книги из ГПНТБ / Белоногов Г.Г. Автоматизированные информационные системы

Г.Г. Б ЕЛ О Н О ГО В

В.И. БО ГАТЫ РЕВ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ

ИНФОРМАЦИОННЫЕ

СИСТЕМЫ

Под общей редакцией К. В. Тараканова

М о с к в а , « С о в е т с к о е р а д и о » , 1 9 7 3

\

Г л а в а 1 СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ В СИСТЕМОТЕХНИКЕ

Сущность системного подхода к изучению сложных систем

Существует много различных подходов к определе­ нию сущности сложных систем. Понятие сложности свя­ зывается с большим числом составляющих систему эле­ ментов, с так называемыми эмержентными свойствами систем (т. е. свойствами, которые не могут быть пред­ сказаны на основе знания свойств частей системы и способа их соединения), с особенностями изучения си­ стем (невозможностью непосредственного измерения их параметров), с необходимостью учета взаимозависимо­ сти регулируемых величин, ранее считавшихся незави­ симыми (многосвязные, многомерные системы), с особен­ ностями устойчивости таких многомерных систем, с их динамическими, самообучающимися и самоорганизую­ щимися свойствами.

Потребности практики стимулировали появление и развитие общей достаточно универсальной методологии исследования подобного рода систем, которая была на­ звана теорией систем. В основе теории систем лежит так называемый системный подход. В определении сущест­ ва системного подхода нет единства мнений. Однако главным, объединяющим фактором в развитии систем­ ной методологии является общее стремление, направлен­ ное на изучение специфических черт сложноорганизован­ ных систем.

Для характеристики сущности системного подхода воспользуемся определением, предложенным Дж. А. Мор­ тоном ,[120]: «Системный подход означает, что каждая система является интегрированным целым даже тогда, когда она состоит из отдельных разобщенных функцио­ нальных систем и подсистем. Каждая система имеет ряд целевых показателей, и баланс между ними может изменяться от системы к системе в широких пределах. Методы системотехники направлены на отыскание опти­

5

мума целевых функций системы по отдельным показате­ лям, взятым с соответствующими весами, и достижение максимума взаимозаменяемости составляющих частей

системы».

Теория систем как паука еще не сложилась в полной мере. Ее следует рассматривать как развитие идей ки­ бернетики в направлении общей методологии, направ­ ленной на изучение систем. Не располагая в настоящее время достаточно строгим арсеналом математических ме­ тодов, теория систем опирается на широкое использо­ вание результатов других научных дисциплин.

Объектом изучения теории систем являются системы. Существует много различных попыток определить по­ нятие «система». Например, система есть «... взаимо­ связь самых различных элементов. Таким образом, все, состоящее из связанных друг с другом частей, мы будем называть системой» (19]. Или: «... систему можно опре­ делить как любую совокупность переменных, которые экспериментатор или наблюдатель выбирает из’ числа переменных, свойственных реальной «машине» [124]. Или: «... система определяется как совокупность взаи­ модействующих элементов, предназначенная для выпол­ нения определенной требуемой операции» [109]. Можно было бы продолжить перечень подобных определений, однако детальный анализ понятия «система» не входит в задачу авторов. Для дальнейшего изложения достаточ­ но восстановить лишь интуитивное представление о си­ стеме как объекте исследования.

Причем исследователи разных областей знаний вклады­ вают в эти понятия различный физический смысл. Об­ щим, однако, для всех областей является то, что понятие «система» предполагает рассмотрение объекта как цело­ го, состоящего из совокупности элементов, связи между которыми образуют некоторую структуру.

Автоматизированные системы управления обладают всеми наиболее характерными чертами, специфичными для сложных технических систем. К их числу следует отнести: большой масштаб систем по числу составляю­ щих элементов и выполняемых функций; наличие функ­ циональной целостности, общего назначения и цели; сложную многоуровневую иерархическую структуру; вы­ сокую степень автоматизации, определяющую известную

6

самостоятельность поведения' системы; статистически распределенные во времени внешние воздействия.

Необходимость привлечения методологии теории си­ стем к разработке автоматизированных систем управле­ ния и автоматизированных информационных систем под­ тверждается потребностями практики. При создании та­ ких систем разработчики сталкиваются с необходимо­ стью рациональной организации и обеспечения взаимо­ действия большого числа разнородных составных частей. К ним относятся технические средства переработки и перёдачи информации, технические средства, обеспечи­ вающие общение человека со средствами переработки и передачи информации, математическое обеспечение АСУ. Все эти составные части АСУ требуют различной физической реализации с привлечением специалистов различных областей знаний. Кроме того, работы в области автоматизации процессов управления требуют глубоко­ го анализа сущности автоматизируемых процессов, выде­ ления объектов автоматизации, правильного формулиро­ вания целей управления и определения этапности авто­ матизации с учетом реальных сроков, возможностей тех­ нической реализации и экономических факторов.

