы, а затем соединить их в отдельное целое, то есть синтезировать систему. При выборе способа функционирования организации возможен имеет место и обратный порядок действий: сначала используется синтетический подход и рассматривается деятельность организации, как единого целого, затем выбираются общая цель и способ функционирования, и в заключение осуществляется дезагрегация выбранного способа на отдельные функции.

5.6. Методология графического описания и моделирования систем IDEF0. Изучение любой реальной системы предполагает создание ее модели (в виде описания, отражающего нужную группу ее свойств), с тем, чтобы проанализировать эти свойства и предсказать поведение системы в заданном диапазоне исходных условий, решить задачи анализа (синтеза) реальной системы с данными свойствами (рабочими характеристиками). В зависимости от целей и задач моделирования, оно может проводиться на различных уровнях абстракции и описание ее может производиться с трех точек зрения: функциональной, морфологической и информационной.

Функциональное описание моделируемой системы необходимо для понимания степени ее значимости и определения ее места по сравнению с другими системами. Следовательно, функциональная модель должна давать представление об ориентации внешних связей системы, ее контактах с окружающей средой, о направлениях ее возможного изменения. Функциональное описание учитывает, что система может выполнять разные функции: пассивно существовать, быть областью «обитания» других систем, обслуживать системы более высокого порядка, служить средством для создания более совершенных систем и т.п.

При анализе и синтезе систем используются графические способы функционального описания, примерами которых являются дерево функций системы и стандарт функционального моделирования IDEF0.

Описание IDEF0-модели построено в виде иерархической пирамиды, где вершиной является самое общее описание системы, а основание представляет собой множество более детальных описаний.

 

Рис. 5.4. Схема Блока А0 модели IDEF0

Описание объектов и процессов в IDEFO выполняется в виде совокупности взаимосвязанных блоков, называемых блоками ICOM (Input – Control – Output – Mechanism), где I – вход, С – управление, О – выход, М – механизм. Схема функционального Блока А0 модели IDEF0 представлена на рис. 5.4.

IDEF0 методология построена на следующих принципах:

- графическое описание моделируемых процессов, при котором графический язык Блоков и Дуг IDEF0 Диаграмм отображает операции или функции в виде Блоков, а взаимодействие между входами и выходами операций, входящими в Блок или выходящими из него – Дугами;

- лаконичность, когда за счет использования графического языка описания процессов достигается, с одной стороны, необходимая точность описания, а с другой – краткость.

Для точности передачи информации при IDEF0-моделировании необходимо придерживаться следующих правил:

- на Диаграмме должно быть не менее трех и не более шести функциональных Блоков;

- Диаграммы должны отображать информацию, не выходящую за рамки контекста, определенного целью и точкой зрения;

- Диаграммы должны иметь связанный интерфейс, когда номера Блоков, Дуги и ICOM коды имеют единую структуру;

- имена функций Блоков и наименования Дуг должны быть уникальными (встречаться один раз);

- должны быть четко определены роли данных и разделение входов и управлений;

- замечания для Дуг и имена функций Блоков должны быть краткими и лаконичными;

- для каждого функционального Блока необходима как минимум одна управляющая Дуга;

- модель должна строиться с определенной целью и с позиций конкретной точки зрения на моделируемый объект (систему).

В процессе моделирования важно четко определить направление разработки модели – ее контекст, точку зрения и цель. Контекст модели очерчивает границы моделируемой системы и описывает ее взаимосвязи с внешней средой. Точка зрения определяет позицию автора модели, его представление (мнение) о том, что он рассматривает и под каким углом зрения. Одна модель представляет одну точку зрения, а для моделирования системы с нескольких точек зрения используются несколько моделей. Цель отражает причину создания модели и определяет ее назначение (все взаимодействия в IDEF0 модели рассматриваются с точки зрения достижения поставленной цели).

Диаграммы более высокого уровня (А-0, А0) являются наиболее общим описанием системы, представленным в виде отдельных Блоков. Декомпозиция этих Блоков позволяет достигать требуемого уровня детализации описания системы.

