Характеристика производственных комплексов как системы

Применение вычислительной техники позволяет проводить анализ сложных объектов на основе системного подхода. Однако разработка сложного программного обеспечения целесообразна, если его можно использовать для работы с достаточно широким классом объектов. В процессе анализа возникает задача описания моделей функционирования различных объектов хотя бы в пределах рассматриваемого класса, строятся математические и программные модели на основе единого системного методологического подхода, позволяющего значительно уменьшить затраты времени на создание высокоэффективной новой техники.

По системной методологии до сих пор существуют разные точки зрения относительно ее содержания и области применения. В одних случаях к системному анализу относят направления, обеспечивающие решение комплексных проблем, в других системный анализ сводится лишь к тем методам, которые используются при планировании и управлении. К важнейшим теоретическим сферам системного анализа относятся: общие принципы проведения исследований сложных систем, в частности, принципы интегрирования различных методов для образования взаимообусловленной совокупности методов системного анализа; проблемы сложности и неопределенности и методы их разрешения; проблема предельных характеристик систем; принципы машинореализуемой имитации.

Опубликовано большое число работ, в которых исследуются роль и место системного подхода в ряду других методологических концепций, устанавливаются особенности и направления практической реализации системного подхода, рассматриваются математические методы и аппарат, уровни изучения систем, характеристики систем и т.д. Однако многие проблемы системного подхода еще не решены.

Этапы формирования системы можно представить в следующем виде:

цель подсистемы целей функциональный уровень реализации целей структурный уровень, реализованный соответствующими способами и средствами параметрический уровень описания взаимосвязей числовой уровень.

Систематические комплексы можно классифицировать по многим признакам: по характеру структуры и функций, назначению, принципу существования, характеру развития и т.п. Отметим, что любая классификация не может отразить всего многообразия промежуточных форм реальности, и поэтому приходится прибегать к дифференциации на основе определенной выраженности соответствующих свойств.

С одной стороны, системный подход базируется на ряде принципов диалектики, таких как взаимосвязь и развитие, зависимость (связанность) и независимость (автономность), качественные различия части и целого. С другой стороны, он включает в себя ряд специфических признаков, к числу которых прежде всего относится принцип системности. Другим признаком является принцип иерархичности познания, требующий многоуровневого изучения предмета (как минимум трехуровневого): изучение самого предмета рассматривается как "собственный" уровень; изучение этого же предмета в качестве элемента более широкой системы - как "вышестоящий" уровень; наконец, изучение этого предмета в соотношении с составляющими данный предмет компонентами — как "нижестоящий" уровень.

Основные проблемы системного подхода связаны с развитием методов практической реализации указанных принципов и, в частности, с выявлением следующих категорий: законов объединения частей в целое; законов, определяющих характер структуры, функционирования, движения и развития; связей с условиями и средой существования; предельных характеристик систем. Кроме того, важны проблемы разработки содержательных и формальных средств представления исследуемых объектов как систем, исследования методологических оснований различных системных теорий.

Сложную систему трудно представить детально, но вместе с тем цельно. Возникает проблема компромисса между требованием простоты описания как одной из необходимых предпосылок понимания и необходимостью учета многочисленных, разноплановых характеристик системы и получения точных оценок этих характеристик. Один из путей решения данной проблемы — уровневое и межуровневое описание системы.

Межуровневое изучение системы заключается в наблюдении только общего поведения системы как целого, в оценке ее интегральных характеристик и игнорировании деталей в структуре системы. К числу межуровневых характеристик следует отнести: тип структуры и границы системы, характеристики взаимосвязи вход-выход, особенности функционирования (дискретное или непрерывное), степень организованности, особенности жизненного цикла системы, ее эффективность и т.п.

Уровневое изучение системы связанос детальным описанием каждого ее компонента, всего комплекса внутренних процессов. В рамках уровневого подхода изучаются связи и функции элементов, эффективность элементов, структура системы и др.

Каждый уровень системы, как и вся система в целом, реализует конкретные цели. Цели определяются самой системой либо формируются извне. Поскольку качественные характеристики уровней и системы в целом различны, их цели не могут быть одинаковыми.

Каждая цель достигается за счет реализации некоторых функций, которыми наделены уровни и система. Функциональное описание производится по иерархической схеме, т.е. оно должно отражать иерархию функций. Для развивающихся систем важным аспектом функционального изучения является описание изменчивости функции в течение времени существования системы.

Процесс функционирования элементов, системы в целом осуществляется во времени, и при изучении функциональных особенностей на временном факторе концентрируется основное внимание. При анализе структур больше внимания уделяется свойствам и характеристикам системы или его частям, которые в большинстве случаев не зависят от времени и сохраняются постоянными на всем промежутке функционирования.

Структурные и функциональные свойства тесно связаны между собой. Даже изучив законы функционирования отдельных элементов, но не зная структуры, нельзя представить систему в целом и понять, как она функционирует. С другой стороны, не зная хотя бы общих законов функционирования системы, невозможно определить ее структуру. Таким образом, анализ функционирования и анализ изучения структуры — две взаимосвязанные, дополняющие друг друга стадии исследования любой системы.

