Лекция 2 основные определения системного анализа

Основные определения системного анализа: элемент, подсистема, характеристика, параметр, свойство, закон функционирования, цель, алгоритм функционирования, качество, процесс, эффективность процесса, состояние системы, структура.

Элементом (объектом) системы называется некоторый объект (материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных для нас свойств, внутренняя структура которого не рассматривается на выбранном уровне детализации. Примером элемента АИС может быть: бизнес-процесс, информационный поток, регламент, конкретный документ и т.д.

Подсистема — система, являющаяся частью другой системы и способная выполнять относительно независимые функции, имеющая подцели, направленные на достижение общей цели системы. Примерами подсистем АИС могут являться различные функциональные блоки. Рассмотрим АИС «Управления кинотеатром». Её подсистемами могут выступать: подсистема работы с расписанием, подсистема учета кассовых операций, подсистема учета

По аналогии с понятием подсистемы вводится понятие надсистемы, которое определяется рассмотренными нами ранее свойством иерархичности систем. Надсистема (суперсистема) — более крупная система, частью которой является рассматриваемая система. Надсистемой для АИС «Управления кинотеатром» может быть АИС «Управления медиа-холдингом», в который входит множество кинотеатров страны (например, всем известный медиа-холдинг - Мультиплекс)

Характеристика / параметр системы – это то, что отражает некоторое свойство элемента системы. Характеристики делятся на количественные и качественные.

Если на множестве значений характеристики заданы отношения, основанные на метрике (когда указывается не только факт отношения), а также и степень количественного превосходства, то характеристика называется количественной. Например, максимальная пропускная способность системы (документы или операции в час) есть количественные характеристика информационной системы, так как задана шкала её измерения, что допускает их упорядочивание. Хорошим примером являются параметры систем «реального» времени: количество времени, которое система затрачивает на реакцию или подготовку годового отчета.

Если множество значений не метрическое (например, «комфортно», «не комфортно»), то характеристика называется качественной. Например, комфортное размещение терминалов или удобство пользовательского интерфейса является качественной. Единственным отношением на шкале «комфортность» является отношение эквивалентности, позволяющее различать сети терминалов информационной системы как комфортные и не комфортные без установления количественных отношений. Количественная характеристика называется параметром.

В литературе понятие «характеристика» и «параметр» отождествляются на том основании, что всё можно измерить. Однако в общем случае полезно разделять количественные и качественные характеристики, так как не всегда возможно и целесообразно разрабатывать процедуру количественной оценки того или иного свойства.

Свойство – это объективная реально существующая часть элемента или объекта системы (при том неотъемлемая). У программистов закрепилось другое название этого термина атрибут.

Свойства или атрибуты элемента являются зависимыми переменными и отражают суть элемента. Под свойством понимают сторону объекта, обуславливающую его отличие от других объектов или сходство с ними и проявляющееся во взаимодействии с другими объектами. Например, пусть элементами рассматриваемой АИС являются электронные формы документов – тогда рассматриваемыми свойствами этих элементов будут срок жизни документа, количество визирующих особ, режим секретности и.т.п.

Свойства задаются с использованием отношений одного из математических понятий, используемого при анализе и обработке информации. На языке отношений единым образом можно описать воздействие, свойства объектов и связи между ними, задаваемыми различными признаками.

В рамках системного анализа существует несколько форм представления отношений:

1. Функциональное – в виде функций оператора функционала.

2. Матричное (или табличное) (Например, таблица соответствия типа документа и уровня конфиденциальности).

3. Логическое.

4. С использованием графов.

5. Представление сечением.

6. Алгоритмические, то есть в виде словесного правила соответствия.

Свойства классифицируют на внешние, проявляющиеся в форме выходных характеристик, проявляющиеся только при взаимодействии с внешними объектами (например тот же уровень конфиденциальности документа по отношению элементам из внешней среды) и внутренними, проявление в форме переменных состояний при взаимодействии с внутренними элементами рассмотренной системы (например стадии подписания приказа – уровень отдела кадров, уровень планового отдела, уровень расчетного одела: меняется при взаимодействии с внутренними элементами системы – сотрудниками) и является причиной внешних свойств (связь между подписанным приказом и уровнем его конфиденциальности).

Отсюда следует, что одна из основных целей системного анализа – выявление внутренних свойств исследуемой системы и ее элементов, определяющих ее поведение или функционирование (функции). По структуре свойства делят на простые и сложные (интегративные). Внешние простые свойства доступны прямо наблюдению. Внутренние свойства конструируются в нашем сознании логически и недоступны наблюдению.