Разработка IDEF0 Диаграмм начинается с построения самого верхнего уровня иерархии (А-0) – одного Блока и интерфейсных Дуг, описывающих внешние связи рассматриваемой системы. Имя функции, записываемое в Блоке 0, является целевой функцией системы с принятой автором точки зрения и для определенной им цели построения модели.

При дальнейшем моделировании Блок 0 декомпозируется, целевая функция уточняется с помощью нескольких Блоков, взаимодействие между которыми описывается с помощью Дуг. В свою очередь, функциональные Блоки могут быть также декомпозированы для возможности более детального представления. В результате этого имена функциональных Блоков и интерфейсные Дуги, описывающие взаимодействие всех Блоков, представленных на Диаграммах, образуют иерархическую взаимосогласованную модель.

5.7. Описание синтаксиса языка моделирования. Основными элементами на IDEF0 Диаграммах являются Блоки и Дуги. Блоки служат для отображения функций (действий), выполняемых моделируемой системой. Сформулированные функции должны содержать глагольный оборот:

глагол + объект действия + [ дополнение ].

(например: обрабатывать деталь на станке, передать документы в отдел, разработать план-график анализа, опубликовать материалы и т.п.).

Дуги служат для отображения информации или материальных объектов, которые необходимы для выполнения данной функции системы или появляются в результате ее выполнения (объекты, обрабатываемые системой). Под объектами в рамках функционального моделирования могут пониматься документы, физические материалы, инструменты, станки, информация, организации и другие системы.

Место соединения Дуги с Блоком определяет тип интерфейса. Управляющие выполнением функции данные входят в Блок сверху; информация, которая подвергается воздействию функции, показана с левой стороны Блока, а результаты выхода – с правой стороны. Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет функцию, представляется Дугой, входящей в Блок снизу.

Функциональный Блок преобразует входную информацию (данные, материалы, средства, задачи, цели и др.) в выходную (что требуется получить в результате выполнения данной функции). Управление определяет, когда и как это преобразование может или должно произойти. Механизм (или исполнители) непосредственно осуществляют это преобразование.

Функциональные Блоки на Диаграмме изображаются в виде прямоугольников, внутри которых записывается имя функции и номер Блока (в правом нижнем углу прямоугольника). Блоки располагаются на Диаграмме согласно их степени важности (по мнению автора модели). При этом доминирующим является тот Блок, выполнение функции которого оказывает влияние на выполнение всех остальных функций, представленных на Диаграмме (это может быть, например, Блок, содержащий контролирующую или планирующую функцию, выходы которого являются управляющими для всех остальных функциональных Блоков Диаграммы).

Доминирующий Блок помещается, как правило, в верхнем левом углу листа Диаграммы, а наименее важный Блок – в правом нижнем углу. Таким образом, ступенчатость Блоков на Диаграмме отражает мнение автора IDEF0 модели о доминировании одних Блоков относительно других. При этом важно помнить, что доминирование Блоков на Диаграмме не задает четкой временной зависимости операций.

Дуги на IDEF0 Диаграмме изображаются в виде стрелок. При IDEF0 моделировании используются пять типов взаимосвязей между Блоками, для описания их отношений:

– это взаимосвязь по управлению, когда выход одного Блока влияет (является управляющим) на выполнение функции в другом Блоке;

– это взаимосвязь по входу, когда выход одного Блока является входом для другого.

– это обратная связь по управлению, когда выходы из одной функции влияют на выполнение других функций, выполнение которых в свою очередь влияет на выполнение исходной функции;

– это обратная связь по входу, когда выход из одной функции является входом для другой функции, выход которой является для него входом;

– это взаимосвязь «выход-механизм», когда выход одной функции является механизмом для другой. Иначе говоря, выходная Дуга одного Блока является Дугой механизма для другого (такой тип связи встречается редко и относится чаще всего к подготовительным операциям).

Примеры Блоков IDEF0 модели представлены на рис. 5.5 и 5.6.

Рис. 5.5. Блок IDEF0 модели А0 Обслужить клиента

Рис. 5.6. Блоки IDEF0 модели: А1.1 Получить заказ; А1.2 Выполнить заказ;

А1.3 Получить оплату; А1.4 Отправить клиенту

---

Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 832; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!