Модели систем как основания декомпозиции

Основной операцией анализа является разделение целого на части. Задача распадается на подзадачи, система – на подсистемы, цели – на подцели и т.д. При необходимости этот процесс повторяется, что приводит к иерархическим древовидным структурам. Обычно (если задача не носит чисто учебного характера) объект анализа сложен, слабо структурирован, плохо формализован, поэтому операцию декомпозиции выполняет эксперт. Если поручить анализ одного и того же объекта разным экспертам, то полученные древовидные списки будут различаться. Качество построенных экспертами деревьев зависит как от их компетентности в данной области знаний, так и от применяемой методики декомпозиции.

Обычно эксперт легко разделяет целое на части, но испытывает затруднения, если требуется доказательство полноты и безызбыточности предлагаемого набора частей. Стремясь перейти от чисто эвристического, интуитивного подхода к более осознанному, алгоритмическому выполнению декомпозиции, мы должны объяснить, почему эксперт разделяет целое именно так, а не иначе, и именно на данное, а не на большее или меньшее число частей. Объяснение состоит в том, что основанием всякой декомпозиции является модель рассматриваемой системы [13].

СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ КАК ОСНОВАНИЕ ДЕКОМПОЗИЦИИ

Остановимся на этом важном соображении подробнее. Операция декомпозиции представляется теперь как сопоставление объекта анализа с некоторой моделью, как выделение в нем того, что соответствует элементам взятой модели. Поэтому на вопрос, сколько частей должно получиться в результате декомпозиции, можно дать следующий ответ; столько, сколько элементов содержит модель, взятая в качестве основания. Вопрос о полноте декомпозиции – это вопрос завершенности модели.

Пример 1 [20]. В начале 70-х годов проводились работы по сис- темному анализу целей развития морского флота. Первый уровень дерева целей выглядел в виде схемы, изображенной на рис. 8.1.

Декомпозиция проведена по модели входов организационной системы (рис. 8.2), которая включает входы: от “нижестоящих” систем (здесь клиентуры – подцель 1); от “вышестоящих” систем (здесь народного хозяйства в целом – подцель 2); от “существенной среды” (в данном случае от флотов капиталистических государств – подцель 3 и социалистических государств – подцель 4). Очевидно, что такая декомпозиция неполна, поскольку отсутствует подцель, связанная с собственными интересами морского флота. Это, по-видимому, не столько ошибка экспертов-аналитиков (в [20, с. 120] абстрактно упоминается дерево целей социально-экономического развития), сколько результат преобладавшего тогда “остаточного” подхода к проблемам быта, присущего тогдашнему стилю руководства. Через 15 лет пришлось говорить о том, что неучет компоненты соцкультбыта создал серьезные проблемы в работе флота в целом [9].

8.1 ————— Первый уровень дерева целей из примера 1

Итак, объект декомпозиции должен сопоставляться с каждым элементом модели-основания. Однако и сама модель-основание может с разной степенью детализации отображать исследуемый объект. Например, в системном анализе часто приходится использовать модель типа “жизненный цикл”, позволяющую декомпозировать анализируемый период времени на последовательные этапы от его возникновения до окончания. С помощью такой декомпозиции шахматную партию можно разбить на дебют, миттельшпиль и эндшпиль; в жизни человека принято различать молодость, зрелость и старость, но можно выделять и более мелкие этапы, например детство, отрочество и юность. Такое же разнообразие может иметь место и при декомпозиции жизненного цикла любой проблемы. Разбиение на этапы дает представление о последовательности действий, начиная с обнаружения проблемы и кончая ее ликвидацией (иногда такую последовательность рассматривают как “алгоритм системного анализа”; насколько это справедливо, мы обсудим в следующей главе).

Пример 2. В табл. 8.1 приведены декомпозиции жизненного цикла проблем, разработанные крупными специалистами по системному анализу – С.Л. Оптнером [10], С. Янгом [22], Н.П. Федоренко [19], С.П. Никаноровым [10, вступительная статья], Ю.И. Черняком [20]. В качестве упражнения рекомендуем обсудить различия приводимых декомпозиций. При этом следует иметь в виду, что каждый из авторов впоследствии проводит дальнейшее разбиение каждого этапа (т.е. выполняет декомпозицию следующих уровней). Приводимые декомпозиции являются наглядным примером различий, возникающих на эвристических этапах системного анализа.

8.2 ————— Схема входов организационной системы

Установив, что декомпозиция осуществляется с помощью некоторой модели, сквозь которую мы как бы рассматриваем расчленяемое целое, далее следует ответить на естественно возникающие вопросы: 1) модели какой системы следует брать в качестве оснований декомпозиций? 2) какие именно модели надо брать?

