Введение в теорию систем

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ КОНСТРУКТОВ

В общей структуре конструктов обозначены множества, отображающие: функциональную ЕPСF , объектную EPСО и операционную ЕPСW структуры реальных систем EPСA, и документальную структуру ЕPСD. Терм βРС выражает условия совместимости этих конструктов - функционального и операционного, организационных единиц и проектов, и т.д.

Функциональные конструкты. Функциональные конструкты систем ЕРС включает в себя общие конструкты, описывающие функции системы в целом ЕPСFЕ и функции ее элементов {ePСF}, и конструкты критериев выбора решений elPC , описывающие правила выбора допустимых и оптимальных решений. Терм β PСF обозначает условия совместимости функциональных конструктов.

Общие функциональные конструкты. Конструкт EPСFЕ представлен булеаном B декартиана множества B(Е), описывающего закрытые системы, и множеств, описывающих задания и проекты управляющих систем класса ЕPС , а также проекты технологий их создания (изменения).

240

Конструкт В(В(EСи × DС1Φ)× B{D C2Ψ}× В(DС2Ψ×E С п)) описывает общую функцию систем, проектирующих управляющие системы. Здесь множества

DС1Φ B({dС1φ B({dС11,dС12,…}) представляют кортежи экземпляров заданий на их проектирование с заданным порядком их поступления. Задания, получаемые от заказчиков управляющих систем, описываемых множеством EСи , содержат требования к проектируемым системам. Кроме этого, на вход могут поступать кортежи готовых проектных решений по некоторым частям

описываемым конструктом eРС ЄЕРС , где они указаны в виде подмножеств dС1. Выходом элементов являются проектные решения, представляемые подмножеством dС2 . Функциональный конструкт элемента проектирующих систем представлен записью eРСF B(dС1φ×B({d С2ψ})×d С2ψ) , в которой показана общая функция элемента, состоящая в выборе из множества возможных вариантов решений B{dС2ψ} для заданий dС1φ таких решений dС2ψ, которое удовлетворяет критериям приемлемости или оптимальности.

Конструкт критериев выбора решений. В конструкте elPC критериев выбора решений по системам ЕC в системах EРC терм DСД обозначает множество допустимых вариантов решений, образующих множество Д* Д. Оно содержит допустимые значения характеристик, функции от которых f(dС ) удовлетворяют заданным ограничениям. Терм dСЛ DСД обозначает оптимальное проектное решение, которое удовлетворяет не только ограничениям, но и целевой функции Ф(dC ), т.е. f(dCЛ) ≤ f(dCД).

Объектные информационные конструкты. Структура конструктов. Представлена выражением EPCО DC B({DCS}×{D CSQ}×D Cd) , где DC – множество, описывающее подмножества типов граничных

241

входных и выходных информационных объектов, и подмножества типов промежуточных объектов, формируемых в системе.

Множества {DCS B(DS×C[S C])} отображают используемое на входе или формируемое на выходе проектирующей системы структурное описание проектируемой управляющей системы и ее составляющих, представленных в знаковой форме DS , семантика которой определяется конструктами SC A,{ eC }, D ,Vc , Hc , WC , ZC }. В семантических конструктах терм C[*] обозначает смысл описания, раскрываемый конструктом для терма в квадратных скобках. В конструкте C[SC] множество eECA описывает систему в целом, как один элемент, множество eC описывает элементы (рабочие

места). Остальные множества описаны в табл.9.1.2.

Таким образом, результатом проектирования в системе ЕPC являются не только проекты объектов управляющей системы и проекты технологии их формирования, но и проекты ее рабочих мест, оборудования, инфраструктуры (пространства), профессиональные требования к персоналу, а также и проекты соответствующих технологий. Это отражено следующим

составляющие. Предметные области свойств и единиц их измерения m M описываются показателями DSQ с цифровыми значениями из множества

242

использованием определенных языков моделирования ЯS проекты объектов и технологий их создания, организационные и технические структуры и др.

Конструкт DSQF B(DЭ×D Q) описывает структуру атрибутов, включающую в себя показатели, формируемые на множестве B(DЭ×D Q) где DЭ – множество реквизитов, а DQ – множество их значений. Конструкт DdF B(DB

B(DЛ× Я)): DЛ B(DЗ B(DiЗ) описывает текст и синтаксические отношения с помощью булеана B на множестве высказываний DB, каждое из которых представлено булеаном на множестве DЛ лексики используемого языка Я. Морфология лексики выражена булеаном B на множестве DЗ знаков D iЗ, описывающем алфавит языка.

Методную часть выражает конструкт DМ B(DМV × D МH). Здесь показано, что проекты разрабатываются организационными единицами в виде человеко-читаемых DМV и машинных DМН информационных объектов, формируемых с использованием компьютеров.

