Системний підхід

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

КАФ. ІСМ

КОМПЛЕКСНА КОНТРОЛЬНА РОБОТА

Львів-2008

1 Принципи системного підходу

Формулювання вимог до системи та до методології розв'язування проблем досягається шляхом визначення основних положень, або принципів системного підходу, які є досить загальними твердженнями, що узагальнюють досвід роботи людини зі складними системами. Такими принципами є наступні:

Принцип остаточної (глобальної) мети: глобальна мета системи має абсолютний пріоритет;

Принцип єдності: сумісний розгляд системи і як цілого, і як сукупності компонентів (елементів, підсистем, системотворчих відношень);

Принцип зв'язності: довільна компонента системи розглядається сумісно з її зв'язками з оточенням;

Принцип модульності: в багатьох випадках в системі доцільно реалізувати декомпозицію на складові (модулі) різного ступеня загальності та розглядати її як сукупність модулів та зв'язків між ними;

Принцип ієрархії: в більшості випадків в системі доцільно реалізувати ієрархічну побудову та (або) впорядкування (можливий напівпорядок) її складових за важливістю;

Принцип функціональності: структура системи та її функції повинні розглядатися сумісно з пріоритетом функції над структурою;

Принцип розвитку: необхідно враховувати змінність системи, її здатність до розвитку, розширення, заміни складових, накопичення інформації;

Принцип децентралізації: в управлінні системою співвідношення між централізацією та децентралізацією визначається призначенням та метою системи;

Принцип невизначеності: невизначеності та випадковості повинні братися до уваги при визначенні стратегії та тактики розвитку системи.

Принцип децентралізації орієнтує на розумний компроміс між повною централізацією та наданням здатності реагувати на певні дії частинам системи. Система з повною централізацією буде негнучкою, нездатною до пристосування; ймовірно, що в такій системі інформаційні канали, що ведуть до керуючого елементу, виявляться перевантаженими, а сам керуючий елемент буде нездатним опрацювати таку велику кількість інформації. Однак чим децентралізованішими будуть рішення в системі, тим складніше їх узгодити з точки зору досягнення глобальної мети. Досягнення спільної мети в сильно децентралізованій системі може забезпечуватися лише стійким механізмом регулювання, що не дозволяє сильно відхилитися від поведінки, яка веде до досягнення спільної мети. В усіх таких випадках діє сильний зворотний зв'язок.

В системах, що не мають стійких механізмів регулювання, наявність того чи іншого рівня централізації є необхідністю, і це пов'язане з оптимальним співвідношенням керуючих дій, які отримуються «згори» певним елементом з діями, що продукуються цим елементом самостійно.

Загальне правило є наступне: ступінь централізації повинен бути мінімальним, що забезпечить досягнення остаточної мети.

Окрім того є ще один аспект централізації та децентралізації: «згори» надходять узагальнені керуючі дії, які конкретизуються на нижніх рівнях. Оскільки конкретизація можлива неєдиним способом, то нижні рівні отримують ще один «ступінь свободи». Хоча, з іншого боку, з точки зору верхнього рівня, деякі керуючі дії загального характеру можуть бути неправильно проінтерпретовані нижнім рівнем.

2. Мета - відображає те, що може чи повинно виникнути, прообраз майбутнього, стан, який бажано досягнути

Вона тією чи іншою мірою присутня у свідомості людини, яка здійснює довільний вид діяльності, і переноситься ним на багато природних та штучних систем. Пізнання мети допомагає зрозуміти сутність систем, що досліджуються, і власне тому інтерес до змісту цього поняття безперервно зростає. Мета може змінюватися залежно від розвитку в часі призначення.

Мета має декілька аспектів. Пізнавальний аспект мети відповідає прогнозу майбутнього, а конструктивний - можливим способам переходу до бажаного майбутнього чи плану дій. У тих випадках, коли мета відносно проста, усвідомлення мети включає і спосіб її досягнення, а у випадку складної мети - план набуває самостійного значення як елемент постановки мети. План встановлює послідовність етапів досягнення мети, визначаються засоби та методи, строки дій.

Виходячи із мети системи її елемент можна розглядати як деякий об'єкт (матеріальний, енергетичний, інформаційний), що має ряд важливих властивостей, але внутрішня будова якого безвідносна до мети дослідження.

Мета конкретизується шляхом декомпозиції за допомогою цілей.

Декомпозиція - це поділ системи на частини з метою зробити зручнішими певні операції з цією системою. Найважливішим стимулом і суттю декомпозиції є спрощення системи, надміру складної для розгляду цілком.