Модели систем

При решении задач анализа или синтеза достаточно сложных систем перед исследователем возникает необ­ ходимость создания модели, являющейся прообразом существующей или разрабатываемой системы. В основу построения такой модели закладывается некоторое си­ стемное представление исследователя, которое, в свою очередь, определяется выбором исходного Основания чле­ нения системы на элементы. Процесс построения моде­ лей является творческим процессом, не поддающимся по­ ка полной формализации. Этот процесс во многом опре­ деляется традициями, сложившимися на основе практики решения конкретных задач.

В любой реальной физической системе существует бесчисленное множество связей как между элементами системы, так и между элементами системы и внешней средой. Учесть все эти связи невозможно, поэтому иссле­ дователь, как правило, ограничивается выбором лишь

7

наиболее существенных из них. Однако отсутствие апри­ орной информации о роли тех или иных связей, отсутст­ вие формальных методов декомпозиции систем вносит известный субъективизм в процесс представления слож­ ных систем.

В зависимости от целей, стоящих перед исследовате­ лем, им могут быть выбраны различные основания для членения реальной физической системы и, как результат, получена совокупность различных, связанных между со­ бой системных представлений — моделей существую­ щей или разрабатываемой системы. Именно с такой си­ туацией, как правило, сталкиваются разработчики при решении сложных системотехнических проблем, возни­ кающих при создании АСУ и АИС.

Модель как упрощенное представление системы ис­ пользуется для анализа и предсказания качественных и количественных результатов, необходимых для принятия правильного инженерного решения. Не вдаваясь в под­ робное изложение различных известных в инженерной практике типов моделей (модели поведения систем, вре­ менные модели, модели надежности и т. п.), отметим только, что к ним могут быть отнесены также обобщен­ ные качественные модели:

—структурная схема объектов, подлежащих авто­ матизации;

—схема взаимосвязи задач, привязанная к струк­ турной схеме автоматизируемых объектов (такую схему можно назвать структурно-функциональной);

—алгоритм функционирования системы;

—структурная схема системы с детализацией до тех­ нических средств;

—схема объектов системы с их техническими сред­ ствами автоматизации (с детализацией до устройств);

—схема связи;

—структура математического обеспечения;

—функциональные схемы системы математического обеспечения;

—схемы программной организации математического обеспечения;

—машинные алгоритмы программных систем и част­ ных задач;

—блок-схемы технических средств автоматизации;

—принципиальные схемы технических средств;

—монтажные схемы и т. п.

8

Для АСУ, как правило, недостаточно иметь одно системное представление, так как в одной модели не­ возможно отобразить все многообразие взаимосвязанных факторов, существенных для изучения процессов функ­ ционирования этих систем. Необходимость создания не­ скольких уровней системных представлений определяется также тем обстоятельством, что проектирование систем проходит ряд последовательных этапов, каждый из ко­ торых отличается по степени детализации исследуемых вопросов (создание идейного проекта, аванпроекта, тех­ нического проекта и т. п.).

Другим существенным моментом, определяющим не­ обходимость иметь совокупность системных представле­ ний является то, что на различных этапах проектирова­ ния систем на передний план выдвигаются различные аспекты построения АСУ, требующие использования спе­ циалистов различной квалификации. Так, например, один из этапов создания системы, связанный с разработ­ кой общей идеологии, определением целей управления и задач, подлежащих автоматизации, выдвигает на пер­ вый план будущих потребителей системы. Только спе­ циалисты, знакомые с существом автоматизируемых процессов, способны дать правильное системное пред­ ставление данной «проекции» системы. В качестве дру­ гой «проекции» можно отметить системное представление инженеров — разработчиков, рассматривающих автома­ тизированную систему как совокупность технических средств. Следующую группу системных представлений можно связать с позицией разработчиков математиче­ ского обеспечения автоматизированной системы и т. д.

У всех разработчиков, наряду с общими системными представлениями, могут быть и свои частные. Так, на основе общих системных представлений разработчиков математического обеспечения АСУ могут быть опреде­ лены общие принципы программной организации систе­ мы. Однако индивидуальные (рабочие) системные пред­ ставления каждого из разработчиков, как правило, будут отличаться друг от друга. Например, разработчик систе­ мы программного управления (операционной системы) свое системное представление будет связывать прежде всего со структурой вычислительной системы, с ее аппа­ ратной логикой. Основное внимание он сосредоточит на обеспечении рациональной увязйи программной и аппа­ ратной логики с целью повысить эффективную произво-

9