Преподаватель: Чернышев В.А.

Системный анализ

Преподаватель: Чернышев В.А.

Лекция 1.

Введение:

В1. Предмет курса, понятие системы, объект изучения и цель.

Идеи системного подхода, включающего системные исследования, которые в свою очередь состоят из системного анализа и системного синтеза, были сформулированы в 1912-1918 годах русским учёным Богдановым.

 

Системотехника тесно связана с общей теорией системности. Она заимствует у теории категорию системы, признаки сложных систем.

 

Понятие система отражает структуру и свойства реальных объектов природы, науки и техники.

 

Объектом изучения является комплексно автоматизированное учреждение культуры, как совокупность входящих в него структурных подразделений и рабочих мест, обеспечивающих обслуживание пользователей, объединённых в единую систему управления.

 

Предметом данного курса является изучение торетико -методологических основ и основных этапов проведения системных исследований при информатизации субъектов культуры.

 

Целью курса является дать первоначальные сведенья о задачах, которые стоят перед специалистами по системной информатизации и ввести курс совокупности проблем, возникающих при целенаправленном создании АИС.

 

Основной задачей курса является дать студентам знания и привить будущим специалистам умение правильно осуществлять все этапы системных исследований с применением формально-логического аппарата и математического моделирования на ЭВМ.

 

Тема 1. Теория систем и теоретическая основа системного анализа.

Вопрос 1 (1.1.) Основные положения общей теории системы.

Общая Теория Систем (ОТС) представляет собой новое научное направление, связанное с разработкой совокупности философских, методических, конкретно-научных и прикладных проблем анализа и синтеза сложных систем произвольной природы (применять ОТС для более мелких систем не стоит).

 

Общей Теорией Систем даётся строгое математическое определение её предмета.

 

Основой возможного единства принимается аналогичность и изоморфизм процессов, протекающих в различных системах.

 

Теория ОТС носит дедуктивный характер и объединяет другие частные теории, которые изучают системы в целом, поэтому она, собственно, и называется общей (и это вам не хрен собачий…), что и даёт возможность получить все остальные теории, как частный случай (усекли?!)

 

Все научные дисциплины, входящие в ОТС, можно разделить на 2 группы:

- Описательного характера (качества системы)

- Количественного характера

Эти группы дополняют друг-друга (ае-е-е…+1)

 

Основные требования к ОТС:

1. ОТС должна быть настолько общей, что могла бы охватить многие уже существующие.

2. Теория должна иметь строго научный характер и позволять проводить исследования абстрактных моделей (о, как!), соответствующих реальным системам (и никак иначе!); её термины и определения должны быть математически однозначны (..всё чётко!).

3. Теория должна иметь фундаментальное (железобетонное!) научное обоснование, её выводы должны иметь несомненную практическую ценность (а, зачем?) при исследования конкретных прикладных систем.

 

ОТС рассматривается с 3 аспектов её функционирования:

1. Принятый уровень абстракций (о_О)

2. Степень сложности принятия решений (>_<)

3. Уровень приоритета действий в системах, состоящих из многих компонентов (Ы!)

Лекция 2.

Основной задачей ОТС является разработка методов, позволяющих на основе исследования особенностей функционирования, выявления характеристик отдельных компонентов и анализа механизма их взаимодействия получать характеристики системы в целом. (!)

 

ОТС предусматривает проведение анализа и синтеза сложных систем на макро и микро уровнях. (бла-бла-бла).

 

При макро подходе (буга, «мокроподход») исследуются поведение системы, как единого целого и основное внимание обращается на её взаимодействие с внешней средой.

 

При макро подходе главными факторами являются: целевое назначение и задачи системы, условия её функционирования, критерии эффективности и накладываемые ограничения. (а-а-а-!!!).

 

Внешнее проектирование предполагает выявление границ системы и связи её выходов с окружающей средой.

 

Макро подход сводиться к описанию связей «вход-выход» и не содержит никаких сведений о внутреннем преобразовании (мне никогда не надоест!) переменной входа и переменной выхода.

