2.5. Властивості і принципи системної методології.

Досвід свідчить, що спосіб реалізації нових ідей і технічних рішень залежить від багатьох факторів та умов. Серед них слід у першу чергу виділити спроможність фахівця та можливість науки формалізувати й розв'язувати системні задачі, наприклад, із проектування; тобто за допомогою промислових технологій реалізувати проект і створити виріб із необхідними показниками якості.

2.6. Поняття системної задачі.

Особливу увагу слід звернути на значимість процедури формалізації задач у справі реалізації інноваційних ідей та технічних рішень, а також для проектування виробів нової техніки, що не мають аналогів і прототипів. Такі задачі відрізняються багатьма протиріччями і невизначеностями. Найважливішими серед них є:

1.неоднозначність і суперечливість вимог до виробу;

2.суперечливість цілей і неоднозначність умов застосування виробу;

3.невизначеність і непередбачуваність можливих дій конкурентів;

4.нескінченність і непрогнозованість ситуацій ризику на різних стадіях життєвого циклу виробу.

За цих умов, користуючись різнорідною, зазвичай неповною, емпіричною, експериментальною, казуальною та іншою вихідною інформацією, розробник повинен формалізувати і розв'язати задачу проектування виробу, зокрема сформулювати й обгрунтувати цілі його створення. Результати розв'язання цієї задачі повинні довести практичну необхідність, технологічну можливість та економічну доцільність виробництва виробу, що проектується. За умов ринкової економіки слід також оцінювати ступені та рівні ризику на кожній стадії життєвого циклу виробу і з урахуванням усіх факторів приймати такі рішення, щоб ризик був прийнятним. Зрозуміло, що за умов невизначеності доводиться виконувати процедури формалізації й розв'язання багатьох інших практично важливих системних задач. Зокрема, задачі аналізу й керування розв'язують у динаміці позаштатних режимів складної техніки, у процесі різних критичних і надзвичайних ситуацій. Практичну значимість процедури формалізації під час розв'язання реальних задач обгрунтував К. Норберг-Шульц фразою, яку Дж Клір узяв як епіграф до розділу своєї книги: «Тільки у разі повного розуміння задач можна знайти відповідні способи їхнього розв'язання. Для отримання результатів важливіше поста­вити правильне запитання, аніж правильно відповісти на помилкове».

Очевидно, що для кращого розуміння системних задач потрібно насамперед погодити між собою базові поняття. Введемо наступне означення.

Системна задача — це задача аналізу певної сукупності властивостей об'єкта дослідження з єдиної позиції цілісного підходу для досягнення заданих Цілей за наявних умов.

Цілком очевидно, що системні задачі нескінченно різноманітні через відмінність кількості і виду цілей, складність та унікальність об'єктів дослідження, враховуючи різноманітність структури складових його елементів і зв'язків між ними (проектованого виробу, споруди, прогнозованої ситуації, технології тощо), обсягу та якості вихідної інформації, обсягу і рівня вимог до якості розв'язку задачі та інших факторів. Разом із тим у цих задачах можна виділити низку спільних властивостей, що дає змогу об'єднати системні задачі в особливий клас. У ньому, в свою чергу, можна виділити певну кількість типів задач, а їхню відмінність визначити набором факторів, зокрема таких:

1.структурою впорядкованості і взаємозалежності зв'язків між множинами вихідних даних задачі і множинами остаточних результатів її розв'язання;

2.погодженістю і впорядкованістю вимог до цих множин; 3.рівнем обчислювальної складності задачі;

4.ступенем структурованості і рівнем потенційної формалізовності задачі.

Два перші фактори характерні як для системних задач, так і для задач інших класів, досліджуваних у різних аксіоматичних теоріях (керування, ігор, прийняття рішень тощо).

Згідно з підходом Дж. Кліра, необхідно звернути увагу на роль і місце двох останніх факторів у системних дослідженнях. Вони є специфічними ознаками системних задач і багато в чому визначають їхні основні властивості та особливості. Зокрема, вірогідність формалізації реальної системної задачі практично цілком залежить від останнього з наведених вище факторів, а вірогідність обчислень і результатів розв'язання задачі визначаються як вірогідністю формалізації задачі, так і обсягом та точністю вихідної інформації, а також рівнем обчислювальної складності формалізованої задачі.

Процедуру розв'язання формалізованих задач здійснюють за два етапи: І.на першому етапі людина виконує формалізацію задачі і підготовку відповідних матеріалів до обчислень;

2.на другому етапі обчислення проводяться на комп'ютері або в комп'ютерній мережі Ця обставина зумовлює необхідність раціонального використання як можливостей людини, так і можливостей сучасних обчислювальних методів і засобів.

