Модель состава и структуры системы

Модель состава – список элементов системы. Сложность построения модели состава состоит в ее неоднозначности. Это же относится и к границам системы – что включать в систему в качестве элемента?

Модель состава ограничивается снизу тем, что считается неделимым элементом, сверху – границей системы.

Модель может создаваться для разных целей исследования и в этом случае модель состава ее может быть разной (примеры: состав самолета с различных точек зрения – пассажира, летчика, стюардессы, состав завода с различных точек зрения). Всякое разделение системы на части в определенной степени условно (тормозная система автомобиля – ходовая часть или подсистема управления?). В разных ситуациях одни и те же подсистемы могут быть составными частями различных систем.

Формирование состава определяется целями построения модели и, следовательно, не имеет абсолютного характера: при исследовании одной и той же системы могут анализироваться разные модели составов.

Модель состава системы описывает, из каких компонентов она состоит.

Определение состава - неформальная сложная задача:

- может быть неоднозначное понимание неделимой части – элемента у разных экспертов (то, что одному кажется элементом, другому – подсистемой, подлежащей дальнейшему делению);

- модель может создаваться для разных целей исследования и в этом случае состав ее может быть разным (примеры: состав самолета с различных точек зрения – пассажира, летчика, стюардессы, состав завода с различных точек зрения);

- границы между подсистемами условны, относительны – всякое разделение системы на части относительно, в определенной степени условно (тормозная система автомобиля – ходовая часть или подсистема управления?).

В разных ситуациях одни и те же подсистемы могут быть составными частями различных систем.

Для большинства исследований недостаточно иметь только модель состава, необходимо установить между элементами определенные отношения – установить связи (чтобы получить велосипед недостаточно иметь его детали – необходимо правильно соединить все детали между собой).

Модель структуры

В модели структуры (содержательная модель) описываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи некоторых элементов с окружающей средой (входы и выходы системы), указываются направления и типы связей (информационная, материальная, энергетическая).

Структура представляется как способ организации целого из составных частей.

Пример: ящик с велосипедными деталями еще не велосипед. Чтобы этот набор деталей (элементов системы) стал велосипедом, необходимо установить между элементами определенные связи – отношения.

Для решения большинства практических задач недостаточно иметь только модель состава, необходимо установить между элементами определенные отношения – установить связи (чтобы получить велосипед недостаточно иметь все детали – необходимо правильно соединить все детали между собой).

В понятие отношения вкладывается реальный физический смысл. В таком случае приходится фиксировать связи одной природы, строить для каждого типа связей структурную схему, выделять наиболее существенные физические связи и характеризовать качество системы некоторыми структурными параметрами, соответствующими именно этим связям.

Пример отношений между элементами. При расчете механизма не учитываются силы взаимного притяжения его деталей, хотя, согласно закону всемирного тяготения, такие силы объективно существуют. Зато массу деталей (силу их притяжения к Земле) учитывают обязательно.

В отношении участвуют не менее двух объектов - в общем случае рассматриваются многоместные отношения (а не только двуместные, бинарные). В такой формализации свойство объекта – одноместное отношение, проявляющееся во взаимодействии с другими объектами.

Структура отражает упорядоченнсть внутренних и внешних связей объекта, обеспечивающих его стабильность, целостность, качественную определенность. Структура системы является более стойкой, чем отдельные ее характеристики.

Одна из основных особенностей структуры – упорядоченность элементов таким образом, что однородные элементы составляют один уровень иерархии (подчиненность частей целому). Таким образом, в системе выделяются подсистемы – классы элементов, функционирование которых имеет инвариантные особенности на определенных уровнях исследований.

Поскольку в системе может быть большое количество разнообразных связей и отношений, то в ней можно выделить целый ряд структур. Такие системы называются многоструктурными, многоуровневыми. Каждому структурному уровню соответствует определенная структура (в обществе – политическая, экономическая, социальная и др. структура). Между реальными объектами системы имеется огромное количество отношений, но в список включаются только существенные для достижения цели.

Методология моделирования структуры системы

В основе синтеза - определение в системе структурных отношений, характеризуемых упорядоченностью, организованностью взаимодействий между отдельными ее уровнями по вертикали.

Три этапа решения задачи синтеза:

- выявление глобальной функции системы (абстрактный синтез – рассмотрение системы на абстрактном уровне в виде черного ящика, о котором известно только то, что он будет делать),

- разработка структуры системы, реализующей необходимые функции (структурный синтез – преобразование функционального описания в структурное - разбиение глобальной функции системы на подфункции до тех пор, пока не будут получены элементарные функции, структуры которых очевидны, или уже реализованы);

- определение параметров системы так, чтобы получить желаемое качество проекта.

Обеспечить желаемое качество системы можно тремя способами:

- параметрический метод - улучшение качества входящих в систему элементов (формирование элементов воздействием на вектор Х);

- схемотехнический метод – изменение структуры системы;

- уменьшение отрицательного влияния внешней среды (воздействием на внешние параметры).

Этапы синтеза объекта

В основе структурного моделирования – совместное применение методов анализа и синтеза.

При анализе объект разделяется на части и каждая из них исследуется в отдельности, при синтезе решается обратная задача - соединение частей в целое. При этом важно не просто разбить целое на элементы, но и соединить эти элементы таким образом, чтобы они снова образовали единое целое. В результате синтеза как завершающего этапа процесса «анализ – синтез» можно объяснить целое через его части – в виде структуры целого.

Единство анализа и синтеза как основа системного анализа относится ко всем отраслям знаний, в т.ч. к моделированию. Алгоритмов «анализа – синтеза» как известно, нет – определена только общая методология (как выполняются операции анализа и синтеза).

Основная операция системного анализа (неформальная) – декомпозиция (разделение целого на части). Применительно к построению структуры модели – определение состава модели (компонентов).

Компонент – любая часть предметной области, которая может быть выделена как некоторая самостоятельная сущность. Это и система (модель) в целом, и любая часть системы (модели) – подсистема, элемент.

Основная сложность декомпозиции – определение базовых (неделимых) моделей компонентов, соотношение моделей микро- и макроподхода. В основе декомпозиции – достижение компромисса между полнотой набора формальных моделей рассматриваемой системы и простотой – он может быть достигнут, если в модель включаются только модели компонентов, существенных по отношению к цели моделирования.