 

Микро подход основан на внутреннем описании системы (зри в корень!). Он определяет содержание самой системы и отвечает на вопросы:

- как, какими методами, способами и средствами система будет выполнять свои функции;

- кто, где и когда будет выполнять необходимые для этого процедуры.

 

Предметом детального исследования становятся внутренние характеристики системы.

Микро подход предусматривает разработку и применение отдельных технических средств.

 

Таким образом, для представления системы необходимо использование как внешнего, так и внутреннего описания.

 

Начинают разработку системы с макро уровня.

 

Вопрос 3 (1.3.) Система, как основное понятие системного анализа.

Объектом системных исследований является система со своей структурой.

Под физической системой будем понимать целенаправленную упорядоченную и целостную совокупность множества взаимосвязанных материальных объектов, которая обладает фиксированными свойствами. В то же время система функционирует и взаимодействует с другими объектами во времени, подвергается внешним и внутренним возмущениям, реагирует на них изменениями своих состояний, и обладает способностью проявлять в том или ином виде эти реакции.

 

Сложная система состоит из определённых частей, подсистем, которые, в свою очередь, характеризуются наличием ограниченного и конечного числа элементов, находящихся в данных отношениях и связях.

 

Любая система описывается тремя процессами: входа, выхода и пространства состояний. Она функционирует во внешней среде, которая представляет собой множество существующих вне системы объектов любой природы, влияющих на поведение системы или находящихся под её воздействием элементов в условиях рассматриваемой задачи.

 

Внешнюю среду составляют выше и ниже стоящие системы, а так же компоненты инфраструктуры, обслуживающие систему.

Внешняя среда может оказывать на систему как отрицательное, так и положительное влияние.

Отрицательное влияние выражается в возмущающем воздействии окружающей среды на систему, заставляя её функционировать в экстремальных условиях, при этом эффективность работы системы значительно снижается.

Положительное влияние сводится к стимулированию структурных изменений в системе, повышающее ее эффективность.

 

Влияние внешней среды может оцениваться с позиции временной характеристики реакции системы. Различают краткосрочное и долгосрочное воздействие.

Краткосрочное воздействие носит отрицательный характер и может вывести систему за допустимые пределы функционирования лишь на относительно небольшой период времени.

Долгосрочное отличается не только длительностью реакции системы, но и тем, что в результате воздействия в значительной степени изменяются допустимые границы функционирования системы. Эти изменения носят положительный характер.

Лекция 3.

Вышеизложенное позволяет сделать некоторые рекомендации при создании и разработке сложных систем:

1. Система должна обладать свойствами, позволяющими компенсировать влияние окружающей среды.

2. Она (система) должна обеспечивать преобразование положительного влияния среды (высшая математика – это трындец >_<”…) на новые граничные характеристики функционирования системы.

Эти требования являются выражением свойства адаптивного функционирования и развития системы.

 

В любой системе количество существующих связей между её компонентами чрезвычайно велико, так что учесть абсолютно все связи практически невозможно. Вместе с тем учитывать их все нецелесообразно, т.к. на функционирование системы маловажные связи практически не влияют. Одна из первых задач при системной локализации – выделить существенные связи, и отделить их от несущественных.

- Существенные.

Считается такая связь, которая, при её исключении, или полном разрыве, приводит к значительному ухудшению работы системы, и снижению эффективности решения поставленной задачи.

- Несущественные.

Практически не влияет (упорот…всё ещё клинит математика…т_т) на качество работы системы и может быть отключена при определении границ, в рамках решаемой задачи.

 

По степени связи с внешней средой различают:

- Открытые.

Называют систему, у которой по крайней мере один компонент имеет связь с внешней средой. Т.е. она обменивается с окружающей средой веществом, энергией или информацией. На входе система получает воздействие от среды, на выходе она сама воздействует на среду.

- Закрытые.

Называют систему, любой компонент которой имеет связи только с компонентами самой системы, и ни один из них не взаимодействует с окружающей средой (в теории). Обеспеченная ресурсами закрытая система может относительно длительное время функционировать без существенных связей с внешней средой. Т.е. – она в достаточной степени автономна.