Із системними задачами доводиться стикатися під час дослідження та проектування складних систем. Завданням етапу дослідження систем є нагромадження знань про стан їхніх внутрішніх елементів і зв'язків між ними, а також про характер взаємодії цих систем із зовнішнім середовищем з урахуванням конкретних цілей дослідження. Завданням етапу проектування складних систем є їхнє створення шляхом використання накопичених знань, які б дозволили досягти нових властивостей цих систем і реалізації нових цілей під час їхньої взаємодії із зовнішнім середовищем.

Найважливішою рисою проектування систем є те, що параметричні інваріантні обмеження на деякі конкретні змінні визначає користувач. Зовсім інша ситуація складається у разі дослідження систем, для яких подібні обмеження невідомі, і завдання полягає в тому, щоб адекватно охарактеризувати їх з урахуванням конкретної мети дослідження.

Обмеження у проектуванні систем визначають або явно мовою конкретної породжувальної, звичайно цілеспрямованої системи, або явно мовою системи даних. У першому випадку задача проектування зводиться до визначення наборів структурованих систем, які задовольняють задані вимоги. У другому випадку необхідно визначити деякі породжувальні системи, які адекватно описують обмеження, що містяться в даних.

У задачах системного аналізу зазвичай відомі лише деякі вимоги до тих чи інших властивостей і певні фактори, які необхідно враховувати для досягнення цих властивостей (максимальна швидкість, вантажопідйомність автомобіля, час розгону до певної швидкості, максимальна витрата бензину, кліматичні умови тощо). Критерії, за якими слід оцінювати якість функціонування системи, зазвичай невідомі і неформалізовні.

Так, конструктор під час проектування нового літального апарата не знаючи його форми, прагне, щоб він мав найбільшу міцність, надійність, довговічність, дальність польоту, якнайменше споживав пального і був досить дешевим. Ясно, що одночасно всі ці умови у принципі неможливо задовольнити.

Під час розв'язування задач системного аналізу найважливіше значення має рівень та якість математичного й інформаційного забезпечення. Обсяг корисної інформації визначається з урахуванням необхідності ухвалення рішення у процесі керування на кожному етапі життєвого циклу системи. Проблеми для дослідника виникають як у разі нестачі інформації, так і у разі її надлишку. Тому завдання інформаційного забезпечення в широкому розумінні має визначальне значення на ранніх стадіях життєвого циклу системи, зокрема на стадії розробки, випробування та доробки дослідного зразка виробу. Стадії зазвичай поділяються на етапи. Так, перша стадія розробки виробу нової техніки складається з таких етапів:

1 .науково-дослідна робота (НДР) або, якщо мова йде про унікальні вироби, які не мають прототипів і аналогів, науково-дослідна і дослідно-конструкторська робота (НДДКР);

2.розробка технічної пропозиції;

3.розробка технічного завдання;

4.ескізне проектування та розробка ескізного проекту;

5.технічне проектування і розробка технічного проекту;

б.макетування й доведення виробу (цей етап може включати процедури розробки та випробування макета експериментального зразка виробу);

7.випробування й доведення дослідного зразка.

Особливість задач системного аналізу у разі розробки складної технічної системи полягає в тому, що на ранніх етапах, особливо на етапах НДДКР або НДР чи трьох перших, існує максимальна невизначеність інформації про структуру та принцип реалізації виробу. Але прийняті на цих етапах рішення є найвідповідальнішими, оскільки вони визначають концепцію та технологію розробки, виробництва й експлуатації складної технічної системи. На цих ранніх етапах велика частка задач є неформалізованою, а отже, найскладнішою та найвідповідальнішою. Говорячи про відповідальність, маємо на увазі той факт, що на усунення помилок, допущених на ранніх етапах, доведеться витратити на кілька порядків більші кошти, ніж на усунення помилок, допущених на останніх етапах.

Дослідження американських фахівців показали, що для усунення помилки у технічному рішенні вартістю 1 долар, яка була допущена на етапі НДДКР або НДР, на другому етапі доведеться витратити десятки доларів; на третьому — сотні, на четвертому - тисячі, на п'ятому — десятки тисяч, на шостому — сотні тисяч, а на останньому — мільйони доларів. Звідси випливає, що прийняття рішень на ранніх етапах є найважливішим та найвідповідальнішим, а Допущені помилки і прорахунки — найдорожчими.