Выше уже упоминалось, что основанием декомпозиции служит модель “рассматриваемой системы”, но какую именно систему следует под этим понимать? Всякий анализ проводится для чего-то, и именно эта цель анализа и определяет, какую систему следует рассматривать. Система, с которой связан объект анализа, и система, по моделям которой проводится декомпозиция, не обязательно совпадают, и хотя они имеют определенное отношение друг к другу, это отношение может быть любым: одна из них может быть подсистемой или надсистемой для другой, они могут быть и разными, но как-то связанными системами.

Таблица 8.1. Этапы ликвидации проблем

По С.Л. Оптнеру	По С. Янгу	По. Н.П. Федоренко	По С.П. Никанорову	По. Ю.И. Черняку
1.Идентификация симптомов 2.Определение актуальности проблемы 3.Определение целей 4.Определение структуры системы и ее дефектов 5.Определение возможностей 6. Нахождение альтернатив 7.Оценка альтернатив 8.Выработка решения 9.Признание решения 10.Запуск процесса решения 11.Управление процессом реализации решения 12.Оценка реализации и ее последствий	1.Определение цели организации 2. Выявление проблемы З.Диагноз 4.Поиск решения 5.Оценка и выбор альтернативы 6.Согласование решения 7.Утверждение решения 8.Подготовка к вводу в действие 9.Управление применением решения 10.Проверка эффективности	1.Формулирование проблемы 2.Определение целей 3. Сбор информации 4.Разработка максимального количества альтернатив 5.Отбор альтернатив 6.Построение модели в виде уравнений, программ или сценария 7.Оценка затрат 8.Испытание чувствительности решения (параметрическое исследование)	1. Обнаружение проблемы 2.Оценка актуальности проблемы 3. Анализ ограничений проблемы 4.Определение критериев 5. Анализ существующей системы 6.Поиск возможностей (альтернатив). 7.Выбор альтернативы 8.Обеспечение признания 9.Принятие решения (принятие формальной ответственности) 10.Реализация решения 11.Определение результатов решения	1.Анализ проблемы 2.Определение системы З.Анализ структуры системы 4.Формулирование обшей цели и критерия 5.Декомпозиция цели, выявление потребности в ресурсах, композиция целей 6. Выявление ресурсов, композиция целей 7.Прогноз и анализ будущих условий 8.Оценка целей и средств 9.Отбор вариантов 10.Диагноз существующей системы 11.Построение комплексной программы развития 12.Проектирование организации для достижения целей

Например, анализируя цель “выяснить этиологию и патогенез ишемической болезни сердца”, в качестве исследуемой системы можно взять сердечно-сосудистую систему, а можно выбрать конкретный кардиологический институт. В первом случае декомпозиция будет порождать перечень подчиненных подцелей научного, во втором – организационного характера.

Отметим также, что иногда в качестве оснований декомпозиции полезно не только перебирать разные модели целевой системы, но и брать сначала модели надсистемы, затем самой системы и, наконец, подсистем. Например, при системном анализе функций Минвуза РСФСР декомпозиция глобальной цели высшего образования страны сначала проводилась по моделям вузовской системы в целом, а в конце – по моделям функционирования министерского аппарата. Можно также рассматривать и такую процедуру анализа, когда перед каждым очередным актом декомпозиции заново ставится вопрос не только о том, по какой модели проводить декомпозицию, но и о том, не следует ли взять модель иной системы, нежели ранее.

Однако чаще всего в практике системного анализа в качестве глобального объекта декомпозиции берется нечто, относящееся к проблемосодержащей системе и к исследуемой проблеме, а в качестве оснований декомпозиции берутся модели проблеморазрешающей системы.

Перейдем теперь к рассмотрению вопроса о том, какие модели брать за основания декомпозиции. Прежде всего напомним, что при всем практически необозримом многообразии моделей формальных типов моделей немного: это модели “черного ящика”, состава, структуры, конструкции (структурной схемы) – каждая в статическом или динамическом варианте (см. гл. 3). Это позволяет организовать нужный перебор типов моделей, полный или сокращенный, в зависимости от необходимости.

СВЯЗЬ МЕЖДУ ФОРМАЛЬНОЙ И СОДЕРЖАТЕЛЬНОЙ МОДЕЛЯМИ

Однако основанием для декомпозиции может служить только конкретная, содержательная модель рассматриваемой системы. Выбор формальной модели лишь подсказывает, какого типа должна быть модель-основание; формальную модель следует наполнить содержанием, чтобы она стала основанием для декомпозиции. Это позволяет несколько прояснить вопрос о полноте анализа, который всегда возникает в явной или неявной форме.

