Файл: И системного анализа.pdf

Основы теории систем и системного анализа 75
При этом необязательно использовать в рамках одного исследования все категории сразу, но нежелательно ограничиваться одной или двумя. Нужно ис- ходить из соображений разумной достаточности.
Третий шаг. Выбранные категории вписываются в прямоугольники
(рис.8.4), от них проводятся наклонные линии к имеющейся горизонтальной прямой.
Рисунок 8.4 - Распределение причин по группам-категориям
Четвертый шаг. Причины изучаемой проблемы или действующие фак- торы распределяются по установленным категориям («люди», «механизмы» и т.д.) и указываются на диаграмме в виде линий, примыкающих к линиям кате- горий.
Пятый шаг.Каждую из причин нужно разложить на составляющие. Для этого по поводу каждой причины нужно задать себе вопрос – «В связи с чем это случилось?»
Ответы нужно фиксировать в виде ветвей более низкого уровня. Детали- зация причин должна продолжаться до тех пор, пока не будет найдена «корне- вая» причина (рис.8.5).
76 Основы теории систем и системного анализа
Рисунок 8.5 - Второстепенные причины в диаграмме Исикавы
Примечание: рекомендуется выделять факторы, позитивно влияющие на результат, а также негативные факторы.
С этой целью линии, обозначающие их связь с категорией, проводят в разных направлениях, например, «позитив» налево либо изнутри от осевой ли- нии, «негатив» — направо либо снаружи к оси — как показано на рисунке 8.6.
Это непринципиально, можно делать так как удобно, выделять факторы цветом линий или не выделять их вообще.
Шестой шаг. Из числа первопричин выделяются наиболее значимые факторы, которые влияют на изучаемую проблему.
Рисунок 8.6 - Изображение позитивных и негативных факторов в диаграмме Исикавы

Основы теории систем и системного анализа 77
Недостатки диаграммы Исикавы:

громоздкость графического представления,однако это компенсируется наличием программного обеспечения, в том числе, входящего в офисные паке- ты;

сложность применения для тех случаев, когда проблема является ком- плексной, например, возникают сложности при отнесении факторов к различ- ным категориям;

относительная сложность применения метода на практике.
8.3 Общие сведения о методологии IDEF0
Создание современных информационных систем представляет собой сложнейшую задачу, решение которой требует применения специальных мето- дик и инструментов. В последнее время среди системных аналитиков и разра- ботчиков значительно вырос интерес к CASE-технологиям и инструменталь- ным CASE-средствам, позволяющим максимально систематизировать и авто- матизировать все этапы разработки программного обеспечения:

СASE-средство верхнего уровня Bpwin, поддерживающее методологии
IDEFO;

Erwin - case средство, позволяющее осуществить прямое и обратное проектирование базы данных, поддерживает методологию IDEF1X.

Сase-средство BPwin значительно облегчают задачу создания инфор- мационной системы, позволяя осуществить декомпозицию сложной системы на более простые с тем, чтобы каждая из них могла проектироваться независимо, и для понимания любого уровня проектирования достаточно было оперировать с информацией о немногих ее частях.
Стандарт IDEF0 предназначен для функционального моделирования. В основе стандарта лежит понятие функции, под которой понимается управляе- мое действие над входными данными, осуществляющееся посредством опреде- ленного механизма, результатом его являются выходные данные.
Стандарт IDEF0 базируется на трех основных принципах:
1. Принцип функциональной декомпозиции- любая функция может быть разбита на более простые функции;
2. Принцип ограничения сложности заключается в том, чтобы исполь- зовалось от 2 до 8 блоков (в BPwin);
3. Принцип контекста основывается на моделировании делового про- цесса, который начинается с построения контекстной диаграммы. На этой диа- грамме отображается только один блок, представляющий главную функцию моделирующей системы.
Специализированным средством создания IDEF0 диаграмм является
BPwin. Это лучшее средство в своем классе. Пакет BPWin предназначен для функционального моделирования и анализа деятельности предприятия. Модель в BPWin представляет собой совокупность SADT-диаграмм, каждая из которых описывает отдельный процесс в виде разбиения его на шаги и подпроцессы. С
78 Основы теории систем и системного анализа помощью соединяющих дуг, описываются объекты, данные и ресурсы, необхо- димые для выполнения функций. Имеется возможность для любого процесса указать стоимость, время и частоту его выполнения. Эти характеристики в дальнейшем могут быть просуммированы с целью вычисления общей стоимо- сти затрат. На этой основе устанавливаются наиболее узкие места технологиче- ских цепочек, определяются затратные центры. BPWin предоставляет возмож- ность импортировать фрагменты информационной модели из ERWin (при этом сущности и атрибуты информационной модели ставятся в соответствие дугам
SADT-диаграммы). Генерация отчетов по модели может осуществляться в формате MS Word и MS Excel.
Результатом применения методологии SADT является модель, которая состоит из диаграмм, фрагментов текстов и глоссария, имеющих ссылки друг на друга. Диаграммы представляют главные компоненты модели, все функции и интерфейсы на них отмечены как блоки и дуги. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса.
Диаграммы строятся при помощи блоков (см. рис.8.7). Каждый блок опи- сывает какое-либо законченное действие.
Рисунок 8.7 - Построение диаграммы Bpwin
Четыре стороны блока имеют различное назначение: слева отобража-
ются входные данные - исходные ресурсы информация, материалы; справа изо-
бражаются выходные ресурсы, которые получаются в результате выполнения описываемой блоком функции; сверху управление, воздействующее на процесс выполнения описываемой блоком функции и позволяющее влиять на результат
(средства управления, люди); снизу изображается посредством чего осуществ- ляется данное действие (станки, приборы, люди и т.д.).
Иерархия диаграмм
Построение SADT-модели начинается с представления всей системы в виде простейшей компоненты, состоящей из одного блока и дуг, изображаю- щих интерфейсы с функциями вне системы. Поскольку единственный блок представляет всю систему как единое целое, имя, указанное в блоке, является

Основы теории систем и системного анализа 79 общим. Это верно и для интерфейсных дуг, которые представляют полный на- бор внешних интерфейсов системы в целом.
Затем следует блок, который представляет систему в качестве единого модуля, детализируется на другой диаграмме с помощью нескольких блоков, соединенных интерфейсными дугами. Эти блоки характеризуют основные под- функции исходной функции.
Выполненная декомпозиция представляет полный набор подфункций, каждая из которых изображена как блок, границы которого определены интер- фейсными дугами. Каждая из этих подфункций может быть декомпозирована подобным образом для более детального представления.
Во всех случаях каждая подфункция может содержать только те элемен- ты, которые входят в исходную функцию. Кроме того, модель не может опус- тить какие-либо элементы, т.е., как уже отмечалось, родительский блок и его интерфейсы обеспечивают контекст. К нему нельзя ничего добавить, и из него не может быть ничего удалено.
Модель SADT содержит серию диаграмм с сопроводительной документа- цией, разбивающих сложный объект на составные части, которые представлены в виде блоков.
Детали каждого из основных блоков показаны в виде блоков на других диаграммах. Каждая детальная диаграмма является декомпозицией блока из более общей диаграммы. На каждом шаге декомпозиции более общая диаграм- ма называется родительской для более детальной диаграммы.
Дуги, входящие в блок и выходящие из него на диаграмме верхнего уров- ня, являются точно теми же самыми, что и дуги, входящие в диаграмму нижне- го уровня и выходящие из нее, потому что блок и диаграмма представляют од- ну и ту же часть системы.
Каждый блок на диаграмме имеет свой номер. Блок любой диаграммы может быть далее описан диаграммой нижнего уровня, которая, в свою оче- редь, может быть далее детализирована с помощью необходимого числа диа- грамм. Таким образом, формируется иерархия диаграмм.
Для того, чтобы указать положение любой диаграммы или блока в иерар- хии, используются номера диаграмм. Например, А21 является диаграммой, ко- торая детализирует блок 1 на диаграмме А2. Аналогично, А2 детализирует блок
2 на диаграмме А0, которая является самой верхней диаграммой модели.
Например, если рассмотреть главный процесс - это создать курсовой про- ект. На вход этого процесса подаются исходные данные по заданию. В качестве управляющего воздействия выступает методическое пособие, ГОСТы, необхо- димые требования, представленные на рисунке 8.8.
80 Основы теории систем и системного анализа
Рисунок 8.8 - Блок «Создать курсовой проект»
Механизм осуществления создания курсового проекта представляет про- граммное обеспечение, с помощью которого реализован материал и разработан проект и исполнитель проекта(рис.8.9, 8.10, 8.11).
Рисунок 8.9 - Декомпозиция блока «Создать курсовой проект»

Основы теории систем и системного анализа 81
Рисунок 8.10 - Декомпозиция блока «Произвести анализ предметной области»
Рисунок 8.11 - Декомпозиция блока «Создать проект»
82 Основы теории систем и системного анализа
Контрольные вопросы
1. Из каких этапов состоит процедура разработки «дерева целей»?
2. Сформулируйте правила, используемые при построении дерева целей.
3. Для чего применяется процедура структуризации цели?
4. Как выполняется процедура декомпозиции целей?
5. Как обеспечивается полнота декомпозиции?
6. Для чего применяется метод дерева целей?
7. Что характеризует корень дерева целей?
8. Что характеризуют ветви дерева целей?
9. Для чего предназначены диаграммы Исикавы?
10. В чем заключаются конечные цели аналитического метода Исикавы?
11. Сформулируйте этапы работы с диаграммой Исикавы.
12. Привести алгоритм построения диаграммы Исикавы.
13. Сформулируйте недостатки метода Исикавы.
14. Какие факторы необходимо рассмотреть при построении диаграммы
Исикавы?
15. Для каких целей предназначен стандарт IDEF0?
16. На каких основных принципах базируется стандарт IDEF0?
17. Для чего предназначен пакет BPWin, укажите его достоинства.
18. Что является результатом применения методологии SADT?
19. Как выполняется иерархия диаграмм?
20. При помощи чего строятся диаграммы в методологии SADT?