Если изобразить систему как совокупность блоков, осуществляющих функциональные преобразования и связи между ними, то получим схему, в обобщенном виде, описывающую структуру системы. Под блоком обычно понимают, особенно в технических системах, функционально законченное устройство, оформленное в виде отдельного целого. Членение на блоки — это частный случай дискретного варианта. Членение системы на уровни может осуществляться исходя из требуемой степени детализации описания структуры, для наглядности отображения в ней особенностей процессов функционирования, присущих системе. В общем случае систему можно рассматривать как состоящую из неограниченного количества ступеней или как непрерывную.

Приведем следующий пример. Наблюдатель находится на небольшой высоте над поверхностью земли и постепенно поднимается вверх. В начальном положении он может рассматривать отдельные элементы: кусочки земли, камни, цветы, траву и т.д.

По мере подъема наблюдаются более крупные детали, деревья, дома, дороги, дворы. На большей высоте различаются массивы деревьев, поселки, поля. И здесь, накапливаясь, количественные изменения постепенно переходят в качественно новые.

Часть информации, собираемой на нижнем уровне, теряется при переходе на более высокий. Однако на более высоком уровне появляются новые характеристики, увеличивается площадь наблюдения. Проанализировав данную картину, можно считать бесконечно большим число уровней, через которые проходит наблюдатель. Можно фиксировать уровни через определенный интервал. Количество уровней, выбранных для наблюдения, зависит от цели, поставленной перед наблюдателем. Отметим, что здесь проявляется и закон единства и борьбы противоположностей: одну и ту же систему можно рассматривать как непрерывную или дискретную.

Для общей структуры системы можно определить цели, функции, элементы структуры, параметры взаимосвязи. Параметрический уровень дает количественную оценку пространственных, энергетических, информационных и временных связей, которые могу быть внутренними и внешними. Чем выше уровень системы, тем более общими становятся их характеристики. Каждая из подсистем, в свою очередь, может быть построена по иерархическому принципу, в соответствии с которым должны быть различимы уровни целей, структурные и параметрические уровни.

На функционально-структурном уровне обычно определяются качественные характеристики, структурные особенности системы, на параметрическом уровне дается количественная оценка процессов, происходящих в системе, раскрываются конструкторско-технологические особенности элементов и их взаимосвязи.

Важной концепцией системного анализа является последовательное рассмотрение всех срезов системы (морфологического, функционального, информационного и прагматического), обеспечивающее определение перспектив и более отчетливое формирование целей.

При разработке сложных систем в современных условиях необходимо добиваться технической корректности, соответствующей такой постановке задачи проектирования, когда при поиске оптимальных решений требуется учитывать не только качество функционирования системы, но и сложность ее реализации.

Соблюдение принципа сложности основывается на использовании ряда методических положений. Так, применяются шкалы качества и сложности для ранжирования возможных проектных и управляющих решений: для оптимизации выделяется ограниченное число конкурентоспособных вариантов проектных и управляющих решений в пределах их классов, установленных шкалами; оптимизируется проект, удовлетворяющий требованиям к качеству функционирования изделия по условию наименьшей сложности его реализации; производится математическая оптимизация или прямой перебор вариантов решений, выделенных предыдущим отбором.

Эти методические положения должны сочетаться с практическими приемами проектирования. Так, на отраслевом уровне, на уровне отдельных предприятий разрабатываются классификаторы; выделение классов ограниченного числа вариантов решений дополняется их унификацией, в результате чего ограничивается число анализируемых решений; процесс поиска оптимальных решений базируется на имеющемся статистическом материале, на изучении авторских свидетельств и патентов, а также результатов экспериментальной проверки. Этот комплекс приемов обеспечивает поэтапное продвижение к оптимальному решению последовательными приближениями.

Разработка иерархии системы — сложная задача, зависящая от многих факторов. Важным вопросом является выбор количества ступеней иерархии системы. Переход от одной ступени к другой при проектировании систем должен осуществляться по мере возникновения качественных изменений, которые вызывают появление функциональных особенностей, обусловливающих требуемые свойства системы. Взаимосвязи на каждой ступени должны описываться однотипно, чтобы сохранялся модульный принцип построения математической модели. Поскольку количество ступеней — определяющий фактор усложнения решения задачи, это количество необходимо выбирать минимальным, но таким, чтобы обеспечивалась заданная точность решения.

В практике проектирования производственных комплексов на основе многолетнего опыта определились уровни иерархии, структуры систем. Однако создание нового станочного оборудования, новых технологий может изменить существующую картину. Целесообразно дать оценку степени функциональной сложности существующих деталей, подузлов, механизмов и ставить задачу поиска оптимальных конструкций как на современном этапе развития станочного оборудования, так и с учетом его перспективного развития.