Конструкт DМV В(B(L×B(Z L))× Ш× ИD× ГD×…) описывает способы представления знаков для их восприятия организационными единицами. К этим способам относятся, прежде всего, носители знаков L и топология носителей B(Zl), т.е. структура пространства их знакомест. Декартиан множеств отображает возможные варианты структур топологий

243

определяет для размещенных знаков разнообразия вариантов шрифтов Ш,

физического исполнения ИD , типоразмеров ГD , и т.д. Множество DМH DН) описывает представление типов знаков KDН в

B(ZLH) машинных носителей LH в информационных

операционные методы для уровня систем ЕРСWE и элементов eРСW. Терм βРСW обозначает условия совместимости конструктов.

Системные операционные конструкты. Конструкты ЕPСWЕ представлены булеаном B декартианов множеств, описанных в табл.9.1.3.

Таблица 9.1.3 – Интерпретация множеств

Каждый тип работ WСEΨ В({В({Wmψ В({Wm1,Wm2,…}: m Є{РC, iРC, DDРC}))) выполняется в системах в определенном порядке, в соответствии с заданными проектами, для ряда DC1φ экземпляров заданий на проектирование (входные информационные объекты), результатами которых являются

244

экземпляры ряда проектов DC2ψ (выходные информационные объекты).

Проекты являются информационными объектами, описываемые

семантические конструкты. В конструкте WPЕC В(WPЕCV×{W iPЕCH}×W DDPЕCH) множество WPЕCV описывает технологию выполнения работ организационными единицами, множества WiPЕCH,WDDPЕCH отображают прикладные программы и программы управления базой данных.

Операционные конструкты элементов. Элементы систем представлены конструктом ePCW B(vPC × d PЕCP ×d PЕCW × B(d C1φ × W PЕCψ ×B{d С2ψ}× d C2ψ) × hPC × DD PC × z PC ) , где множество WPЕCψ выражает работы с экземплярами информационных объектов в заданном порядке: {W1,W 2, ..} . Здесь dPЕCW

B(dW × C[w PЕC]): wPЕC В(wPЕCV × {w iPЕCH} × w DDPЕCH).

Конструкт wcV B(dc1w×d c2w)) описывает технологию преобразования информационных объектов человеком. Конструкт wiPЕCH В(dC1Vw×d C1Hw× dC2Hw×d C2Vw) описывает функции прикладного программного обеспечения: восприятие информационного объекта человеком, преобразование в машинную форму, обработка процессором и преобразование машинных информационных объектов в форму, воспринимаемую пользователем.

Конструкт wDDPЕCH B(B(dC1×DD PC2), B(DDPC1×d C2)) описывает функции программ записи и поиска информационных объектов в базе данных. Здесь конструкт DDPC B({DC }) описывает базу данных проектирующих систем.

Документальные конструкты. В документальных конструктах множества {DРCS} отображают структурное описание проектирующей системы и ее составляющих, имеющиеся в проектной, технологической и иной документации по ней, множества {DРCSQ} – описание их атрибутов, множество DРCd – тексты общих описаний информационной системы. Условия совместимости конструктов выражает терм βРCD.

245

где множество eEРCA описывает систему в целом, множество eРС - элементы (рабочие места), DC – объекты. Остальные множества описаны в табл.9.1.2.

Конструкт C[B(α ×S РC)×B(M)×B(N)] отображает метризованные свойства системы, и вышеперечисленные ее составляющие. Предметные области

свойств и единиц их измерения m M описываются показателями DSQ с цифровыми значениями из множества действительных чисел N.

АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ МЕТОДОЛОГИЙ

Универсальность методологий проектирования систем, прежде всего, измеряется масштабом возможного охвата ими типов систем, объектов, процессов и ситуаций. Увеличение универсальности достигается за счет повышения общности и обеспечения операциональности метамоделей предметной области. Операциональность означает возможность осуществления логического вывода. Наибольшей общностью и операциональностью обладают математические теории. Но проблемой математизации концептуальных моделей является то, что математические конструкции, уменьшая понятийное разнообразие, одновременно лишают модели предметной области содержательной конкретности, ограничивая этим возможности их профессионального использования. Проблемой здесь является также обеспечение теоретического контроля адекватности математических концептуальных моделей, представительности выбранных