З точки зору мети дослідження системи її елементи не піддаються подальшій декомпозиції при обраному рівні розгляду системи.

Виділяються дві групи визначень системи.

Першу групу утворюють визначення, які не виділяють поняття цілісності системи: «Система - це множина об'єктів разом з відношеннями між об'єктами та між їх атрибутами (властивостями)».

Історія визначень такого типу зрозуміла і має джерело походження -природничі науки, в яких дослідник йшов шляхом від простого до складного - поділяв систему на елементи, розглядав властивості окремих частин і способи їх взаємодії, отримуючи таким чином уявлення про систему як про сукупність взаємопов'язаних елементів. Однак не завжди із властивостей елементів та їх відношень можливим є виведення загальних властивостей системи.

Інша група визначень включає цілісність як важливу властивість системи (це поняття є властивим для складних систем). Дійсно, якщо в результаті детального вивчення системи знайдена властивість, яку не можна поставити у відповідність ні одному з її елементів, то визначення першої групи виявляється недійсним, і потрібно «довизначати» систему. В цьому сенсі система - це комплекс взаємопов'язаних елементів та взаємозв'язків між ними, що утворюють цілісність, що є особливою єдністю з середовищем та є елементом «надсистеми», і цій цілісності притаманні властивості, мета цілі та функції не властиві окремим елементам.

Виходячи з визначень цієї групи систему S будемо розглядати у вигляді кортежу

S = <M,X_s,X_g,F)_I

де М - множина елементів системи, X_s - множина зв'язків між елементами системи, х_§ - множина зв'язків між елементами системи та зовнішнім середовищем, F - множина нових (системних) функцій, властивостей, призначень.

Наявність істотних стійких зв'язків, саме істотних, а не будь-яких (відношень) між елементами або (та) їхніми властивостями, що перевершують по силі зв'язки (відношення) цих елементів з елементами, що не входять у дану систему, є важливим атрибутом системи. Саме ці зв'язки визначатимуть інтегративні властивості системи.

Властивість цілісності відрізняє систему від простого набору елементів і виділяє її з навколишнього середовища.

Важливими властивостями системи є комунікативність, інтегративність, ступінь рівноваги та стійкості, адаптація.

Комунікативність - степінь зв'язку з зовнішнім середовищем.

Поняття інтегративності визначає фактори, які утворюють і зберігають систему.

Рівновага системи - це здатність зберігати деякий стан при відсутності збурень.

Стійкість - здатність системи повертатись до попереднього стану, після того як вона була з нього виведена.

Адаптація - здатність системи до цілеспрямованого пристосування.

Визначення елементів не системи (середовища), які пов'язані із системою, впливають на неї і є під її впливом, є надзвичайно важливим етапом системних досліджень.

Уведення часових характеристик при дослідженні системи розкриває суть важливих її властивостей перебувати у певному стані та змінювати ці стани в часі.

Стан системи - це зафіксовані значення характеристик системи, важливі для цілей дослідження. Зміна довільної з числа цих характеристик означатиме перехід системи до іншого стану. Отже, отримаємо набір станів, який ще не є процесом.

Процес - це набір станів системи, що відповідає впорядкованій неперервній або дискретній зміні деякого параметра, що визначає характеристики чи властивості системи. В більшості випадків таким параметром є час.

Процес зміни станів системи в часі відображає її динаміку. Процеси в системі мають різноманітне значення. Зокрема, процеси створення комп'ютеризованої інформаційної системи вимагають реалізації різних “під процесів”, які забезпечують основну функцію розробника. Отже, процеси описуються як залежності виходів від входів в модулях різного ступеня узагальнення або різного рівня ієрархії. При цьому принципово не важливо, чи сприяє, а чи перешкоджає загалом той чи інший процес реалізації системою своїх функцій.

Середовище - це сукупність всіх об'єктів, які впливають на систему, а також об'єктів, що змінюються під впливом системи, але не входять до її складу. Весь наш світ можна розглядати як гігантську систему, але ми не досліджуємо Всесвіт практично кожен раз, коли виникає проблема. Тому певна система є підсистемою Всесвіту, а Всесвіт лише в найбільш широкому сенсі можна називати середовищем цієї системи, а в абсолютній більшості середовище - це все те, що взаємодіє з системою, тобто теж певна підсистема Всесвіту.

Між середовищем та системою існують відношення, які узгоджуються через призначення системи. Зміна оточуючого середовища призводить до зміни призначення системи. Розуміння призначення не є сталим під час вивчення системи. Воно може змінюватися в процесі конкретизації. Відображенням призначення є мета.

