Глава 4. Анализ и синтез систем на основе декомпозиции, агрегирования и моделирования

Анализ и синтез является определяющим в познании человеком законов природы и сущности вещей. Единство анализа и синтеза относится ко всем отраслям знаний и является основой системного анализа.

4.1. Анализ и синтез систем на основе декомпозиции и агрегирования

При анализе системы мы стремимся понять её внутреннее устройство, и выполняем разделение целого на части, т.е. декомпозицию системы. Однако, как мы отмечали ранее, при этом теряется целостность системы. Ибо набор отдельных деталей не является двигателем, как и набор отдельных органов не является человеком. Успех анализа и понимания работы системы состоит в установлении и понимании связей и законов взаимодействия отдельных частей. Только если, будучи соединенными надлежащим образом с восстановлением связей между частями, они снова обретут единое целое с выполнением тех же функций, мы можем сказать, что мы понимаем устройство и правила работы системы. Таким образом, синтез или агрегирование является конечным этапом анализа системы.

Аналитический метод широко применяется в различных научных исследованиях и практических целях. В математике часто используют разложение сложных функций в ряды простых и ортогональных функций. Дифференциальное и интегральное исчисление демонстрирует дробление и объединение. В физике используют разложение сложного цвета на спектральные составляющие, и, наоборот, синтез новых цветовых сочетаний из простых цветов. В науке понятия «анализ» и «исследование» воспринимают как синонимы. Высшей формой познания считается установление причинно-следственных связей, которые могут быть установлены только на основании анализа и синтеза.

Следует отметить, что термин «системный анализ» не совсем корректен, так как анализ без синтеза не позволяет объяснить работу системы в целом. Более подходит термин «системные исследования». При этом важно не только установление причинно-следственных связей в каждой из частей (подсистем), но и закономерности связей элементов в целое с учетом внешних воздействий (окружающей среды).

Анализ и декомпозицию систем обычно проводит эксперт или группа экспертов, специализирующихся (компетентных) в данной проблеме. При анализе структуры крупной системы типа отраслевого министерства на первом этапе декомпозицию проводят специалисты по организации управления. При декомпозиции, на более низких уровнях привлекаются специалисты по организации производства. Синтез и ли агрегирование ведется в обратном порядке (снизу до верхнего уровня).

Таким образом, при системных исследованиях необходимы два этапа разложение системы на части - декомпозиция и синтез - агрегирование. При этом желательно разработать правила проведения этих операций, т.е. разработать алгоритмы декомпозиции и агрегирования.

4.2. Модели систем как основа декомпозиции

Первой операцией системного исследования является декомпозиция, которая проводится на основе функционально-целевого подхода. Для декомпозиции на основе этого подхода необходимо установить основную цель (назначение) системы или выполняемые ею функции. Далее устанавливают основные подцели или вспомогательные функции, которые нужны для выполнения основной цели. Эти подцели должны выполнять подсистемы первого слоя, ответственные за выполнение этих подцелей или вспомогательных функций. В группу первого слоя необходимо также включить подсистему, выполняющую координацию и обеспечение работы всей системы. Необходимо также предусмотреть подсистему приспособления к условиям окружающей среды или требованиям вышестоящей системы.

Аналогично проводят декомпозицию каждой из подсистем. Таким образом, на каждом этапе декомпозиции системы ей ставится в соответствие некоторая модель. Предел разбиения системы устанавливается той моделью, на которой остановлен процесс разбиения. Т.е. мы считаем, что система содержит столько элементов, сколько их в адекватной модели.

Степень адекватности модели и объекта исследования проверяется на каждом этапе декомпозиции по какому либо критерию. Модель отражает не все свойства объекта, а лишь его какую-либо сторону, и она может отображать объект с разной степенью детализации. Декомпозицию можно проводить и по отношению к процессам развития системы. Например, развитие технической системы можно представить как: замысел, создание, эксплуатация, ликвидация. При создании сложной системы этап создания разбивают на следующие: теоретические и экспериментальные исследования, создание действующего макета, исследование макета, создание опытного образца (серии), испытание образца (партии), опытное производство, серийное производство.

При целевой декомпозиции важно учитывать влияние окружающей среды и взаимодействие с надсистемой. В частности, для обеспечения работы системы иногда необходима подсистема поддержания температуры внутри системы в заданных пределах.

В результате декомпозиции модель системы двух уровней имеет вид, представленный на рис. 1.23.

Рис. 1.23. Структурная модель системы при декомпозиции на основе функционально-целевого подхода

На основании изложенного можно заключить, что последовательность построения моделей при декомпозиции дает возможность воспроизводить систему с разной степенью детальности и, соответственно степени соответствия реальности. При этом возникает проблема компромисса между принципами простоты и полноты модели.

Обычно требование простоты заключается в том, чтобы было как можно меньше элементов в первом слое модели системы (ширине слоя) и как можно меньше слоев (глубины) подсистем.