Разрушение (гибель) систем

Основными причинами разрушения (гибели) систем явля­ются:

1. Неправильный учет законов формирования состава, структуры и функций системы.

2. Ошибочное представление целей, задач и функций си­стемы.

3. Несоответствие целей подсистем низшего уровня под­системам высшего уровня.

4. Неправильный учет законов управления системой.

5. Выбор нерациональных методов управления системой.

6. Физический, биологический и моральный износ элементов системы.

7. Внешнее воздействие, направленное на разрушение си­стемы (состава, структуры и функций).

8. Воздействие, направленное на изменение информации об условиях функционирования системы.

9. Воздействие, направленное на изменение целей функ­ционирования системы.

10. Чрезмерная сложность системы, не позволяющая оператив­но переходить в адаптивное состояние (низкая гибкость системы).

11. Сбои или же полная ликвидация обратных связей си­стемы.

12. Несоответствие затрат на создание и эксплуатацию си­стемы ее потребностям.

13. Изменение состава, структуры функций и свойств систем верхнего, нижнего и смежного уровней.

14. Различие общих требований к системе в целом и требо­ваний к элементам системы.

15. Сбои в формировании управляющих воздействий (полная или частичная потеря управления системой).

Стадии разрушения системы: снижение результатов дея­тельности системы; неадекватное реагирование системы на из­менение условий; сбои в работе отдельных элементов системы; Сбои в работе системы в целом; разрушение связей между элементами системы; потеря управляемости системы; прекращение реагирования системы на изменение условий; прекращение работы системы.

Восстановление систем

Восстановление систем осуществляется в такой последовательности:

1. Выполняется оценка состояния системы после ее разру­шения (гибели) и принимается решение на ее восстановление. В ходе оценки:

• определяются элементы и связи, выход из строя которых привели к разрушению (гибели) системы;

• выявляются причины выхода из строя этих элементов, приведших к разрушению (гибели ) системы;

• определяются мероприятия и работы, которые необходимо выполнить для восстановления системы;

• формируются варианты восстановления системы, оцени­ваются затраты на ее восстановление.

2. Разрабатывается план восстановления системы:

• определяются работы и мероприятия, которые необходимо выполнить для восстановления системы;

• определяется последовательность выполнения работ и мероприятий по восстановлению системы. При этом в первую очередь восстанавливаются управляющие элементы и наиболее важные элементы системы;

• определяются силы, средства и материалы, которые не­обходимы для восстановления системы;

• определяются ответственные за выполнение отдельных работ и мероприятий;

• разрабатывается линейный, сетевой и календарный планы восстановления системы.

3. Разрабатываются мероприятия по обеспечению и управле­нию мероприятиями и работами по восстановлению системы.

4. Выполняются работы по восстановлению системы.

5. Проводится испытание системы после выполнения работ по восстановлению системы.

6. Принимаются решения о вводе системы в дальнейшую эксплуатацию.

Лекция 2. Свойства и возможности системы

Свойства системы

Целостность системыпроявляется в том, что в системе _все элементы связаны между собой. Полное представление о системе можно получить, только рассматривая ее как единое целое.

Делимость системыпроявляется в том, что все элементы системы можно объединить в самостоятельные взаимосвязанные модули, которые выполняют определенную функцию в системе. Например, в любой системе можно выделить модули ввода, об­работки, вывода информации.

Изолированность системыпроявляется в том, что система является самодостаточной для существования в окружающей среде и при соблюдении некоторых условий может существовать изолированно от себе подобных систем.

Идентифицируемость системыозначает наличие у нее отличительных признаков, которые позволяют выделить ее из других систем. Обычно идентифицируемый признак находится в названии системы.

Неопределенность системыпроявляется в том, что внешние воздействия определены неполностью.

Сложные открытые системы не подчиняются вероятност­ным законам. В таких системах можно оценивать "наихудшие" ситуации. Этот способ обычно называется методом гарантиро­ванного результата. Он применим, когда неопределенность не описывается аппаратом теории вероятностей.

Синергия системысостоит в том, что результативность системы равна сумме результатов деятельности каждого эле­мента плюс синергетический эффект, равный дополнительному Результату, вызванному взаимодействием их элементов.

Для получения синергетического эффекта требуются затра­ты ресурсов, связанных с оптимизацией процессов и обучения персонала.

Эквифинальность системы— свойство си­стемы приходить в некоторое состояние, определяемое лишь ее собственной структурой, независимо от начального состояния и изменений среды. Это динамическое свойство системы, осущест­вляющей переход из различных начальных состояний в одно и то же конечное состояние.

Оно состоит в том, что при определенной системе управле­ния, контроля и планирования процессов и сфер деятельности влияние отдельных внутренних или внешних факторов не спо­собно в корне изменить поступательный характер результатив­ности проводимых работ.

Оптимальность системысостоит в том, что управление про­цессами в системе направлено на оптимизацию затрат ресурсов для получения конечного результата. Свойством оптимальности обладают все формы живых организмов, устройства машин, конструкций и т.д.

Эмерджентность системы— качество, свойства системы, которые не присущи ее элементам в отдельности, а возникают благодаря объединению этих элементов в единую целостную систему. То есть это наличие у системного целого (какой-либо системы) особых свойств, не присущих ее подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообра­зующими связями.

Веник для уборки пола — это система. Элементами систе­мы являются веточки, связанные в веник. Каждая отдельно взятая веточка может быть сломана и при этом зафиксирова­но усилие, приводящее к этому событию. Просуммируем все усилия. Свяжем веточки (точно такие же) в веник и попробуем сломать его, зафиксировав усилие. Сравним усилия. Они будут не равны. В этом и проявляется новое свойство — эмерджентность системы.

Робастность системы(от англ. — крепкий, сильный) — способность сохранять частичную работоспособность сложной системы при отказе ее отдельных элементов или подсистем.

Робастность сложной системы обеспечивается функциональной избыточностью или избыточностью связей между элементами.

Например, человеческий мозг как сложная система облада­ет свойством робастности. Если несколько элементов (нервных клеток) погибнет, то мозг будет продолжать функционировать за _С4ет того, что нервные клетки имеют избыточные связи между собой.

При организации каналов передачи важных сообщений ис­пользуется "горячее" резервирование, суть которого состоит в одновременной работе как основного, так и резервных каналов передачи информации. При отказе в работе основного канала тут же происходит переход на один из резервных каналов. "Горячее" резервирование используется при ретрансляции телевизионных сигналов, космической связи, бортового оборудования самолетов, космических станций и т. д. "Горячее" резервирование обеспе­чивает системе обработки информации свойства робастности.

Другой пример. Сервисная организация как сложная систе­ма должна обладать свойством робастности, которое проявляется в том, что при отказе одного канала обслуживания необходимо предусмотреть переход на резервный канал.

Возможности системы

Любая система (экономическая, военная, техническая, соци­альная и др.) предназначена для решения каких-либо задач. При этом задачи могут решаться с различным качеством — плохо, хорошо, своевременно и т. д.

Степень реализации этого качества характеризуется категорией возможности.

Возможности системы определяются совокупностью по­казателей, основными из которых являются:

1) организационно-структурные показатели систем;

2) пространственные показатели систем;

3) временные показатели систем;

4) функциональные показатели систем;

5) информационные показатели систем;

6) технологические показатели систем;

7) показатели качества организации управления сис­темой;

8) показатели взаимодействия системы с другими систе­мами;

9) показатель качества системы;

10) показатели итогов функционирования систем;

11) финансово-экономические показатели системы;

12) показатели эффективности систем.

