2.8. Аналіз особливостей системної задачі.

Склад основних процедур дає змогу визначити низку важливих особливостей системної задачі Головна її особливість полягає в тому, що різні процедури, необхідні для розв'язання задачі, реалізують різні виконавці, цілі яких суттєво відрізняються. Звідси випливає, що їх результати повинні відображати основні цілі діяльності виконавців. Найважливіше значення мають результати діяльності Розробника, які визначають властивості та можливості майбутнього виробу. Для досягнення основної мети, визначеної вище процедурою 6, Розробник повинен виконати процедури 1-5. їхня складність полягає в тому, що це робиться за умов неповноти і невизначеності вихідної інформації, оскільки в Технічному завданні задаються вимоги лише до виробу загалом. За таких умов задачі характеризуються концептуальною невизначеністю, а тому не можуть бути формалізовані.

Вибір кількості ієрархічних рівнів, кількості та типів кожного функціонального елемента всіх ієрархічних рівнів залежить від уміння, досвіду, знань, інтуїції, передбачення Розробника. Звідси випливає, що навіть у разі розробки однотипного виробу різні Розробники можуть створити продукти, які різнитимуться багатьма властивостями. Типовим прикладом подібної ситуації можуть бути літаки генеральних конструкторів О. К. Антонова, А. М. Туполєва, О. С. Яковлєва.

Зазначені властивості та особливості принципово відрізняють процедури розв'язання системної задачі від процедур для типових детермінованих задач, у яких апріорі відомі кількісні значення всіх вихідних даних. Тому методологічні підходи й математичні методи оцінювання точності та вірогідності розв'язків типових детермінованих задач безпосередньо не можна застосовувати до системних задач, що характеризуються неповнотою та невизначеністю вихідної інформації. До таких системних задач доцільно застосовувати методи експертного оцінювання. Експертне оцінювання переваг і недоліків розробленого виробу в цій задачі виконують за допомогою процедур 7 і 8. Слід звернути увагу, що вірогідність експертного оцінювання за умов неповноти і невизначеності вихідної інформації залежить від багатьох факторів. Тому поряд із виконанням експертного оцінювання переваг і недоліків виробу потрібно розробити рекомендації щодо можливих варіантів дій Замовника, на підставі яких він формуватиме та прийматиме рішення про подальші заходи і дії з розробленим виробом.

Проведений аналіз свідчить, що Розробнику нового технічного виробу доводиться для кожного функціонального елемента кожного ієрархічного рівня формувати складну ієрархічну систему за умов неповноти та недостовірності вихідної інформації. У цьому випадку доцільно процедури 1-6 подавати у вигляді функціонально взаємозалежних і структурно взаємопов'язаних системних задач, перелік яких наведений нижче.

1.Задача системно погодженої декомпозиції заданого виробу у складну ієрархічну систему на основі раціонального вибору кількості ієрархічних рівнів та кількості функціональних елементів на кожному рівні.

2.3адача системно погодженої декомпозиції заданих загальних вимог до виробу на раціональні вимоги до кожного ієрархічного рівня розроблюваної системи.

3.Задача системно погодженої декомпозиції заданих загальних вимог до кожного ієрархічного рівня розроблюваної системи на раціональні вимоги до кожного функціонального елемента кожного ієрархічного рівня. 4.3адача раціонального агрегування обраних типів функціональних [і^5) елементів для кожного ієрархічного рівня в єдину системно погоджену 001 структуру кожного ієрархічного рівня.

■

5.Задача раціонального агрегування сформованих системно погоджених структур кожного ієрархічного рівня в єдину складну багаторівневу ієрархічну систему, що відповідає заданим обмеженням і вимогам до виробу.

У практиці розробки, випробування та доведення реальних складних технічних систем (СТС) вимоги, критерії, основні умови дослідження й експлуатації визначають у процесі виконання відповідних етапів на кожній '~~7^: стадії життєвого циклу системи: Життєві цикли різних типів складних систем можуть відрізнятися варіантами стадій. Зокрема, життєвий цикл складного унікального технічного виробу включає такі стадії: ^ проектування, розробки дослідного зразка, серії його випробувань, 41^ дослідної експлуатації зразка, серійного виробництва та експлуатації ^{и и} виробу. Завершується життєвий цикл будь-якого виробу, що відпрацював, 043) встановлений ресурс, зазвичай стадією утилізації.

Слід звернути увагу на деякі вихідні умови та ситуації. Наприклад, у процесі розробки нових СТС різного призначення виникають ситуації, коли ціла низка факторів, умов і обмежень є не повністю заданими або цілковито невизначеними. Тому задача пошуку оптимального варіанта побудови структури СТС не зводиться безпосередньо до рішення типової математичної задачі оптимізації. Зазвичай розв'язання подібних задач неможливе без залучення досвіду, знань, уміння, інтуїції та передбачення людини.

При цьому не існує точного методу або алгоритму пошуку раціональної структури системи, її поділу на ієрархічні рівні. Задачі такого класу прийнято називати слабко структурованими. Граничним варіантом слабко структурованих задач є неформалізовані задачі.

