Контрольная работа: Структура системного анализа
x1 y1
x2
x3 y2
x4
y3
x5 y4
Рисунок 1.1
1-6 – подсистемы старших рангов; 6.1-6.3 – подсистемы младших рангов
В общем случае подсистемы связаны между собой материальными, энергетическими и информационными потоками; их именуют внутренними связями. С другой стороны, каждая система связана с другими системами того же и старших рангов. Эти связи для данной системы правомерно именовать внешними. Легко убедиться, что в соответствии с принципом иерархичности внутренние связи системы будут внешними по отношению к подсистемам.
В свою очередь, все внешние связи любой системы (подсистемы) можно подразделить на входы (x1, x2, …, xi, …, …xm), которыми принято называть внешние связи (потоки), направленные к системе и реализующие внешние воздействия на систему, и выходы (y1,y2,…,yi…,yn), которыми будем называть внешние связи (потоки), исходящие от системы и представляющие собой результат ее функционирования, воздействия на другие системы, т. е. на внешнюю по отношению к данной системе среду.
Основная функция системы состоит в преобразовании (переработке) входов в выходы. Реализацию такого преобразования будем именовать процессами основной текущей деятельности системы или процессами ее функционирования в узком смысле этого понятия.
Применительно к промышленным предприятиям процессы основной текущей деятельности означают переработку ресурсов, поступающих на вход системы, в конечные результаты – продукцию и услуги. Результатами деятельности исследовательских и проектных институтов является информация, содержащаяся в выпускаемой (на выходе) научной и технической документации.
Кроме целевых (позитивных) конечных результатов, выходами системы могут быть и негативные результаты ее деятельности, например, сточные воды и выбросы в атмосферу, загрязняющие окружающую среду.
Соответственно и на входе системы наряду с ресурсами, необходимыми для ее функционирования, различают также негативные, нежелательные воздействия, нарушающие ее нормальную деятельность; их именуют возмущающими воздействиями или внешними возмущениями. Типичными примерами внешних возмущений для промышленных систем могут служить нарушения сроков поставок сырья и материалов, отклонения качества сырья от номинального, сбои в энергообеспечении и т. п.
Кроме внешних (на входе в систему), имеются и внутренние возмущения, нарушающие нормальное течение процессов функционирования, типичными примерами внутренних возмущений в производстве могут служить нарушения технологической дисциплины, аварийный выход из строя оборудования и т. д.
Важная особенность системы – целеноправленность основной деятельности проявляется в стремлении предотвратить, преодолеть или скомпенсировать возмущения, сохранить высокие целевые конечные результаты, уменьшить негативные последствия своей деятельности и экономно использовать ресурсы.
Таким образом, оценкой функционирования системы может служить ее эффективность, которая характеризуется отношением целевых конечных результатов к ресурсам, использованным как для получения этих результатов, так и для устранения (ограничения в допустимых пределах) негативных последствий функционирования.
Чтобы оценивать эффективность системы, осуществлять меры по ее поддержанию и повышению, необходимо располагать сведениями о закономерностях процессов функционирования. Целенаправленность процессов функционирования проявляется в стремлении поддерживать и повышать высокую эффективность системы, приспособляясь (адаптируясь) к изменениям внешней среды. Процессы функционирования системы (в широком смысле) – это совокупность процессов основной деятельности и разных по масштабам процессов развития и совершенствования системы.
Процессы функционирования систем нуждаются в управлении. Управление реализуется за счет целенаправленных воздействий органа управления на объект управления и обратной связи объекта с органом управления. Каждый контур управления предусматривает сбор информации о состоянии объекта (учет), ее сопоставление с заданными значениями (контроль), анализ информации и выработку управляющего воздействия (подготовку и принятие решений), а также реализацию воздействия. Совокупность органа управления системы и органов управления ее подсистем всех рангов вместе с их информационными внутренними и внешними связями составляет иерархическую систему управления.
Математическое описание процессов функционирования. Значения выходов зависят от свойств системы, от входных воздействий на нее и, как правило, от совокупности параметров внутреннего состояния системы. Кроме того, учитывая, что системы являются динамическими, входы (xi), параметры состояния системы (zi) и ее выходы (yi) изменяются во времени (t).
Математические выражения зависимостей выходов от входов и параметров состояния принято называть математическим описанием системы. Если описание достаточно правильно (адекватно) отображает фактическое поведение системы, его особенности, важные для исследования или управления, то его можно использовать для моделирования (воспроизведения) протекающих в системе процессов; в таком случае его называют математической моделью системы.
Модель системы, описывающая процессы ее функционирования в установившемся режиме, отражает статические свойства системы и называется статической моделью. График зависимости выходного показателя от соответствующего входного параметра (чаще всего основного) называют статической характеристикой. Типичными примерами статических характеристик конкретного производства могут служить зависимости объема выпуска продукции (A), себестоимости (С) и других важнейших показателей от нагрузки, т. е. от расхода (G1) основного сырья на входе в систему.
Если математическая модель описывает изменения выходов и параметров состояния системы в неустановившихся режимах (во времени), то она характеризует динамические свойства системы и называется динамической моделью. Соответственно графики изменения выходных параметров во времени при определенных воздействиях на входе принято именовать динамическими характеристиками звена (системы, подсистемы). Динамические свойства циклических процессов характеризуются также графиками, иллюстрирующими повторяемость циклов, их период, регулярность, характер колебания параметров и т. д.
Модели сравнительно простых технических систем стараются строить на основе изученных закономерностей физических и химических процессов, их функционирования; такие модели называются детерминированными.
Модели систем, которые также являются сравнительно простыми, но закономерности функционирования которых не изучены, могут быть построены в результате статической обработки результатов экспериментов. Такую систему с неизвестной структурой и свойствами иногда условно именуют “черным ящиком”, а модели, полученные указанным выше способом, в отличие от детерминированных называют статическими. При стабильности процессов, протекающих в системе, такие модели могут давать описание системы, близкое к адекватному.
Иначе обстоит дело со сложными системами. К ним относятся биологические, социально-экономические, некоторые технические системы. Для них характерно большое число подсистем многих уровней иерархии, сложность связей между ними, наличие случайных факторов, влияющих на поведение отдельных подсистем и системы в целом. В связи с этим процессы функционирования сложных систем относятся к категории так называемых случайных или стохатических процессов, а результаты функционирования не всегда предсказуемы с достаточной точностью.
Стохатические процессы характеризуются функцией распределения вероятностей рассматриваемых событий. Если эта функция стабильна, т. е. не изменяется во времени, то стохатический процесс называется строго стационарным. Для стационарных стохатических процессов функция распределения вероятностей может быть установлена экспериментально. Это позволяет, используя методы теории вероятностей, построить стохатическую модель системы; свойства таких систем характеризуются не однозначными (функциональными), а корреляционными зависимостями, позволяющими установить наиболее вероятные значения выходов и других показателей функционирования системы.
Если стохатические процессы, влияющие на поведение системы, нестационарны, то ее поведение не всегда может быть описано математически, т. е., как принято говорить, оказывается неформализуемым. Для количественной характеристики неформализуемых свойств и связей таких систем, для прогноза результатов их функционирования приходится использовать экспертные оценки специалистов и другие эвристические методы.