1. Организационно-структурные показателисистем:

— состав системы;

— размещение элементов системы;

— средства, используемые в различных элементах сис­темы;

— характер связей между различными элементами сис­темы;

— резервирование различных элементов системы;

— средства, используемые для защиты элементов системы;

— подвижность элементов системы;

Рассмотрим сущность и содержание основных организа­ционно-структурных показателей системы.

Состав системы определяется совокупностью ее элементов и отношений между ними.

Показателями, характеризующими состав системы, явля­ются: количество элементов, входящих в систему управления; элементная база; функции каждого элемента системы; характе­ристики отношений между элементами системы.

Показателями, определяющими характер и качество свя­зей между элементами системы,являются: количество каналов связи; надежность каналов связи; помехозащищенность каналов связи; пропускная способность каналов связи между элементами системы.

Эти показатели используются для оценки функциональных показателей системы.

2. Пространственные показателисистем: размеры системы, подсистем и элементов, пространства, в котором они функционируют, размеры пространства, в пределах которого распространяются свойства системы: тепловое, световое и др.

Обобщенным показателем пространственных возможностей системы (например, системы управления) является вероятность нахождения объекта управления в интегральной области управления. Для случая, если параметры, влияющие на эту ве­роятность, подчинены нормальному закону, ее значение может быть определено так:

где n — количество элементов системы, с которых может осу­ществляться воздействие в данной точке пространства;

D_i— максимальное удаление, на котором может находиться объект управления от i-го элемента системы;

D_срi — среднее удаление границы поля от i-го элемента;

d_Di — среднее квадратическое отклонение ошибки опреде­ления этого удаления.

Пример: система экологического мониторинга.

3. Временные показателисистем:

— время начала и окончания функционирования системы;

— продолжительность функционирования системы;

— время перехода системы из одного состояния в другое;

— время протекания отдельных процессов в системе. Временными показателями возможностей системы управ­ления являются:

— продолжительность выполнения работ при осуществле­нии управленческих функций;

— время развертывания системы;

— время функционирования системы;

— время начала и окончания управления;

— частота управляющих воздействий;

— цикл управления.

Для оценки временных показателей возможностей системы может быть использован критерий, сущность которого состоит в определении вероятности события, состоящего в том, что фак­тическое время выполнения работы (мероприятия) — будет не более заданного t_з. Если параметры, влияющие на эту вероят­ность, подчинены нормальному закону, ее значение может быть определено так:

где — среднее квадратическое отклонение суммарной ошибки фактического и заданного времени выполнения работ (мероприятий).

Реальные процессы управления, как правило, включают совокупность работ (мероприятий), осуществляемых последо­вательно, параллельно или же с временем задержки. В этом случае время между исходным и завершающим событием равно сумме времен выполнения работ (мероприятий), находящихся на критическом пути, который может быть определен с помощью метода сетевого планирования и управлении.

4. Функциональные показатели систем (адаптивность, гибкость, пропускная способность, живучесть, устойчивость, восстанавливаемость, надежность, корректируемость систем).

Адаптивностьсистемы управления характеризует степень соответствия целей функционирования фактическим показате­лям, характеризующим возможности системы.

Если потребные показатели возможностей системы соот­ветствуют фактическим, то говорят, что система управления адаптивна.

Основными показателями адаптивности могут быть:

— вероятность пребывания системы в адаптивном состоя­нии;

— вероятность пребывания системы в адаптивном состоянии в течение заданного времени;

— вероятность пребывания системы в адаптивном состоянии по частному показателю ее возможностей.

Вероятность пребывания системы в адаптивном состоянии может оцениваться с помощью следующего приближенного со­отношения:

где n — количество параметров, характеризующих состояние системы управления;

— математическое ожидание оценки i-го параметра, характеризующего фактическое состояние системы;

— среднее квадратическое отклонение ошибки опреде­ления i-го параметра, характеризующего фактическое состояние системы;

— потребное значение i-го параметра, характеризую­щего состояние системы.