Ї45 Ш

2.7. Властивості та особливості системних задач. Розглянемо специфіку задач системного аналізу на прикладі розробки нового технічного виробу. Для спрощення розуміння системних задач введемо ряд обмежень і припущень, які не завжди виконуються на практиці і які надалі будуть виключені. Вважатимемо, що апріорі про задачу відомо таке: 1 .задача формалізовна на основі вихідних даних у вигляді або технічної [¡45) пропозиції, сформульованої Розробником і поданої на конкурс, або у вигляді технічного завдання, оформленого і затвердженого Замовником; 2.метою розв'язання задачі є створення матеріального об'єкта у вигляді (о) складної ієрархічної системи, що відповідає вимогам Замовника (£й5) У наведених відомостях відображаються два основних принципи створення та експлуатації складної техніки: поділ праці та поділ функцій. [¡45) Поділ праці полягає в тому, що Замовник розробляє Технічне завдання, а (о) Розробник створює Проект виробу. У деяких випадках функції Розробника чи Замовника можуть бути суттєво ширші за обсягом і триваліші за часом. [¡45) Зокрема Розробник може виконувати всі виробничі функції на всіх стадіях життєвого циклу виробу: розробку Проекту виробу; розробку, —^ виробництво та експлуатацію виробу; утилізацію виробу, що відпрацював =!і^> встановлений час. У такому разі Замовник може здійснювати і всі контрольні функції: перевіряти якість матеріалів, процес щюбницмт та експлуатації виробу на відповідних стадіях його життєвого циклу. Поділ функцій між компонентами виробу полягає в тому, що він є складною

ієрархічною системою, кожен рівень якої виконує тільки заздалегідь визначені функції. Така реалізація виробу дає змогу під час його експлуатації спростити керування, підвищити працездатність та ефективність. (Відзначимо, що під термінами «Розробник» і «Замовник» розуміються організації, які виконують зазначені вище функції.) Змістовне формулювання системної задачі.

Припустимо, що відомо: вихідні дані для розробки виробу нової техніки, оформлені у вигляді Технічного завдання, що визначає:

1 .призначення, умови експлуатації та габарити виробу;

2.вимоги до технічних, технологічних, конструктивних, експлуатаційних, економічних та інших показників якості виробу.

Потрібно: розробити виріб, що цілком відповідатиме умовам та обмеженням Технічного завдання.

Аналіз дій розробника.

Розглянемо коротко послідовність і особливості дій Розробника виробу під час виконання Технічного завдання. Послідовність дій Розробника зумовлено заданими вимогами та обмеженнями, серед яких найважливіше значення має структура виробу, що подана у вигляді складної ієрархічної системи. Така структура характерна для багатьох видів сучасної техніки та свідчить про складність виробу. Тому основною, можливо, найважчою, є процедура формування складної ієрархічної структури виробу. Складність формування такої структури зумовлена тим, що для забезпечення рівномірного навантаження на функціональні елементи виробу необхідно якнайкраще розподілити вимоги між ієрархічними рівнями структури та між функціональними елементами кожного рівня. Однак вимоги ставлять лише до виробу загалом, оскільки Замовника цікавить тільки кінцевий результат реалізації Технічного завдання, тобто можливість створення такого виробу, який цілком відповідав би необхідним показникам.

Тому Розробникові апріорі невідомо ні кількість функціональних елементів, ні їхні типи, ні кількість ієрархічних рівнів структури. Отже, Розробник повинен виконувати вимоги Технічного завдання за умов неповноти, невизначеності, нечіткості вихідної інформації. Ці умови принципово відрізняють задачу системного аналізу від типових детермінованих задач, у яких вихідну інформацію чітко визначено.

Основні процедури розв'язання задачі.

Розглянемо докладніше зміст основних процедур, які необхідно виконати для розв'язання поставленої задачі. Нижче всі ці процедури для наочності наводяться як послідовність вимог до виробу.

1.Визначити раціональну кількість ієрархічних рівнів складної системи.

2.Визначити раціональну кількість функціональних елементів для кожного ієрархічного рівня системи.

3.Сформувати вимоги до кожного ієрархічного рівня складної системи на основі обмежень і вимог Технічного завдання.

4.Сформувати вимоги до всіх функціональних елементів кожного ієрархічного рівня, враховуючи обмеження і вимоги до відповідного рівня.

5.Вибрати типи функціональних елементів кожного ієрархічного рівня з урахуванням обмежень і вимог, які висуваються до кожного такого елемента.

б.Забезпечити для кожного ієрархічного рівня системну погодженість усіх функціональних елементів щодо цілей, задач, очікуваних результатів.

7.Виконати експертне оцінювання можливості практичної реалізації заданих обмежень і вимог до виробу на основі результатів, отриманих під час виконання дій, перелічених у пунктах 1 -5.

8.Виконати експертне оцінювання практичної необхідності, технологічної можливості та техніко-економічної ефективності виробництва певного виробу з огляду на обмеження та вимоги Технічного завдання, стан і динаміку ринку конкурентних виробів, використовуючи при цьому отримані раніше результати (див. пункти 1-7).

9.0бробити результати експертного оцінювання, сформувати узагальнені оцінки переваг і недоліків розробленого виробу.

ІО.Розробити й обгрунтувати висновки щодо подальших дій із розробленим проектом виробу та щодо їхньої доцільності.

11.Розробити й обгрунтувати рекомендації для Замовника щодо можливих варіантів подальших дій із розробленим виробом.

12.Реалізувати прийняте Замовником рішення про цілі та функції виробу.