 

Ни одна система не является абсолютно закрытой. Все реальные системы в любом случае тесно или слабо связаны с внешней средой и они являются в той или иной степени открытыми. По этому термин «закрытая система» - абстракция, реально таких систем не существует. Однако это понятие является полезным при комплексном исследовании систем, например: для анализа поведения системы при обрыве внешних связей.

Если временный разрыв не вызывает существенных отклонений в работе системы, то считается что система связано с внешней средой слабо; в противном случае – тесно.

 

В общем случае сложные системы представляют собой многоуровневую конструкцию, из взаимодействующих компонентов, объединённых в подсистемы различных уровней (уровни имеют название «страт», или «эшелон»).

 

Таким образом, любая иерархическая система состоит из вертикально соподчинённых подсистем. Осуществление процесса преобразование входных данных в выходные может осуществляться динамическим способом.

 

Лекция 5.

Лекция 6.

При этом наиболее важными являются 2 обстоятельства:

1. Влияние выделенных функция на конечный результат.

2. Обеспечение автоматизации выбранной функции таким образом, что бы комплекс задач, её реализующих, не прерывался другими задачами.

 

В первую очередь выделяется цель, для достижения которой необходимо решать данную конкретную задачу. При анализе выбранной цели, или сформулированной задачи, необходимо выполнение следующих процедур:

1. Выявить компоненты задачи, которые не зависят от структуры и методов построения системы, которые определяются принципом её построения и могут быть использованы при её разработке.

2. Выявить её ограничения или граничные условия, т.е. предельные значения всех переменных.

3. Прогнозировать вероятные значения факторов окружающей среды и других возмущающих воздействий.

4. Установить возможные пути решения сформулированной задачи, качественно связывающей цель, ситуацию, критерий и время её решения.

 

Анализ подлежащих информатизации задач осуществляется в соответствии с иерархией уровней управления, либо «сверху вниз», либо «снизу вверх».

 

Поиск возможных путей решения поставленной задачи осуществляется по следующим практическим направлениям:

1. Подбор существующих систем для выполнения заданной функции и решения вытекающих из неё задач.

2. Модернизация существующих систем для реализации рассматриваемой функции и решения её задач.

3. Разработка оригинальной системы, не имеющей аналогов.

 

В соответствии с этим выделяют следующие этапы процесса разработки альтернатив решения задачи:

1. Содержательная, не строгая формулировка каждого варианта решения.

2. Сопоставимая оценка альтернатив по критерию эффективности, комплексу характерных показателей и принятым ограничениям, сопровождаемая (оценка) соответствующими расчетами с использованием формально логических и математических методов.

3. Исключение альтернатив (вариантов), которые не удовлетворяют критерию эффективности и граничным условиям.

4. Выбор класса описывающих моделей и строгая разработка оставшихся конкурирующих альтернатив.

5. Прогнозирование возможностей практической реализации каждой альтернативы и её последствий.

6. Сводный анализ всех, принятых к рассмотрению, альтернатив, с указанием преимуществ и недостатков каждой из них.

7. Выбор и корректировка наилучшей альтернативы и согласованного проекта решения задачи.

 

Задачи характеризуются степенью их взаимосвязи, которая (степень) определяется 2умя параметрами:

1. Интенсивностью.

Интенсивность взаимосвязи определяется частотой обмена информацией между задачами.

2. Типом взаимосвязи.

Тип взаимодействия задач определяется двусторонними, последовательными, параллельными и косвенными связями.

 

Следует различать 2 типа задач:

1. К первому типу относятся задачи, которые ранее не решались в существующей системе.

2. Ко второму – задачи, которые решались, но вручную.

В полученном перечне задач, подлежащих компьютеризации, их располагают по приоритету, обычно в порядке убывания технико-экономической эффективности.

 

Определение приоритетности и выбор первоочередных задач информатизации целесообразно проводить в следующем порядке:

1. Составляется полный перечень задач, подлежащих компьютеризации. Исключаются повторяющиеся задачи.

2. Оценивается важность решения каждой задачи с точки зрения достижения поставленной цели, с учётом выделенных ресурсов.

3. Анализируется степень тесноты взаимосвязей между отдельными задачами, определяется тип и интенсивность их решения.

4. Выявляются ключевые задачи, решение которых открывает возможность решения соподчинённых задач.

