9. Характеристики систем

Все характеристики делятся (в любой отрасли науки и техники) на качественные и количественные. Качественная характеристика или критерий – это признак, по которому оценивается качество системы.

Количественная (числовая) характеристика или показатель – это количественное значение критерия качества. Количественная характеристика является техническим параметром системы.

Обычно считается, что выбранный показатель должен удовлетворять следующим основным положениям [10]:

1. Отражать основное назначение системы (изделия), а также соответствовать цели проводимого исследования;

2. Быть критичным по отношению к параметрам, определяющим его значение;

3. Быть наглядным и, по возможности, просто определяемым.

Основное требование, которому должна отвечать система, это качество.

Качеством называется совокупность свойств, определяющих пригодность использования системы по назначению. Оно оценивается множеством показателей, которые делятся на интервальные, интегральные и точечные (локальные).

Интервальные показатели дают возможность оценить изменение качества во времени за определенный его интервал или пределы изменения показателя.

Интегральные показатели позволяют оценить качество в среднем при функционировании системы в течение длительного времени.

Точечные показатели характеризуют качество в данный момент времени.

Основными критериями качества системы, ее функциональными характеристиками являются эффективность и ее многочисленные частные характеристики. Они делятся на технические (производительность, надежность, точность, помехозащищенность, быстродействие, массогабаритные и т.п.) и экономические (стоимость, эксплуатационные расходы и т.п.).

Эффективность – это способность системы выполнять поставленные перед ней задачи. Она является мерой целесообразности системы, ее выгодности, ее жизненности. Показатель эффективности зависит от структуры системы, значений ее параметров, характера взаимодействия с внешней средой, т.е. показатель эффективности определяется процессами функционирования системы [11].

По существу выбор показателя эффективности является заключительной стадией формулировки целей и задач системы, без которого эти формулировки не приобретают необходимой четкости.

Решение проблемы повышения эффективности систем является основной задачей проектировщиков.

В общем случае эффективность любых средств определяется их назначением, а также результатами использования по назначению и затратами на их создание и эксплуатацию. Для оценки эффективности используют различные модели.

Показатель эффективности системы, учитывающий результат использования и затраты, определяется выражением

где W – результат использования; W_ид – результат использования системы, когда она полностью выполняет поставленные перед ней задачи; С – затраты на проектирование, производство и эксплуатацию системы.

Приведенное определение показателя эффективности не всегда применимо, т.к. требует стоимостного определения результатов использования.

Кроме того, многие практические задачи могут решаться на основе раздельной оценки технической и экономической эффективности систем [12].

Показатели технической эффективности определяются путем сравнения назначения системы (идеальный результат) и результатов ее использования:

В зависимости от цели проводимого исследования и способов сравнения показателей W и W_ид для оценки технической эффективности могут использоваться показатели:

или

Результат использования системы может быть определен по формуле

где P_C(t) – вероятность успешного выполнения системой своей задачи.

Показатели экономической эффективности определяются путем сравнения результатов использования системы и затрат на ее создание и эксплуатацию

Часто используется формула

т.е. эффективность равна разности между «выигрышем» W и «платой» С.

«Выигрыш» W – это некоторый полезный результат, который достигается ценой энергетических, информационных, денежных и прочих затрат, называемых «платой» С.

В приведенной формуле W и C должны быть выражены в одинаковых единицах, что не всегда может быть выполнено. В таких случаях, когда при определении показателя эффективности системы необходимо учитывать и результат использования W и стоимость С, применяются выражения

или

где С_доп – предельно допустимая плата.

Например, при сравнении ЭВМ

То есть эффективнее та ЭВМ, для которой это отношение больше.

Возможны две постановки задачи при сравнении вариантов сложной системы по эффективности и затратам. Сравнение проводится:

а) по показателю эффективности Э, и вариант выбирается из условия максимальной эффективности при заданных затратах

Э  макс, С ≤ С_доп;

б) по затратам С, и вариант выбирается из условия минимальных затрат при заданном значении показателя эффективности

С  мин, Э ≥ Э_доп.

Однако сравнение систем чаще проводится по частным техническим и экономическим критериям качества (некоторые из них приведены ранее). Сравнивать системы по частным критериям с помощью показателя эффективности можно следующим образом.

Например, имеем показатель эффективности некоторой сложной системы Э, причем имеется возможность его вычисления и он зависит от надежности системы. Обозначим:

Э_{н ид} – идеальный показатель эффективности системы в предположении, что все элементы системы абсолютно надежны;

Э_н – показатель эффективности при реальных интенсивностях отказов элементов.

Тогда величина разности

∆ Э_н = Э_{н ид} – Э_н

может быть принята в качестве показателя надежности сложной системы. Она показывает, насколько снижается эффективность системы за счет возможных отказов ее элементов по сравнению с эффективностью идеальной системы. Этот показатель может использоваться для сравнительной оценки различных вариантов сложной системы и повышения ее надежности. Аналогично можно подходить к оценке качества систем по точности, помехозащищенности, быстродействию, качеству управления.