Потоки даних відображають зв'язки між компонентами системи. мають напрямок і назву даних, що передаються. Назви потоків повинні бути простими, одним словом і відображати назви документів або назви його частин, показників, файлів. Якщо один і той самий потік проходить опрацювання у декількох процесах, то в його назві повинна відображатися назва виконаної дії. Наприклад, потік “Замовлення” після процесу “Підтвердження замовлення” матиме назву “Підтверджене замовлення”. Потоки можуть бути:

* між двома процесами;

*між процесом і елементом накопичення;

*між зовнішнім елементом і процесом.

При побудові діаграм потоків даних слід мати на увазі, що простота та ясність їх побудови повинна бути настільки високою, що не вимагатиме ніяких додаткових змістовних пояснень.

Особливістю DFD є принципова їх відмінність від блок-схем опису алгоритмів розв'язування задач. Основними відмінностями DFD по відношенню до блок-схем є:

відсутність потоків, що розщеплюються без участі процесів;

відсутність на діаграмі ліній потоків, що перетинаються;

відсутність елементів розв'язування (порівняння із визначенням напрямків передачі інформації), контролюючих елементів (процесів), та потоків, які запускають на виконання проце ;

відсутність на діаграмі циклів та детального опису процесів.

За основу процедур побудови DFD покладено метод рівнів, а також фізичне та логічне моделювання.

Діаграми рівнів потоків даних відображають дерево функцій і мають такі властивості та правила побудови.

Метод рівнів реалізується з функцій верхнього рівня з поступовою їх деталізацією і напрямлений на побудову структури системи у вигляді ієрархії процесів та потоків даних.

Кожен рівень включає деяке число процесів (емпірично 2-7), які в свою чергу деталізуються на нижніх рівнях. Першою при побудові діаграм рівнів є контекст-діаграма, яка є одним процесом без номера і повинна включати усі зовнішні елементи та вхідні і вихідні потоки системи зі сторони зовнішнього середовища. Наступною є діаграма верхнього рівня, на якій також відображені усі зовнішні елементи, а процеси мають прості номера 1, 2, 3 ... (див. рис) Наступними є діаграми 1-го (див. рис), 2-го,..., і-го рівнів.

Кожен рівень деталізує деякий процес вищого рівня. При цьому зберігається баланс потоків даних, тобто всі потоки, які входять або виходять з процесу вищого рівня, повинні входити або виходити з рівня його деталізації, відповідно.

Номер процесу на діаграмі рівнів є складним (за виключенням контекст-діаграми та діаграми верхнього рівня) і включає номер процесу, для якого будується рівень та номер процесу в межах рівня. Наприклад, номер процесу 2 в межах рівня, який деталізує процес діаграми верхнього рівня номер 3, на діаграмі буде мати номер: 3.2.

Рівні також можуть включати локальні елементи накопичення даних тобто ті яких не було на верхніх рівнях.

На діаграмах рівнів можуть деталізуватись потоки даних.

Кількість рівнів, тобто ступінь деталізації процесів визначається можливістю побудови формалізованого опису процесів на нижніх рівнях.

Як правило, на початкових стадіях DFD включає і логічні, і фізичні процеси, оскільки для її побудови використовується реально існуюча система чи технологія, тобто реалізована фізично. Тому актуальною є процедура трансформації однієї DFD в іншу (логічної в фізичну, або з фізичної в логічну). Для трансформації фізичної DFD в логічну необхідно:

вилучити усі процеси, які відносяться виключно до фізичних;

розширити фізичні функції та потоки до логічних шляхом переходу з DFD верхніх рівнів на більш деталізовані;

провести аналіз процесів на нижніх рівнях розширеної фізичної DFD з метою їх пере комбінування: - вилучення фізичних процесів та об'єднання логічних для переходу на вищий рівень вже логічної DFD.

Після побудови DFD для повнішого відображення структури слід перейти до її детального опису. Детальний опис включає: відображення структури потоків даних та елементів накопичення, опис процесів.

Важливим питанням, яке розглядається при структурному аналізі є визначення потужності зв'язків. Потужність речовинних і енергетичних зв'язків оцінюється порівняно просто за інтенсивністю потоку речовини або енергії. Для інформаційних зв'язків оцінкою потенційної потужності може служити її пропускна спроможність, а реальної потужності - дійсна величина потоку інформації. Проте в загальному випадку при оцінці потужності інформаційних зв'язків необхідно враховувати якісні характеристики переданої інформації (цінність, корисність, вірність і т. п.)