Основы теории систем и системного анализа

1) межуровневые зависимости, связывающие атрибуты материнской подсистемы с атрибутами дочерних подсистем (или элементов). Примером является зависимость затрат материнской системы от затрат отдельных подсистем, определяемая как сумма;

2) межкомпонентные зависимости. Это либо зависимо-

сти атрибутов подсистем, входящих в подуровень (межподсистемные зависимости — баланс входов-выходов подсистем), либо зависимости атрибутов элементов одной и той же подсистемы (межэлементные зависимости). Пример межподсистемных зависимостей: объем продукции, производимой некоторой подсистемой, должен быть равен объему продукции, поступающей на вход другой подсистемы, умноженному на коэффициент потерь, возникающих при передаче.

Координационная модель используется для согласования вариантов (реализаций) подсистем подуровня друг с другом и с вариантом материнской подсистемы, а также для согласования вариантов элементов в рамках подсистемы.

Можно выделить два класса задач, решаемых с помощью координационной модели:

1) задача интеграции. На основе известных значений атрибутов дочерних компонентов определяются значения атрибутов материнской подсистемы (интегрированных показателей) с использованием межуровневых зависимостей. При этом значения атрибутов дочерних компонентов, зависимые от значений атрибутов других компонентов, могут определяться с использованием межкомпонентных зависимостей;

2) задача координации. Значения атрибутов материнской подсистемы выступают ограничениями при поиске допустимых значений атрибутов дочерних компонентов. Кроме того, одни дочерние компоненты могут накладывать ограничения на другие. Ограничения задаются на основе межуровневых и межкомпонентных зависимостей.

Задачи координации и интеграции используются для многоуровневого выбора варианта реализации системы. Иерархический поиск решений может осуществляться на основе трех основных стратегий.

229

Восходящая стратегия предполагает прохождение иерархии подсистем снизу вверх. Для каждой из подсистем нижнего уровня выбирается оптимальный вариант с помощью некоторых процедур выбора. Выбор оптимального варианта для подсистем вышестоящих уровней включает операцию проверки совместимости вариантов дочерних подсистем и операцию агрегации.

Нисходящая стратегия предполагает прохождение иерархии подсистем сверху вниз. Сначала на верхнем уровне находится агрегированный вариант всей системы в целом в пространстве обобщенных атрибутов. Выбор оптимального варианта для подсистем нижестоящих уровней включает операцию детализации и операцию согласования вариантов подсистем подуровня.

Более гибкой является смешанная стратегия. В соответствии с этой стратегией сначала реализуется нисходящий подход. В случае если для какой-либо подсистемы не удается найти вариант, удовлетворяющий ограничениям, осуществляется возврат к предыдущему уровню — к модели материнской системы. Для материнской системы выбирается вариант, накладывающий менее жесткие ограничения на дочерние подсистемы. Если этот, более «мягкий», вариант материнской системы нарушает ограничения подуровня, в который она входит, то осуществляется переход к еще более высокому уровню с тем, чтобы «ослабить» ограничения подуровня и т. д.

4.3.3. Регламент объектно-ориентированной технологии

Регламент процесса проведения системного анализа представляет собой руководящие указания по составу этапов и их последовательности, а также используемым на каждом этапе методам формирования моделей и поиска решений. В соответствии с принципом декларативности регламент представляется не в виде алгоритма, а в виде совокупности рекомендаций для каждого из основных этапов типовой последовательности относительно содержания этапа, вида формируемых моделей и

231

спектра методов, которые могут быть использованы разработчиком для формирования модели и поиска решения на ней. При этом на подготовительном этапе формируется модель процесса проведения системного анализа, на этапе анализа — модель проблемосодержащей системы, на этапе постановки целей — модель системы целей, на этапе выработки решений — модель проблеморазрешающей системы (рис. 4.14).

Модель любой из систем представлена в виде иерархии компонентов, дополненной объектными описаниями компонентов и моделями зависимостей между атрибутами компонентов. Принцип типизации обеспечивается использованием при формировании моделей библиотеки типовых моделей (см. рис. 4.14) — типовых оснований декомпозиции, типовых описаний компонентов, типовых закономерностей. Принцип комплексируемости обеспечивается возможностью выбора конкретных методов, используемых на том или ином этапе регламента применительно к тому или иному компоненту модели (см. рис. 4.14).

Библиотека процедур включает в себя множество разнообразных процедур, предназначенных для анализа модели, проверки различных гипотез, а также поиска оптимальных решений на модели. Процедуры, поддающиеся автоматизации, реализуются в виде встроенных в инструментальное средство или внешних приложений.

Подготовительный этап. Основным содержанием этапа является выбор способа организации процесса проведения системного анализа, в том числе: планирование (определение последовательности этапов, описание работ, исполнителей, используемых методов и средств), а также создание коллектива разработчиков. Поскольку процесс системного анализа сам может рассматриваться как система, то для него может быть построена иерархическая объектно-ориентированная модель. Основу модели составляет иерархия подсистем. В качестве подсистем выступают этапы системной последовательности принятия решений — подготовка, анализ ситуации, постановка целей, поиск решений, организация выполнения, оценивание. Каждый этап декомпозируется на подэтапы.