Отже, більшість задач системного аналізу можна трактувати як такі, що включають неформалі зовні та формалізовані складові. Крім того, до особливостей таких задач належать слабка структурованість, алгоритмічна нерозв'язність, неповнота, невизначеність, неточність, нечіткість, суперечливість вихідної інформації. Неформалізовані та формалізовані частини таких задач є нероздільними, і на кожному етапі аналізу існують неформалізовані та формалізовані частини, які так само нероздільні (рис. 2.1).

О)

X ~ формалізШіа частина (підлягає формалізації)

0 - неформалізовна частина (не підлягає формалізації)

О)

Рис. 2.1. Формалізовані та неформалізовані складові задач системного

аналізу.

Зазвичай можливість розв'язання формалізованої складової задачі зумовлено повнотою та якістю основних характеристик неформалізованої частини. Неформалізовані складові задачі формуються на основі досвіду, інтуїції людини за умови використання принципів і методів експертного оцінювання (ЕО), а також методів комп'ютерної математики та імітаційного моделювання. Ці методи можна також застосовувати для перевірки вірогідності та можливості реалізації нових ідей, гіпотез, припущень і передбачень у різних сферах, наприклад, в інноваційній діяльності.

Отже, для розв'язання багатьох задач системного аналізу використовують принцип декомпозиції вихідної задачі на послідовність більш простих із подальшим агрегуванням результатів розв'язання окремих задач у підсумковий розв'язок вихідної загальної задачі системного аналізу. Кожну часткову задачу системного аналізу, у свою чергу, можна декомпозувати на послідовність ще простіших задач. Процес декомпозиції триває до такого рівня, коли одержана часткова задача має формалізовану частину, яку можна розв'язати за допомогою відомих або спеціально розроблених точних чи наближених методів та алгоритмів. Аналогічно здійснюється агрегування отриманих результатів.

Задачам системного аналізу властиві багатокритеріальність, багатофакторність і багатопараметричність. Будемо вважати, що ці властивості описуються такими характеристиками.

Критерій — це показник або функціонал, який дає змогу кількісно або якісно оцінювати ту чи іншу властивість системи.

Фактор — зовнішній або внутрішній вплив, що діє на певні властивості та поведінку складних систем.

Параметр — кількісний показник, який визначає деяку властивість системи або ступінь впливу фактора на її властивість.

Слід також зазначити, що в багатьох реальних задачах системного аналізу зазвичай відомі лише окремі вимоги відносно тих чи інших властивостей і деякі фактори, які необхідно враховувати для забезпечення цих властивостей. Зокрема можуть бути задані максимальна швидкість, максимальна чи мінімальна витрата пального, максимальна ван­тажопідйомність, числові значення інших показників транспортних засобів; граничні значення показників вологості, температури, інших природних і кліматичних умов, показники різних зовнішніх умов і факторів. Критерії, за якими необхідно оцінювати якісні характеристики системи, найчастіше є неформалізованими, і тому їх формують на основі знань, умінь, досвіду, інтуїції й передбачення ОПР або групи експертів.

2.9. Методи дослідження систем. Існують два основних методи дослідження систем. Перший ґрунтується на тому що породжувальні системи (або системи вищих рівнів), які базуються на певних вимогах, виводять із заданої системи даних. Цей метод зазвичай називають методом відкриття (наприклад, проект місяцехода).

Згідно з іншим методом гіпотетичну породжувальну систему (або систему вищого рівня) постулюють, а потім її правильність перевіряють порівнянням породжених нею (за відповідних початкових умов) даних з емпіричними даними. Якщо система не витримує перевірки, що здійснюється із застосуванням деякого конкретного критерію правильності, то її відкидають і постулюють нову систему. Цей підхід зазвичай називають методом постулювання.

О)

О)

У разі використання методу відкриття будь-яка породжувальна система, отримана безпосередньо із системи даних, є певним «економним» відображенням деяких аспектів системи даних. Якщо породжувальна система детермінована, то цей «економний» опис усієї системи даних є своєрідним «стенографічним» описом.

Якщо система даних повна, то метод відкриття зводиться до відшукання її моделей. Виявлені моделі згодом можна використовувати для різних цілей. Якщо система неповна, то слід пам'ятати про дві обставини, пов'язані з одержаними моделями, а саме про необхідність інтерпретації даних у рамках заданої параметричної множини та їхнього виведення за межі параметричної множини, тобто про необхідність передбачення, відновлення та узагальнення даних.

Отже, дослідження систем здійснюють із використанням таких прийомів: 1 .підйому по рівнях ієрархії методом виявлення систем вищих рівнів, для яких системи нижчих рівнів мають певні властивості, і, якщо система даних неповна, виконують відповідні індуктивні висновки (метод відкриття);

2.постулювання погоджувальних систем або систем вищого рівня і відкидання тих із них, які не витримують перевірки на відповідність між емпіричними й породжуваними даними (метод постулювання); 3.застосування будь-якої комбінації методу постулювання та методу відкриття (наприклад, підйом по ієрархії до певного рівня й постулювання систем на вищому рівні).