Полнота декомпозиции обеспечивается полнотой модели-основания, а это означает, что прежде всего следует позаботиться о полноте формальной модели. Благодаря формальности, абстрактности такой модели часто удается добиться ее абсолютной полноты.

8.3 ————— Общая схема деятельности

Пример 3. Схема входов организационной системы на рис. 8.2 является полной: к ней нечего добавить (перечислено все, что воздействует на систему), а изъятие любого элемента лишит ее полноты.

Пример 4. Формальный перечень типов ресурсов состоит из энер- гии, материи, времени, информации (для социальных систем добавляются кадры и финансы). При анализе ресурсного обеспечения любой конкретной системы этот перечень не дает пропустить что-то важное.

Пример 5. К числу полных формальных моделей относится марк- сова схема любой деятельности человека, которая в “Капитале” применялась для анализа процесса труда (рис. 8.3). В схеме выделены: субъект деятельности; объект, на который направлена деятельность; средства, используемые в процессе деятельности; окружающая среда; все возможные связи между ними.

Пример 6. Если в качестве модели жизненного цикла принять формулировку “все имеет начало, середину и конец”, то такая модель является формально полной. Конечно, эта модель настолько обща, что оказывается мало полезной во многих конкретных случаях. Так, при рассмотрении жизненного цикла проблем (см. табл. 8.1) приходится использовать более детальные модели.

Итак, полнота формальной модели должна быть предметом особого внимания. Поэтому одна из важных задач информационного обеспечения системного анализа и состоит в накоплении наборов полных формальных моделей (в искусственном интеллекте такие модели носят название фреймов).

ПРОБЛЕМА ПОЛНОТЫ МОДЕЛЕЙ

Полнота формальной модели является необходимым, но не достаточным условием для полноты декомпозиции. В конечном счете все зависит от полноты содержательной модели, которая строится “по образу” формальной модели, но не тождественна ей. Фрейм лишь привлекает внимание эксперта к необходимости рассмотреть, что именно в реальной системе соответствует каждому из составляющих фрейм элементов, а также решить, какие из этих элементов должны быть включены в содержательную модель. Это очень ответственный момент (ведь то, что не попадет в модель-основание, не появится в дальнейшем анализе) и очень трудный (заранее не всегда “очевидно”, что данная компонента должна войти в основание).

Для иллюстрации вернемся к примеру 1. Фреймовая модель входов оргсистемы (см. рис. 8.2) рекомендует, в частности, определить конкретно, что именно понимается под “существенной средой”, т.е. взаимодействие с какими реальными системами не своего ведомства должно войти в основание. Судя по результату анализа, его авторы учитывали только взаимодействие морского флота с флотами других государств. Для каких-то целей этого достаточно, но ясно также, что в других случаях может потребоваться учет взаимодействий с сухопутным транспортом (железнодорожным и автомобильным в отдельности), речным и воздушным флотами. Если возникнет вопрос о ресурсах, то потребуется учет связей с ведомствами, производящими топливо и энергию, продукты питания, всевозможную технику, услуги и т.д. Таким образом, вопрос достаточной степени детализации содержательных моделей в отличие от фреймовых всегда остается открытым. Чтобы сохранить полноту и возможность расширения содержательной модели, можно рекомендовать осуществлять логическое замыкание перечня ее элементов компонентой “все остальное”. Эта компонента, как правило, окажется “молчащей”, поскольку к ней отнесено все, что кажется несущественным, но ее присутствие будет постоянно напоминать эксперту, что, возможно, он не учел что-то важное.

С проблемой степени детализации модели-основания связан и вопрос удобства – понятие трудно формализуемое, но вполне ощутимое. Поясним это на конкретном примере. Для целей анализа проблем преподавания необходима модель педагогического процесса. В качестве фрейма для нее можно взять модель деятельности вообще (рис. 8.3), придав соответствующую интерпретацию входящим в нее элементам. С помощью такой модели педагогического процесса удалось упорядочить и сопоставить ряд современных направлений в методической работе высшей школы [2]. Однако для анализа организационных аспектов учебного процесса в вузе более удобной оказалась модель, в которой из фреймового элемента “средства” выделены в отдельно учитываемый элемент не только информационное средство “изучаемый предмет” но и “технические средства обучения” (рис. 8.4). Например, можно усмотреть связь “граней пирамиды” на рис. 8.4 с такими организационными аспектами учебного процесса, как аудиторные практические занятия, самостоятельная работа студентов, методическая работа преподавателей, лекционное преподавание. Это лишний раз иллюстрирует целевую предназначенность моделей (см. § 2.2): изменение цели моделирования требует изменения модели.