Гибкость системы — способность изменять цели функцио­нирования, состав и структуру при изменении цели, варианта применения системы управляемого объекта или условий, иными словами способность системы управления переходить в адап­тивное состояние.

Основными показателями гибкости системы управления являются:

— вероятность перехода системы управления в адаптивное состояние;

— вероятность перехода системы управления в адаптивное состояние к заданному сроку;

— математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение времени перевода системы управления из факти­ческого состояния в адаптивное.

При определении соотношений для количественной оценки гибкости системы управления целесообразно исходить из сле­дующих предпосылок:

— система управления является гибкой, если к заданному сроку могут быть переведены в желаемое состояние все ее па­раметры;

— фактическое рассогласование параметров системы управления характеризует ее адаптивность ;

— рассогласование системы может быть устранено при изменении ее структуры или же при проведении организационных мероприятий,

— система является гибкой по i-му параметру, если

С учетом этих предпосылок вероятность перехода степени управления в адаптивное состояние (показатель гибкости управ­ления) определяется так:

Пропускная способность системы—показатель, характери­зующий ее возможности по скорости переработки информации в управлявшее воздействие.

Если скорость поступления информации в систему управ­ления характеризовать величиной , где I — объем информации, а скорость переработки информации состояния в управляющее воздействие , где у — объем обработанной информации для выработки управляющего воздействия, то:

— при — система управления выполняет свои функции на пределе своих возможностей;

— при — система управления не в полном объеме выполняет свои функции;

— при — система управления работает в облег­ченном режиме.

Пример: системы массового обслуживания.

Живучесть системы. Основными показателями живучести системы являются:

— вероятность нахождения системы в функциональном состоянии;

— среднее время пребывания системы в функциональном состоянии.

Значения этих показателей зависят от таких факторов, как устойчивость, техническая надежность и восстанавливаемость системы.

Устойчивость системы. Под устойчивостью системы пони­мается ее способность сохранять рабочее состояние при физи­ческом, информационном и другом внешнем воздействии. Если в результате этих воздействий система не прекращает выполнять возложенные на нее функции, то система — устойчива. Если же после воздействия система не выполняет или частично выпол­няет свойственные ей функции, то система не устойчива.

Основными показателями устойчивости системы управле­ния являются:

— среднее время перехода системы в состояние, при кото­ром она не выполняет свойственных ей функций после внешних и внутренних воздействий;

— вероятность нахождения системы в состоянии, не обеспечивающем выполнения (полностью иди частично) функций;

— частота вывода системы из строя в результате внешних и внутренних воздействий.

где t_нрс — среднее время нахождения системы в нерабочем со­стоянии;

l— интенсивность "воздействий" переводящая систему в нерабочее состояние;

t_вост — время восстановления системы;

t — время, в течении которого оценивается устойчивость системы.

Восстанавливаемость системы. Под восстанавливаемостьюсистемы понимается ее способность переходить в состояние, в котором она может выполнить возлагаемые на нее функции в соответствии с целевым предназначением.

Основными показателями восстанавливаемости системы управления являются:

— среднее время восстановления системы;

— вероятность восстановления системы к заданному сроку.

Среднее время восстановления системы управления опреде­ляется на основе обработки статистических данных, полученных в ходе эксплуатации ее элементов. Этот показатель в дальней­шем используется для оценки живучести системы.

Надежность системы.Основными показателями надеж­ности системы являются: среднее время безотказной работы; вероятность безотказной работы.

Известно, что любая система включает элементы, которые обеспечивают основные функции. Функции выполняются, если не выполняет свои функции (отказывает) какой-либо из эле­ментов этой системы.

Если предположить, что каждый элемент системы может не выполнить свои функции (может отказать) с интенсивностью l_i, то суммарное значение интенсивности "отказов" будет равно:

где n — количество нерезервируемых элементов системы при наличии запасных элементов системы управления.

Рассмотрим методику определения надежности системы для различных вариантов ее построения.