Роль компьютерных технологий в системном анализе

Становление и развитие системного анализа характеризуется широчайшим проникновением вычислительной техники в процесс моделирования и принятия решений в сложной системе. Можно выделить три стороны взаимодействия человека и ЭВМ.

· Партнерство в выполнении операций, названное диалогом с ЭВМ. Суть диалога заключается в чередовании формализованных (ЭВМ) и неформализованных (человек) процедур, который обычно осуществляется специальными диалоговыми системами. Удачно организованные диалоговые системы значительно усиливают возможности как машины, так и человеческого мозга.

· Человек является создателем программных средств. Программные средства и другие компьютерные технологии выступают как средства исследования сложной системы. Именно человек оценивает решение или другую информацию, полученную с помощью вычислительной техники.

· Вычислительная техника, предназначенная для хранения, преобразования, изображения, расчетов и управления, является как неотъемлемой частью самих сложных систем, так и важнейшим средством их исследования.

Владение аппаратом системного анализа невозможно без использования ЭВМ, баз данных и знаний, вычислительных сетей, современных компьютерных технологий.

Определение системы. Основные понятия и базовые категории, характеризующие строение системы

Цель общей теории систем состоит в создании арсенала идей и средств, которые были бы в равной степени полезны специалистам во многих различных областях, таких как механика, физиология, электротехника, лингвистика. Эта цель может быть достигнута путем рассмотрения системы (которая может представлять собой живой организм, промышленное предприятие, управляемый снаряд) не через ее внутреннюю структуру, а через математические законы, определяющие ее наблюдаемое поведение. При использовании такого подхода, называемого методом «черного ящика», было найдено, что системы, представляющие совсем разные физические построения, могут все же быть охарактеризованы в одинаковых терминах и проанализированы с помощью одного и того же набора правил.

Термин системаиспользуют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый или проектируемый объект как нечто целое (единое) сложное, о котором невозможно сразу дать представление, показав его, изобразив графически или описав математическим выражением.

Определение понятия система изменялось по мере развития теории систем в течение 30 лет. Например, основоположник теории систем Берталанфи определял систему как комплекс взаимодействующих элементов или как совокупность элементов, находящихся в определённых отношениях друг с другом и средой. А. Холл определял систему как множество предметов вместе со связями между предметами и между их признаками. Позднее в определении системы появляется понятие цели. Так, в “Философском словаре”, система определяется как “совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой определённым образом и образующих некоторое целостное единство”.

В зависимости от количества учитываемых факторов и степени абстрактности существует несколько определений системы. Рассмотрим в символьной форме наиболее характерные из них:

1. S = ({m},{n},{r}),

где m – вещи, n – свойства, r – отношения. Система — множество вещей, свойств и отношений между ними.

2. S = ( UN, ST, BE, E),

где UN – элементы, ST – структура, BE – поведение, E – среда. Согласно этому определению система – множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определённое поведение в условиях окружающей среды.

3. S = (X, Y, Z, H, G),

где X – входы, Y – выходы, Z – состояния, H – операторы переходов из состояния в состояние, G – операторы выходов. Здесь система – множество входов, множество выходов, множество состояний, характеризуемых операторами переходов и выходов. Данное определение учитывает все основные компоненты, рассматриваемые в автоматике.

4. S = (P, R₀, R_j, E_x, PR, D_T, C, RD, E_f),

где P – цели и планы, R₀ – внешние ресурсы, R_j – внутренние ресурсы, E_x – исполнители, PR – процесс, D_T – помехи, C – контроль, RD – управление, E_f – эффект. Это определение ориентировано на организационные системы.

Важно отметить, что на разных этапах представления системы, в различных конкретных ситуациях можно пользоваться разными определениями. Причем, по мере уточнения представлений о системе или при переходе на другой уровень её исследования определение не только может, но и должно уточняться.

Рассмотрим основные понятия, характеризующие строение системы.

Под элементом принято понимать некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных для нас свойств, но внутреннее строение которого для нас безразлично.

Будем обозначать элементы через M, а всю совокупность элементов – через {M}. Принадлежность элемента совокупности принято записывать MÎ{M}.

Связью называется важный для целей рассмотрения обмен между элементами веществом, энергией, информацией.

Единичным актом связи выступает воздействие. Обозначая все воздействия элемента M₁ на элемент M₂ через x₁₂, элемента M₂ на M₁ – через x₂₁, можно изобразить связи графически (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Связь двух элементов

Связь характеризуетсянаправлением, силой и характером (или видом).По первым двум признакамсвязи можно разделить на: направленные или ненаправленные, сильные илислабые,по характерусвязи разделяются на: связи подчинения, связи порождения (генетические), равноправные, связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Важную роль в системах играет понятие обратной связи. Обратная связь может быть положительной, сохраняющей тенденции происходящих в системе изменений того или иного выходного параметра, и отрицательной – противодействующей тенденциям изменения выходного параметра, т. е. направленной на сохранение, стабилизацию требуемого значения параметра (например, стабилизацию выходного напряжения, или в системах организационного управления количества выпускаемой продукции, ее себестоимости и др.).

Уточним теперь понятие системы.

Системой будем называть совокупность элементов, обладающих следующими признаками:

· связями, которые позволяют соединить любые два элемента,

· свойством (назначением, функцией), отличным от свойств отдельных элементов.

Первый признак называется связностью, а второй признак – функцией системы. Применяя кортежное (последовательное в виде перечисления) определение системы, можно записать:

, (1.1)

где – система, {M} – совокупность элементов в ней, {x} - совокупность связей, F – функция (новое свойство) системы. Запись (1.1) будем рассматривать как наиболее простое описание системы. Формы записи систем, приведенные выше, включают в себя большее количество членов кортежной последовательности.

Практически любой объект с определенной точки зрения может рассматриваться как система. Так системой можно считать радиотехническую плату, преобразующую входной сигнал в выходной. Для специалиста по элементной базе системой будет слюдяной конденсатор в этой плате, а для геолога – и сама слюда, имеющая достаточно сложное строение.

Системой с точки зрения механики является собранная из стержней стрела крана, или, например, труба газопровода. Элементами последней будут ее участки между сварными швами или опорами. Связи в данном случае имеют силовой (энергетический) характер – каждый элемент действует на соседний.

Важный класс сложных систем (с разнородными элементами и связями) образуют автоматизированные системы с определяющей ролью элементов двух типов: в виде технических средств и в виде действий человека. Символьная запись автоматизированной системы:

,

где – технические средства, в первую очередь, ЭВМ, – решения и другие действия человека, – остальные элементы в системе. В совокупности в этом случае могут быть выделены связи между человеком и техникой .

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на более крупные (чем элементы) составляющие: подсистемы или компоненты.

Понятие подсистема подразумевает, что выделяется относительно независимая часть системы, обладающая свойствами системы и другими свойствами. Если же части системы не обладают такими свойствами, а представляют собой просто совокупности однородных элементов, то такие части принято называтькомпонентами.