5. 2 Декомпозиция задачи синтеза системы, иерархия целей исследования и показателей эффективности

Задача проектирования СТС вследствие большой слож­ности неизбежно разделяется на иерархическую систему частных задач по проектированию компонентов СТС. Подобным образом расчленяется и процесс исследования СТС. Таким образом, и про­ектировщики (т. е. лица, принимающие решения), и исследователи ищут предпочтительное решение лишь для некоторой части полной задачи, рассматривая ее как самостоятельную задачу. Другие за­дачи временно откладываются, возможные решения смежных во­просов временно не принимаются во внимание или считаются из­вестными. Расчленение сложной проблемы синтеза СТС на иерар­хическую систему частных задач является концепцией, на которой' основывается проведение анализа СТС, и носит название декомпозиции проблемы.

Цель декомпозиции — упростить синтез СТС путем оптимизации: решения частных задач. Такой подход к синтезу СТС называется субоптимизацией. Синтез при этом осуществляется путем объединения решений частных задач и усовершенствования этих решений с учетом взаимных связей между частными задачами.

Декомпозиция совместно с субоптимизацией делает проблему синтеза СТС решаемой, так как ни один человек и ни один коллек­тив не в состоянии охватить всю проблему в целом и принять все проектировочные решения.

Рассмотрение частной задачи как самостоятельной может при­вести к тому, что критерии в частных задачах, кажущиеся правдо­подобными, будут несовместимыми с критериями для СТС в целом. Чтобы этого не случилось, необходимо при субоптимизации осущест­вить системный подход, который будет выражен в подчинении по­казателей эффективности подсистем показателям эффективности вышестоящих систем. Такая иерархия показателей эффективности будет соответствовать иерархии целей и задач.

Рассмотрим в качестве примера вопрос о наилучшем автопило­те для ЛА и возьмем крайний случай. Если критерием служат ми­нимальные затраты для достижения высокой точности управления, то автопилот может оказаться слишком большим, чтобы его можно было разместить на реальном ЛА. Хорошее решение выбора авто­пилота может быть получено, если критерий выбора автопилота согласован с критерием выбора наилучшего ЛА. В частности, это означает, что габариты и масса автопилота должны быть, возможно меньшими или, по крайней мере, ограниченными. Как следует из, примера, при выборе критерия необходимо добиваться его согла­сования с критерием более высокого уровня.

Из всего сказанного следует два общих вывода.

Во-первых, исследователю необходимо постоянно помнить о преимуществах и недостатках метода декомпозищш суболтимизации и всегда выбирать разумное компромиссное решение по расчле­нению проблемы, которое может избежать как слишком обширных, так и чрезмерно суженных задач. Во-вторых, для успешного прове­дения субоптимизации необходимо, чтобы показатели эффективно­сти, выбираемые в каждой частной задаче, были увязаны в единую логическую систему показателей эффективности.

Расчленение проблемы синтеза СТС на иерархическую систему •частных задач и построение для этих задач системы показателей эффективности взаимосвязано с расчленением цели синтеза на ее компоненты. Построение соответствующего дерева целей можно про­вести различными способами в зависимости от позиции (подхода) исследователя, выбирающего тот или иной объективный признак для декомпозиции проблемы синтеза и построения иерархии целей. В качестве основных можно указать три подхода.

В первом подходе за основу принимается структура исследуе­мой СТС и каждому ее компоненту ставится в соответствие цель исследования этого компонента.

Пусть, например, перед исследователем поставлена цель раз­работки самолета-перехватчика (см. рис. 1.1). Эта цель <2г будет расчленена на цели более низкого уровня р_г-_1 разработки агрега­тов самолета: планера, силовой установки, системы управления огнем и т. д. В сбою очередь, цель разработки системы управления ог­нем расчленяется на цели <2_г-_2 разработки вооружения, БЦВМ и бортовой РЛС. Все указанные подсистемы являются составными частями самолета, а соответствующие им более узкие (или более низкого уровня) цели являются средствами для достижения цели разработки самолета.

Во многих случаях полезно рассмотреть цели более высоких уровней по сравнению с заданной целью (3,-, т. е. цели заказчика, что может способствовать более успешному достижению заданной дели. Продолжая пример с самолетом-перехватчиком, мы можем рассмотреть цели разработки все более и более широких систем (см. рис. 1.1): подразделение перехватчиков с наземной РЛС и ко­мандно-вычислительным пунктом (К.ВП)— комплекс перехвата, соединение ПВО, состоящее из комплексов перехвата, радиолока­ционной системы и АСУ и т. д.

Обычно системы нижних уровней можно рассматривать и в ^большинстве случаев следует рассматривать как изолированные друг от друга, но подчиненные вышестоящей системе. Однако та­кая изоляция является лишь относительной и никогда не бывает полной. Всегда остается возможность существования некоторой важной связи между системами одного или разных уровней, кото­рая повлияет на разработку взаимосвязанных систем.

Наличие связей между подсистемами может быть использовано для изменения промежуточных целей в интересах достижения цели разрабатываемой СТС с наибольшей эффективностью. Даже про­стое составление перечня взаимных связей будет очень полезным началом анализа. Ни одну промежуточную цель нельзя рассматри­вать как окончательную. Меняющиеся обстоятельства превращают верный в свое время выбор цели в устарелый.

Второй подход к расчленению цели синтеза СТС на иерархиче­скую систему промежуточных целей основан на распределении раз­деления труда между организациями и их подразделениями (от­делами, бригадами, группами). Полученное при этом дерево целей не всегда совпадает с деревом, составленным при первом подходе, из-за того, что структура исследовательских и проектных органи­заций может не совпадать со структурой разрабатываемой СТС. Третий подход основан на логическом анализе проблемы синте­за СТС, на выявлении последовательности решения задач и взаи­мосвязей между частными задачами синтеза. Этот подход проил­люстрируем деревом целей, построенным для анализа эффективно­сти подвижной системы ПВО [51]. В данном примере формулиров­ки целей и задач анализа совпадают. Цель-задача оценки эффективности системы путем логического анализа разделяется на про­межуточные цели-задачи, рассматриваемые первоначально как не­зависимые (рис. 2.7):

1.1 — анализ эффективности системы ПВО, находящейся на позиции (при этом система рассматривается как стационарная);

1.2 — анализ влияния подвижности повышения эффективности системы за счет способности менять свое местоположение в необходимых ситуациях, снижения эф­фективности системы за счет ее перемещения и установки на но­вом месте.

Цели-задачи 1.1 и 1.2, в свою очередь, могут быть разделены на цели-задачи:

2.1 — анализ способности си­стемы поражать воздушные цели;

2.2 — анализ надежности ра­боты элементов системы;

2.3 — анализ живучести систе­мы после нападения противника.

Разделяя исходную задачу на частные задачи, нельзя упускать из вида возможные взаимосвязи между этими задачами. Напри­мер, перемещение системы ПВО

(задача 1.2) приводит к толчкам и вибрациям оборудования, что уменьшает надежность работы системы «а позиции (задача 2.2) по сравнению со стационарной системой.

Рис. Декомпозиция задачи ана­лиза эффективности подвижной сис­темы ПВО — дерево целей анализа