Цели и задачи анализа и синтеза систем

Системный подход – подход к исследованию объекта (проблемы, явления, процесса) как к системе, в которой выделены элементы, расположенные в определенном порядке, причем каждый элемент стремится к определенной автономии и имеет собственную цель; система взаимодействует с внешней средой, подстраиваясь под ее изменения с учетом собственных изменений.

При системном подходе учитываются внутренние и внешние связи, наиболее существенно влияющие на исследуемые результаты функционирования.

Системный подход предполагает решение системных задач, в которых объект исследования представляется в виде систем, при этом системные задачи могут быть двух типов:

1) системного анализа;

2) системного синтеза.

Задача анализа предполагает определение свойств системы по известной структуре; а задача синтеза – определение структуры по свойствам системы.

Под анализом систем понимается процесс исследования, основанный на изучении системы с последующим определением ее статистических и динамических характеристик, составляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами и с окружающей средой.

Целью анализа систем является:

- детальное изучение систем для более эффективного использования и принятия решения по дальнейшему совершенствованию или замене;

- исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы с целью выбора наилучшего варианта.

Задачи анализа систем:

- определение объекта анализа;

- определение функциональных особенностей системы;

- определение количественных и качественных показателей системы;

- оценка эффективности систем;

- обобщение и оформление результатов анализа.

Под синтезом понимается процесс создания (совершенствования, организации, проектирования) систем управления.

Целью синтеза систем является:

- создание новой системы на основе известных свойств;

- совершенствование существующей системы на основе выявленных недостатков и появления новых задач и требований.

Задачи синтеза:

- формирование цели создания системы;

- формирование вариантов облика новой системы;

- приведение описания варианта облика системы во взаимное соответствие;

- оценка эффективности вариантов и принятие решения о выборе облика новой системы;

- разработка требований к новой системе;

- реализация разработанных требований.

Главная практическая задача системного подхода в исследовании систем состоит в том, чтобы обнаружив и описав сложность, обосновать такие дополнительные связи, которые, будучи наложенными на сложную систему, сделали ее управляемой в требуемых пределах, сохранив при этом некоторые области самостоятельности (автономности).

Различают следующие принципы анализа и синтеза:

Принцип физичности.

Гласит, что всякой системе (не зависимо от ее природы) присуще физические законы, определяющие внутренние причинно-следственные связи, существование и функционирование системы.

Включает:

- Постулат целостности – система, как единое целое, обладает особым системным свойством, которого нет у подсистем.

- Постулат декомпозиции – анализ и синтез сложной системы осуществляется путем деления ее на подсистемы (и элементы).

- Постулат автономности – сложная система и каждый ее элемент стремится к определенному автономному функциональному пространству.

- Постулат действий - для изменения поведения системы требуются внутренние и внешние воздействия или какое-либо из них.

- Постулат неопределенности – существует область неопределенности, в пределах которой свойства сложной системы могут быть описаны только вероятностными характеристиками.

Принцип моделируемости.

Сложная система представляется конечным множеством моделей, каждая из которых отражает определенную грань сущности.

Включает:

- Постулат многообразия моделей – выбор моделей зависит от цели, анализа и синтеза, а также особенностей исследуемой системы.

- Постулат дополнительности – сложная система во взаимодействии с внешней средой может проявлять различные свойства в различных ситуациях.

- Постулат согласованности уровней – требования к системе, формулируемые на любом уровне, выступают как условия или ограничения на выбор частных моделей.

- Постулат внешнего дополнения – проверка истинности результатов, получаемых на каждом уровне, производится с использованием исходных данных, а также моделей и методов выше лежащих уровней.

- Постулат методического обеспечения – включает необходимость использования хорошо отработанных экспериментально проверенных моделей и методов, обеспечивающих отдельные характеристики в заданные сроки и с требуемой точностью.

Принцип целенаправленности.

Предполагает, что сложной системе присуща функциональная тенденция, направленная на достижение системой некоторого состояния либо на усиление или сохранение некоторого процесса.

Включает:

- Постулат выбора – состоит в том, что сложные системы обладают способностью выбора поведения, то есть могут реагировать на внешние воздействия в зависимости от внутренних критериев.

Таким образом принципы полно отражают методологию системного подхода, например, принцип физичности предписывает причинно-следственные связи объекта любой природы к системам, построенным из этих объектов; принцип моделируемости обеспечивает возможность использования в системном подходе упрощенных моделей, отражающих те грани, которые интересуют исследователя; принцип целенаправленности распространяется на системы любой сложности.