Проектування ж систем завжди є процесом підйому по епістемологічній ієрархії систем. Він починається з визначення або породжу вальної системи, або системи даних і набору вимог щодо структури систем.

Дослідження та проектування складних систем здійснюють із використанням методології Щ системного аналізу як цілісного інструментарію системного аналітика. Очевидно, що методологія як системний інструментарій має відзначатися функціональною повнотою, логічною завершеністю й системно-погодженим взаємозв'язком прийомів, принципів і методів. А для цього вона повинна відповідати певним принципам, мати певні властивості, використовувати можливості системного підходу. Крім того, системний підхід необхідно пристосувати до розв'язання реальних системних задач. У цьому контексті доцільним є спільне застосування дедуктивного та індуктивного методів: першого — для розуміння того, на який імовірний результат можна розраховувати або якого результату вже досягнуто в ситуації, що аналізується, а другого — для виконання доцільних дій таким чином, щоб імовірність досягнення бажаного результату була найбільшою.

2.10. Фундаментальні властивості та принципи системної методології. Розглянемо властивості і принципи системної методології, Фундаментальними властивостями системної методології є результативність, ефективність і масштабність.

Результативність — це здатність методології як робочого інструментарію користувача забезпечити можливість одержати практично прийнятний розв'язок прикладних системних Задач, що характеризуються неповнотою, неточністю, суперечливістю, невизначеністю вихідної інформації. Практично прийнятним розв'язком називають результат, що задовольняє дослідника з погляду необхідної точності, вірогідності та обґрунтованості.

Ефективність — здатність методології забезпечувати кінцевий результат у формі розв'язків реальних системних задач за прийнятний час із допустимими витратами обчислювальних, фінансових чи будь-яких інших ресурсів. Зміст цієї властивості зумовлений необхідністю зіставлення ефекту від використання отриманого результату і витрат на його досягнення. Воно полягає в тому, що економічний, соціальний, екологічний, оборонний чи інший очікуваний ефект від розв'язання системної задачі має бути порівнянним із витратами. При цьому необхідно забезпечити виконання умов: песимістичної — отриманий ефект повинен компенсувати витрати, або оптимістичної — отриманий ефект значно перевищує витрати.

Масштабність — властивість застосовності методології для розв'язання широкого кола прикладних задач, що суттєво відрізняються за багатьма факторами, зокрема за природою об'єктів, областю застосування, рівнем інформованості дослідника, змістом задач тощо. Значення і значимість цієї властивості очевидні з поданого вище її визначення.

Не будемо зупинятися на інших важливих властивостях методології, які доцільно розглядати у процесі її практичного застосування для певних класів системних задач. Звернемо лише увагу на ті фундаментальні принципи, яких необхідно дотримуватися під час формування системної методології та її практичної реалізації у вигляді сукупності конкретних підходів, методів, методик, алгоритмів, пакетів прикладних програм тощо.

1. Принцип системної погодженості. Методи, підходи, методики, алгоритми, пакети прикладних програм мають бути функціонально та структурно взаємопов'язаними й взаємозалежними, тобто становити єдину системну методологію.

2. Принцип процедурної повноти. Системна методологія повинна забезпечити виконання всіх процедур — від формалізації формулювання системної задачі до верифікації отриманих результатів її розв'язання.

3. Принцип функціональної ортогональності. Кожна процедура в системній методології має бути реалізована у вигляді сукупності функцій, які незалежні від функцій інших процедур.

4. Принцип інформаційної взаємозалежності. Вихідна інформація та результати виконання кожної процедури повинні бути інформаційно взаємопогодженими з іншими взаємозалежними процедурами цієї методології.

5. Принцип цілеспрямованої відповідності. Процедури та прийоми методології мають бути взаємно погодженими та спрямованими на

досягнення єдиної мети — забезпечення необхідної вірогідності й обгрунтованості результатів розв'язання задачі.

6. Принцип функціональної раціональності. Взаємне дублювання виконуваних функцій у системній методології недопустиме

7. Принцип багатоцільової загальності. Методи та прийоми методології повинні мати достатній рівень загальності й забезпечувати розв'язання різнотипних класів системних задач, що різняться призначенням, цілями, областю застосування, природою об'єктів та деякими іншими факторами.

8. Принцип багатофакторної адаптивності. Процедури та прийоми методології повинні адаптуватися як до особливостей і властивостей системних задач, що різняться рівнем складності, ступенем повноти вихідної інформації та рядом інших факторів,, так і до вимог ОПР, в інтересах якої розв'язують системну задачу.

9. Принцип процедурної відкритості. Методи та прийоми, що застосовуються, повинні зберігати структурний взаємозв'язок та функціональну взаємодію й забезпечувати загальну результативність методології як у разі заміни певних процедур іншими, так і у разі їхнього структурного або функціонального агрегування.

ІО.Принцип раціональної доповнюваності. Методологія повинна забезпечувати можливість розширення сфери своєї застосовності шляхом використання додаткових методів, прийомів, принципів за умови їхньої несуперечності між собою та з вихідною методологією.