232

233

Как правило, выделяются следующие подэтапы: построения модели; использования модели (для построения оптимального плана, либо анализа ситуации, либо оценки целей, либо поиска решений и т. д.); обсуждения и проверки. По результатам выполнения подэтапа проверки может быть осуществлен воз-врат на предыдущие этапы. Каждому подуровню иерархии может быть сопоставлена диаграмма связей подсистем, отражающая взаимосвязи между этапами, например информационные потоки, передающиеся от этапа к этапу.

Для создания структурированного описания этапов каждой из подсистем сопоставляется класс. Типовой класс описания этапа системного анализа включает следующие атрибуты:

1)«цель этапа»;

2)«конечный результат»;

3)«исходные данные»;

4)«исполнитель»;

5)«срок»;

6)«стоимость» и т. д.

Затем формируются варианты реализации этапов, содержащие конкретные значения атрибутов, и выбирается наиболее перспективная комбинация вариантов, согласованных по срокам, ресурсам, стоимости и т. д.

Этап анализа ситуации. На данном этапе исследуется проблемосодержащая система — выявляются ее сильные и слабые стороны, тенденции, проблемы. В зависимости от целей анализа проводится один или несколько различных его видов — ретроспективный, сравнительный, причинный. Предварительным этапом при использовании любого вида анализа является построение декларативной модели в виде иерархии компонентов, дополненной структурированными описаниями компонентов и, возможно, моделью зависимостей атрибутов.

Для примера рассмотрим построение модели системы энергосбережения региона (рис. 4.15). Декомпозиция системы осуществлялась с помощью основания декомпозиции по видам топливно-энергетических ресурсов (тепловая и электрическая энергия), а затем — по отраслевому принципу (промышленный, агропромышленный, энергетический, транспортный комплексы, жилищно-коммунальная сфера).

234

Кроме того, к подсистеме верхнего уровня было присоединено четыре элемента, соответствующих четырем аспектам (направлениям) оценки состояния системы энергосбережения: потребление энергоресурсов; энергетическая независимость региона; потери энергоресурсов и реализация энергосберегающей политики. Это сделано для упрощения описания. Каждому компоненту сопоставляется класс, содержащий атрибуты, являющиеся показателями (индикаторами) состояния системы энергосбережения. Так, класс для оценки энергопотребления включает такие показатели, как «Энергоемкость ВРП», «Годовой прирост энергоемкости», «Удельное потребление энергоресурсов на душу населения» и др.

На данной модели был проведен ретроспективный анализ для выявления тенденций, происходящих в сфере энергосбережения региона на протяжении нескольких лет. Для отдельных компонентов модели были созданы мультиобъекты по временному признаку, т. е. экземпляры классов, соответствующие определенному году. Каждый из экземпляров содержит конкретные значения атрибутов, достигнутые в заданном году (см. рис. 4.15).

Для того чтобы не только проследить изменения показателей по годам, но и дать оценку состояния системы по различным направлениям (оценку энергопотребления, энергонезависимости, энергопотерь, реализации энергосберегающей политики) и системы в целом, была построена модель зависимостей атрибутов. На рис. 4.16 приведена сеть зависимостей атрибутов.

В истоках сети располагаются плановые и фактические значения в текущем и базовом году пятнадцати индикаторов, таких как «Энергоемкость ВРП», «Уд. потребление энергоресурсов на душу населения», «Электроемкость ВРП» и др. На рис. 4.16 используются следующие обозначения: aifb, aift — фактические значения i-го индикатора в базовом и текущем

году; aiplb, aiplt — плановые значения i-го индикатора в базовом и текущем году. В качестве базового принят предыду-

щий год.

236

Рис. 4.16. Сеть функциональных зависимостей атрибутов модели оценки уровня энергосбережения региона

237

Поскольку все индикаторы измеряются на различных шкалах (энергоемкость — в тоннах условного топлива на рубль, удельное потребление энергоресурсов на душу — в тоннах условного топлива на человека, электроемкость — в кВт.ч на рубль и т. д.), то необходимо нормировать их, т. е. перейти к «оценочным» индикаторам aioc, измеряемым в баллах от 0 до 1. Для их вычисления были использованы относительные величины. Сначала для каждого индикатора определяется фактический и плановый прирост/убыль (в %) его значения по отношению к базовом году:

Затем, если фактический прирост/убыль больше 0 и меньше планового, вычисляется отношение фактического прирос-

та/убыли к плановому: ai oc ai f pr / ai pl pr . Если же фактический прирост/убыль больше планового, то оценка прироста равна 1, а если фактический прирост/убыль меньше 0, то и оценочный индикатор равен 0.

На основе оценок прироста определяются оценки состояния системы по отдельным направлениям — энергопотреблению, энергонезависимости, энергопотерям, реализации энергосберегающей политики (атрибуты a16–a19). При этом используются формулы аддитивной свертки. Аналогично вычисляется интегральная оценка уровня энергосбережения региона (атрибут a20) на основе оценок по отдельным направлениям. Для определения весовых коэффициентов в формулах аддитивной свертки используются различные методы выявления предпочтений экспертов (парные сравнения, непосредственная оценка, ранжирование с последующим переводом рангов в балльные оценки). Для перевода количественной интегральной оценки (значения a20) в качественную оценку (значение a21) (например, «низкий», «ниже среднего», «средний», «выше среднего», «высокий») может быть использована процедура фаззификации. В этом случае предварительно необходимо построить функции принадлежности для каждого лингвистического значения.

238