Виды анализа и синтеза:

- структурный анализ и синтез;

- функциональный анализ и синтез;

- информационный анализ и синтез;

- параметрический анализ и синтез.

Сущность структурного анализа – определение статических характеристик системы по известной структуре. Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения подсистем и элементов.

Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур систем.

Сущность структурного синтеза – разработка (создание, проектирование, совершенствование, организация) системы, которая должна обладать желательными свойствами.

Структурный синтез проводится с целью обоснования множества элементов структуры, отношений и связей, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия заданным требованиям.

Объектами исследования являются различные варианты разрабатываемых структур.

Сущность функционального анализа – определение динамических характеристик систем на основании принятых алгоритмов ее функционирования.

Функциональный анализ проводится с целью определения динамических характеристик системы путем исследования процессов изменения ее состояния с течением времени на основе принятых алгоритмов (способов, методов, принципов).

Объектами исследования функционального анализ являются реализуемые системой методы и алгоритмы, включая общий алгоритм функционирования, содержащий основные этапы, фазы и функции, и частные методы и алгоритмы, направленные на выполнение отдельных этапов.

Сущность функционального синтеза – обоснование динамических характеристик систем, которые должны обладать желательными свойствами.

Целью функционального синтеза является обоснование динамических характеристик систем, то есть процессов изменения состояния системы с течением времени в соответствии с поставленной целью.

Сущностью информационного анализа является определение объекта и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для известной структуры и алгоритма функционирования систем.

Информационный анализ выполняется с целью исследования количественных и качественных характеристик информации, используемой в системе.

Объектами исследования являются следующие информационные процессы, протекающие в системе:

- сбор, прием и восприятие информации;

- передача информации между отдельными подсистемами;

- переработка, анализ, отбор информации;

- использование информации;

- передача информации во внешнюю среду.

Сущностью информационного синтеза является обоснование необходимого объема и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для разрабатываемой структуры и алгоритма функционирования систем.

Информационный синтез дополняет задачи функционального синтеза.

Сущность параметрического анализа – определение необходимой и достаточной совокупности показателей, характеризующих все исследуемые свойства системы, а также формирование зависимостей, характеризующих суммарный эффект от применения системы или ее элементов.

Цель параметрического анализа – оценка эффективности систем на основе определения количественных и качественных значений ее показателей.

Объект исследования параметрического анализа – частные и обобщенные показатели системы, образующие иерархическую структуру.

Сущность параметрического синтеза – обоснование необходимой и достаточной совокупности показателей, позволяющих оценивать желаемые свойства разрабатываемой системы и ее суммарный эффект.

Цель параметрического синтеза – комплексное определение согласованных и сбалансированных по уровням исследования системы требуемых значений ее показателей, включая общие показатели эффективности, а так же частные показатели структуры.

Системный подход требует многоуровневого изучения систем управления.

Выделяют следующие уровни системного подхода:

1) Внешний – анализируется сверхсистема, в состав которой входит исследуемая система. Задачами исследования сверхсистемы являются:

- определение цели и задачи сверхсистемы;

- выделение подсистем, в интересах которых применяются исследуемые системы;

- уточнение показателей и критериев данных подсистем;

- определение внешних свойств и соответствующих показателей систем.

2) Исходный – исследуемая система выделяется как отдельный целенаправленный элемент сверхсистемы. Основные задачи исследования на исходном уровне:

- выделение исследуемой системы в виде отдельного целенаправленного элемента;

- выявление входных целе-задающих воздействий;

- установление показателей и критериев эффективности целенаправленного элемента.

3) Общесистемный – проводится детализация целенаправленного элемента на основную систему и ее объекты. Основные задачи исследования на общесистемном уровне:

- выделение управляющего и управляемого элементов исследуемой системы;

- формирование управляющих воздействий;

- определение маршрутов движения к цели;

- определение показателей, раскрывающих структуру исследуемой системы.

4) Системный – осуществляется выделение отдельных элементов в управляющем и управляемом элементах исследуемой системы и связи между ними.

Рассмотренные уровни имеют иерархическую структуру и включают в себя:

- показатели внешнего уровня – показатели отдельных подсистем сверхсистемы, которые взаимодействуют с исследуемой системой;

- показатели исходного уровня – характеризуют внешние свойства исследуемой системы и ее влияние на сверхсистему;

- показатели общесистемного уровня – определяют структуру исследуемой системы на уровне управляющего элемента, а так же процессы функционирования соответствующих элементов при выработке управляющих воздействий и реакций;

- показатели системного уровня – включают различные структурные, функциональные и информационные характеристики исследуемой системы до принятой степени детализации.

Й семестр