5. Определятся частота применения и многократность использования полученных результатов по каждой задаче.

6. Оценивается своевременность и достоверность получения исходной информации для каждой задачи.

7. Определяется трудоёмкость операций по сбору, подготовке и обработке исходных и промежуточных данных каждой задачи.

8. Оценивается сложность применимых методов решения отдельных задач и потребность в необходимости вычислительных мощностей.

9. Определяется уровень необходимой вычислительной техники для решения сформулированных задач.

10. Оценивается наличие квалифицированного состава разработчиков и подготовленность субъекта культуры к внедрению информационно-коммуникационных технологий.

11. Производится сопоставимая оценка задач по выбранному критерию их компьютеризации, с учётом граничений на выделенные ресурсы, директивные сроки и т.д.

12. Выбирается показатель эффективности решения перечня задач, которые располагаются в порядке убывания приоритета.

 

Лекция 7.

В зависимости от вида и уровня информатизации, используются критерии, объединяемые в следующие группы:

1. Экономические (годовой экономический эффект, минимальная себестоимость услуги).

2. Технико-экономические (максимальная производительность).

3. Системо -технические (степень использования вычислительной техники, качество подготовки исходных данных для обработки).

4. Автоматизация (степень охвата информатизацией задач, частота решения информатизируемых задач).

5. Технологические критерии (точность выполнения услуг).

6. Эксплуатационные (степень готовности, наименьшее среднее время простоя оборудования).

7. Организационные (степень совершенствования организационной структуры).

Требования, предъявляемые к критерию эффективности:

1. Представительность.

Способность характеризовать главные стороны функционирования системы, в соответствии с её целями и задачами.

2. Полнота.

Наиболее широкий охват основных аспектов решаемой задачи и функционирования системы набором частных критериев.

3. Адекватность.

Соответствие частных критериев рассматриваемым задачам.

4. Операциональность.

Способность характеризовать вполне определённое свойство каждым частным критерием.

5. Непротиворечвость.

Логическая согласованность частных критериев нижнего уровня с более высокими уровнями.

6. Семантичность.

Наличие смыслового содержания и чёткого физического смысла частных критериев.

7. Измеримость.

Возможность количественной оценки свойств системы каждым частным критерием.

8. Чувствительность.

Способность изменятся в относительно широких пределах при незначительных различиях в оцениваемых вариантах.

9. Точность.

Наименьший статистический разброс оцениваемых значений для каждого частного критерия.

10. Стабильность.

Относительное постоянство и однозначность получаемых результатов степени оценки цели, при различных альтернативных способах её достижения.

11. Декомпозируемость.

Возможность расчленения задач на подзадачи меньшей размерности, с помощью частных критериев.

12. Минимальность.

Содержание наименьшего количества частных критериев в векторном критерии.

13. Не- избыточность.

Одноразовый учёт одного и того же аспекта функционирования системы частными критериями.

14. Не- притязательность.

Простота и удобность форм необходимых данных и вычисления частных критериев, не связанная с большими затратами труда и времени.

15. Универсальность.

Широта классов систем, для которых может быть использован критерий, при оценке степени достижения однородных целей.

 

Каждый критерий может характеризоваться рядом показателей. В рамках принятого критерия используется определённая совокупность показателей, характеризующих различные аспекты (технические, информационные, экономические) функционирования информационной системы. Эта совокупность должна обеспечивать единство, комплексность, взаимосвязь и соизмеримость отдельных частных показателей, достоверность, точность и полноту учёта их изменения, в результате внедрения информационной системы. Выбор совокупность показателей производится на основе анализа целей и задач, поставленных перед системой. Выбор показателей, в качестве основных единиц критериальной функции, объясняется 2умя обстоятельствами:

- Показатель представляет собой элементарное высказывание и не может быть расчленён на более простые компоненты.

- Показатель регламентированным высказыванием, и следовательно – его физический смысл однозначен.

 

При оценке АИС применяют частные показатели технической и экономической эффективности, а так же обобщённый (комплексный показатель).

 

Лекция 8.

Системный анализ

Преподаватель: Чернышев В.А.

Лекция 1.

Введение: