Структура системного анализа

Общий подход к решению проблем может быть представлен как цикл (рис. 4.8). При этом в процессе функционирования ре­альной системы выявляется проблема практики как несоответствие существующего положения дел требуемому. Для решения проблемы проводится системное исследование (декомпозиция, анализ и синтез) системы, снимающее проблему. В ходе синтеза осуществляется оценка анализируемой и синтезируемой систем. Реализация синтезированной системы в виде предлагаемой фи­зической системы позволяет провести оценку степени снятия про­блемы практики и принять решение на функционирование мо­дернизированной (новой) реальной системы.

При таком представлении становится очевидным еще один аспект определения системы: система есть средство решения про­блем. Основные задачи системного анализа могут быть представлены в виде трехуровневого дерева функций (рис. 4.9).

На этапе декомпозиции, обеспечивающем общее пред­ставление системы, осуществляются:

1. Определение и декомпозиция общей цели исследования и основной функции системы как ограничение траектории в про­странстве состояний системы или в области допустимых ситуа­ций. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построе­ния дерева целей и дерева функций.

2. Выделение системы из среды (разделение на систему и «несистему») по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы.

3. Описание воздействующих факторов.

4. Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.

5. Описание системы как «черного ящика».

6. Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений между элемента­ми) декомпозиции системы.

Глубина декомпозиции системы ограничивается. Декомпозиция дол­жна прекращаться, если необходимо изменить уровень абстрак­ции – представить элемент как подсистему. Если при декомпози­ции системы выясняется, что модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функ­ционирования в виде «черного ящика», то в этом случае произош­ло изменение уровня абстракции. Это означает выход за преде­лы цели исследования системы и, следовательно, вызывает пре­кращение декомпозиции.

В автоматизированных методиках типичной является деком­позиция модели на глубину 5-6 уровней. На такую глубину де­композируется обычно одна из подсистем. Функции, которые требуют такого уровня детализации, часто очень важны, и их де­тальное описание дает ключ к секретам работы всей системы.

Рис. 4.8.Общий подход к решению проблем

В общей теории систем доказано, что большинство систем могут быть декомпозированы на базовые представления подсис­тем.

К ним относятся:

· последовательное (каскадное) соединение элементов;

· параллельное соединение элементов;

· соединение с помощью обратной связи.

Проблема проведения декомпозиции состоит в том, что в сложных системах отсутствует однозначное соответствие между законом функционирования подсистем и алгоритмом, его реали­зующим. Поэтому осуществляется формирование нескольких ва­риантов (или одного варианта, если система отображена в виде иерархической структуры) декомпозиции системы.

Рис. 4.9.Дерево функций системного анализа

Наиболее применяемые страте­гии декомпозиции.

1. Функциональная декомпозиция. Декомпозиция базируется на анализе функций системы. При этом ставится вопрос, что делает система, независимо от того, как она работает. Основанием раз­биения на функциональные подсистемы служит общность функ­ций, выполняемых группами элементов.

2. Декомпозиция по жизненному циклу. Признак выделения под­систем - изменение закона функционирования подсистем на раз­ных этапах цикла существования системы «от рождения до гибе­ли». Рекомендуется применять эту стратегию, когда целью систе­мы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов в выходы.

3. Декомпозиция по физическому процессу. Признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Хотя эта стратегия полез­на при описании существующих процессов, результатом ее часто может стать слишком последовательное описание системы, ко­торое не будет в полной мере учитывать ограничения, диктуе­мые функциями друг другу. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Применять эту стратегию сле­дует, только если целью модели является описание физического процесса как такового.

4. Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция). Признак выделения подсистем - сильная связь между элемента­ми по одному из типов отношений (связей), существующих в сис­теме (информационных, логических, иерархических, энергетичес­ких и т.п.). Силу связи, например, по информации можно оце­нить коэффициентом информационной взаимосвязи подсистем , где – количество взаимоиспользуемых информаци­онных массивов в подсистемах, – общее количество информа­ционных массивов. Для описания всей системы должна быть по­строена составная модель, объединяющая все отдельные моде­ли. Рекомендуется использовать разложение на подсистемы, только когда такое разделение на основные части системы не изменяется. Нестабильность границ подсистем быстро обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

На этапе анализа, обеспечивающем формирование деталь­ного представления системы, осуществляются:

1. Функционально-структурный анализ существующей систе­мы, позволяющий сформулировать требования к создаваемой системе. Он включает уточнение состава и законов функциони­рования элементов, алгоритмов функционирования и взаимовли­яний подсистем, разделение управляемых и неуправляемых ха­рактеристик, задание пространства состояний Z, задание пара­метрического пространства Т, в котором задано поведение системы, анализ целостности и формулирование 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, оперативности). Он включает выбор шкалы измерения, формирование показателей эффективности, обоснование и фор­мирование критериев эффективности, непосредственно оценива­ние и анализ полученных оценок.

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

На этапе синтеза системы осуществляются:

1. Разработка модели требуемой системы (выбор математи­ческого аппарата, моделирование, оценка модели по критериям адекватности, простоты, соответствия 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 оценивания, реализация модели, проведение экспе­римента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта).