4.3. Алгоритм декомпозиции на основе функционально-целевого подхода
Обобщенный алгоритм декомпозиции на основе функционально-целевого подхода представлен в виде блок-схемы на рис. 1.24.
Рис. 1.24. Укрупненная блок-схема алгоритма декомпозиции
Рассмотрим операции декомпозиции более детально.
Определение объекта анализа. Объектом анализа может быть любая система. Кроме того, объектом анализа может быть любая проблема или сложная задача. Следует отметить, что когда имеется действительно сложная система или сложная проблема, иногда трудно правильно определить объект анализа.
Определение цели (функции) системы. Определяется основное назначение системы, её главная цель или выполнение какой-либо основной функции. Если есть и другие цели и функции, то они должны включаться в обобщенную (глобальную) целевую функцию. В производственных системах основной целью является выпуск конечного продукта. Целевую функцию трудно формализовать, но важнее выбрать критерии (оценки) выполнения поставленной цели. Выполнение цели должно быть проведено с учетом влияния окружающей среды. Цели и критерии могут уточняться в процессе детального анализа системы.
Определение подцелей и задач подсистем. На этом этапе выявляют все вспомогательные цели и функции необходимые для выполнения основной цели. Они и являются основой для выбора модели системы и целеполагающих подсистем первого слоя системы.
Декомпозиция системы. Выбор модели и оценка её по критериям элементарности и существенности определяет декомпозицию системы и выявление составляющих её фрагментов первого слоя.
Блоки 5-9. Декомпозиции фрагментов первого слоя. В этих блоках проводится последовательно анализ целей и задач, а также декомпозиция каждого фрагмента первого слоя системы.
Блок 10. Проверяется, все ли фрагменты первого слоя проанализированы и фрагментированы. Если нет, то повторяется цикл анализа и декомпозиции следующего фрагмента. Если все фрагменты первого слоя перебраны, то проводится проверка на полноту описания системы с помощью двухслоевой модели фрагментов и формируется отчет. Если полнота описания системы с помощью второго слоя не достаточна, по какому либо критерию, то с помощью блоков 5-9 проводят декомпозицию фрагментов второго слоя.
Окончательный результат анализа системы формируется в виде отчета с представлением структуры системы в виде дерева, конечными фрагментами ветвей которого являются элементарные фрагменты, не поддающиеся дальнейшему разложению. Предел декомпозиции фрагментов может быть связан с нецелесообразностью усложнения модели системы, недостатком информированности экспертов, непониманием законов действия, отсутствие нужных специальных знаний.
Агрегирование, эмерджентность и внутренняя целостность системы
Агрегирование - это объединение простых элементов в целое, т.е. операция противоположная декомпозиции. Необходимость агрегирования связана с разными причинами. В основном оно необходимо для моделирования работы системы или проверки правильности построения её структуры. Основным результатом агрегирования является появление нового свойства, получившего название эмерджентность.
Эмерджентность (emergence) - это проявление внутренней целостности системы. Она обусловлена типом связи элементов в целое, т.е. внутренней структурой системы.
Проявление новых свойств целостной системы связано с тем, что система есть нечто большее, чем сумма отдельных элементов. На рис. 1.25 показаны: логический элемент И-НЕ (а) и схемы генератора (в) и триггера (с), собранные на его основе. Первая схема (в) приводит к самовозбуждению и формированию на выходе прямоугольных импульсов. Вторая (с) - приводит к формированию двух устойчивых состояний на выходе 0 или 1, в зависимости от того, на какой вход подан кратковременный положительный импульс.
Рис. 1.25. Логический элемент (а) генератор (б) и триггер (с)
Таким образом, разные способы соединения элементов создают устройство с принципиально другими свойствами. Английское слово emergence означает внезапное появление, возникновение из ничего. На самом деле новые свойства возникают благодаря конкретным связям элементов в единое целое или благодаря структурным системообразующим факторам. У.Эшби показал, что система, состоящая из р частей, каждая из которых может иметь п состояний, может иметь прп состояний. Это выражение показывает количественно возможности изменения состояния систем при их усложнении.