Цель – ситуация или область ситуаций, которая должна быть достигнута при функционировании системы за конечный промежуток времени. Под ситуацией можно понимать конкретное значение свойств всех элементов системы и в итоге значение свойств значений системы как целого. Пример цели. АИС «Учет банковских операций» - все документы банковской выписки должны быть отражены в бухучете / получен остаток на расчетном счете. АИС «Учет кредитов физических и юридических лиц» - состояние взаиморасчетов по всем выданным кредитам должно быть в рамках заключенных договоров / получено сальдо взаиморасчетов.

Цель может задаваться требованиями к показателям качества, или эффективности системы. Различие между показателями качества и эффективности состоит в том, что показатель эффективности характеризует процесс (алгоритм) и эффективность от функционирования системы. А показатель качества – пригодность системы для использования по назначению.

Структура системы – совокупность образующих систему элементов и связей между ними. Это понятие вводится для описания подмодели. В структуре системы существенную роль играют связи, так как изменяя связи при сохранении состава (количество элементов и их качество) элементов системы, можно получить другую систему, обладающую новыми свойствами или реализующую другой закон функционирования.

Вид отношений между элементами, который проявляется как некоторый обмен (взаимодействие), называется связью. При проектировании систем (или их исследовании) необходимо выделять внутренние и внешние связи, что позволяет определить границы системы и внешней среды. Это так называемая точка зрения разработчика на систему.

Внешние связи системы – это ее связи со средой. Они проявляются в виде характерных свойств системы. Они проявляются во взаимодействии. Определение внешних связей позволяет отделить рассматриваемую систему от окружающей среды и называется этапом макро-проектирования системы. Это начальный этап исследования. Иногда достаточно изучения всей системы ограничить установлением ее закона функционирования. При этом систему отождествляют с неким оператором и представляют в виде черного ящика. Однако в задачах системного анализа требуется выяснить, какими внутренними связями обуславливаются внешние свойства системы. Эту задачу можно решить двумя способами:

1. Декомпозиция сложных функций на более простые составные функции (функциональная декомпозиция).

2. Изучив структуру системы (связи и элементы) постараться вывести закон функционирования.

Поэтому основным содержанием системного анализа является определение структурных, функциональных, казуальных, информационных, пространственно-временных, внутренних связей системы.

Структурные связи обычно подразделяют на иерархические, сетевые, древовидные и задают матричной форме или с использованием графов.

Функциональные и пространственно-временные связи задают как функции, функционалы и операторы.

Казуальные (или причинно-следственные) связи описывают на языке формальной логики.

Для описания информационных связей разрабатываются инфологические модели (или концептуальные модели). Концептуальная модель – это представление предметной области системы и связей между ними на языке (словесном, блок-схемном и т.д.). Выделение связей разных видов наряду с выделением элементов – один из этапов системного анализа, позволяющий судить о сложности системы.

Важным для описания и исследования систем является понятие «алгоритм функционирования системы», под которым понимается метод получения выходных характеристик y(t) с учетом воздействующих сигналов x(t), управляющих воздействий u(t) и воздействий внешней среды n(t).

Иногда сложность системы определяют размером памяти, необходимой для записи алгоритма функционирования. По сути алгоритм функционирования раскрывает проявление внутренних свойств системы, определяющих ее поведение в соответствии с законом функционирования. Один и тот же закон функционирования системы может быть реализован различными способами, то есть с помощью различных алгоритмов. Наличие выбора алгоритма приводит к тому, что системы с одним и тем же законом функционирования обладают разным качеством и эффективностью процесса функционирования.

Качество – совокупность существенных свойств объекта, обуславливающих его пригодность для использования по назначению. Оценка качества может производиться по одному интегральному свойству, выражаемому через обобщенный показатель системы.

Процессом называется совокупность состояний системы {Z(t0),Z(t1),..,Z(tk)}, упорядоченных по изменению какого-либо параметра t (обычно времени), определяющего свойства системы. Это еще называют динамикой или поведением. Формально процесс функционирования, как последовательная смена состояний, интерпретируется как точки в k-мерном пространстве.

Процесс функционирования системы можно отобразить в фазовом пространстве z как некоторую траекторию, причем каждая реализация процесса будет отображаться своей траекторией в фазовом пространстве. Совокупность всех возможных значений состояний z называется пространством состояния системы. В фазовое пространство координата времени не входит.

Если мы перечислим все состояния системы во времени, то получим закон ее функционирования.

Состояние системы – это множество значений характеристик системы в данный момент времени.