246

сторон сущности для обобщения, корректности использования математических объектов в рамках выбранной теории. Использование теоретических математических конструкций переводит разработчика систем в иной, абстрактный мир. Надо знать, что эти конструкции, идеализируя и обобщая некоторую сторону сущности, отображают при этом не ее саму, а лишь ее математический аналог, ввиду чего возникает проблема адекватного восприятия сущности, выраженной таким образом. Помимо этого, при разработке теоретических схем существует проблема обеспечения адекватного восприятия системными аналитиками профессиональных текстов конкретной предметной области. Природа знаний в ней такова, что, зачастую, эти тексты являются лишь намеками на образы реальных сущностей, возникающие у специалистов при обучении и в результате приобретения опыта. С другой стороны, только математические теории обеспечивают эффективность процесса проектирования систем, его теоретическую направленность и контролируемость проектных решений. Универсальная методология должна поддерживать процессы структуризации проектирования, формирования постановок задач выработки решений, выбора методов и т.д. Она должна обеспечивать проектирование потоковых процессов с заданными динамическими характеристиками и динамической согласованностью элементов системы. А для этого необходим инструментарий динамического моделирования процессов, позволяющий выявлять узкие места в системе, требуемую пропускную способность элементов и т.п.

Универсальность систем - это не только степень охвата предметных областей, но и их способность к расширению и развитию. Для этого необходимо иметь возможность расширять набор используемых языков и методов моделирования, анализа и совершенствования систем, и изменять информационно-программное обеспечение и базу знаний, т.е. система должна быть открытой для развития. В противном случае, при изменении окружающей среды она может утратить свою универсальность. На

247

универсальность влияет также приспособляемость системы к уровню квалификации пользователей при работе с инструментарием. Высокая технологичность системы с дружественным профессиональным интерфейсом увеличивает ее универсальность за счет расширения круга ее пользователей.

Применяемость может быть охарактеризована количеством созданных с ее помощью информационных систем и количеством смоделированных и усовершенствованных с ее помощью бизнес-процессов.

Главная из проблем применяемости концептуальных методологий проектирования систем состоит в обеспечении возможности совершенствования бизнес-процессов и проектирования информационных систем не только для разработчиков инструментальных систем, но и для пользователей, знающих свою предметную область. Для этого требуется обеспечить управляемую конкретизацию теоретических конструкций. Первые программы в области искусственного интеллекта, созданные к началу 50-х годов, не обеспечивали переход к конкретным предметным областям и поэтому не могли найти практического применения.

К концу 60-х годов описания предметной области в виде вычислительных схем в памяти компьютеров начали использоваться для выполнения различных расчетов в процессах проектирования. С их помощью управляющие программы ситуационно, т.е. в зависимости от содержания схем и оперативной информации, реализовывали имеющиеся вычислительные подпрограммы. Но эти разработки не оказали существенного влияния на проектирование ввиду большой трудоемкости эксплуатации, низкой надежности и отсутствия технических возможностей поддерживать процессы изменения описаний предметной области в промышленном режиме.

Методологическим прорывом в этой области явился переход в начале 80-х годов к машинному формированию вычислительных схем, для чего потребовалось представление в памяти и логическая обработка теорий предметных областей. Это позволило в рамках этих теорий автоматизировано ставить различные расчетные задачи, доказывать их вычислимость при

248

поддержке инструментальной системы, а затем генерировать требуемые для их решения программы. Этим обеспечивалась высокая применяемость системы. Представителем систем данного типа являлась система ПРИЗ, разработанная в Таллиннском институте кибернетики. Ее могли самостоятельно применять пользователи в тех областях знаний, для которых заранее были созданы концептуальные модели, и она имела коммерческий успех. Но данный подход, названный концептуальным программированием, оказался приемлемым только для узких формализованных областей знаний, в которых надо было решать расчетные задачи.

Другой подобной разработкой, имевшей промышленное применение для проектирования тепловой части атомных электростанций, была интеллектуальная система МАВР, созданная в ВЦ АН СССР. Она была универсальной в рамках теорий, используемых для описания и проведения расчетов теплообменных и других аппаратов. Одновременно это и ограничивало расширение ее применения.

Главной проблемой применяемости информационных систем в тот период была невозможность своевременно вносить изменения в разрозненные комплексы программ соответственно постоянно происходящим изменениям в институциональной сфере и в самих организациях. Кроме этого, возникли и проблемы управляемости проектирования при охвате всей системы предприятия. Огромное разнообразие ситуаций не позволяло оперативно решать возникающие проблемы функционирования и развития без специального инструментария. Отсутствие управляемости приводило к неадекватности проектов реальным условиям и, в конечном итоге, к дискредитации всего направления создания автоматизированных систем. Одной из причин неуправляемости было то, что новые методы решения задач и информационные технологии входили в противоречие с существующими правовыми, экономическими и организационными правилами взаимодействия субъектов управления и поэтому не находили промышленного применения. Для разрешения этой ситуации необходимо

249