Основы теории систем и системного анализа 83
9. САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ
Самоорганизация — процесс перехода системы из менее в более орга-
низованное состояние за счёт внутренних стимулов, без специфического
внешнего воздействия внешних факторов, не принадлежащих системе.
Термин «самоорганизация» впервые был введен кибернетиком Эшби У.
Р., в 1947 г.
«Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специ-
фического воздействия извне обретает какую-то пространственную, времен-
ную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздейст-
вием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функ-
ционирование».
Самоорганизующаяся система – кибернетическая адаптивная систе-
ма, в которой запоминание информации выражается в изменении струк-
туры системы.
Сущность самоорганизации как процесса состоит в формировании сово- купности действий, ведущих к созданию устойчивых реакций в системе.
Сущность самоорганизации как явления состоит в объединении элемен- тов для реализации программы, действующих на основании внутренних правил и процедур.
Основные системообразующие принципы приведены на рисунке 9.1
Рисунок 9.1 - Системообразующие принципы самоорганизующихся систем
84 Основы теории систем и системного анализа
В ходе самоорганизации некоторая форма общего порядка возникает из локальных взаимодействий между частями изначально неупорядоченной сис- темы.

Основы теории систем и системного анализа 85
Самоорганизующиеся системы - это открытые системы, которые свобод- но обмениваются с внешней средой энергией, веществом и информацией. На рисунке 9.3 продемонстрированы основные виды самоорганизации.
Рисунок 9.3 – Виды самоорганизации
Техническая самоорганизация как процесспредставляет собой автома- тическую смену программы или алгоритма действия при изменении свойств управляемого объекта, цели управления или параметров окружающей среды
(например, система самонаведения ракет, самонастройка программных ресур- сов современных вычислительных систем).
Техническая самоорганизация как явление– это набор альтернативных интеллектуальных адаптивных систем, обеспечивающих заданную работоспо- собность, вне зависимости от условий функционирования (например, набор дублирующих устройств, средств связи, пожаротушения и т.д.). Такая самоор- ганизация происходит в случае выхода из строя какого-либо устройства. Тогда на смену ему подключается другое дублирующее устройство или новая схема взаимодействия элементов.
Самоорганизация используется как в физике неравновесных процессов, так и в химических реакциях, где она часто описывается как самосборка. Само- сборка относится к методам получения наноструктур (наноматериалов) «снизу- вверх». Основная задача, которая стоит при её реализации — это необходи- мость таким образом повлиять на параметры системы и так задать свойства от- дельных частиц, чтобы они организовывались с образованием желаемой струк- туры.
Многие явления из математики и информатики, такие как клеточные ав- томаты, случайные графы и некоторые примеры эволюционного моделирова- ния и искусственной жизни, проявляют черты самоорганизации.
В роевой робототехнике самоорганизация используется для создания эмерджентного поведения.
В частности, теория случайных графов была использована в качестве обоснования самоорганизации как общего принципа сложных систем. Проек- тирование мультиагентных систем, способных представлять самоорганизую- щееся поведение, является активной областью исследований.
86 Основы теории систем и системного анализа
Оптимизационные алгоритмы можно считать самоорганизующимися, по- скольку они направлены на поиск оптимального решения задачи. Если решение рассматривается как состояние итерационной системы, то оптимальным реше- нием является сходящаяся структура системы.
Самоорганизующиеся сети включают сети «Мир тесен», самостабилиза- цию и безмасштабные сети. Они возникают в результате взаимодействия снизу
- вверх, в отличие от нисходящих иерархических сетей внутри организаций, ко- торые не являются самоорганизующимися.
Облачные вычислительные системы по своей сути самоорганизуются и обладают некоторой автономией, но не являются самоуправляемыми, посколь- ку не преследуют цели снижения собственной сложности.
Биологическая самоорганизация как процессоснована на генетической программе сохранения вида и на дарвиновской триаде: изменчивость, наследст- венность, отбор.
Биологическая самоорганизация как явление предназначена для сома- тического (телесного) построение объекта. Процессы мутации живых организ- мов, их приспособление к условиям существования (рис.9.4) являются проявле- нием биологической самоорганизации.
Рисунок 9.4 – Схема проявления биологической самоорганизации
Социальная самоорганизация как процесс основана на общественной социальной программе построения общественных отношений. Включает изме- няющиеся во времени приоритеты, интересы, ценностные ориентации, мотивы, цели. Самоорганизация реализуется путем самообучения, самовоспитания и самоконтроля.
Социальная самоорганизация как явлениесоциальная самоорганизация
- это конкретные поступки человека или организации, формы коммуникаций, выводы рис. 9.5).

Основы теории систем и системного анализа 87
Рисунок 9.5 – Схема социальной самоорганизации как процесса
Основные свойства самоорганизующихся систем приведены на рисунке 9.6
Рисунок 9.6 - Свойства самоорганизующихся систем
88 Основы теории систем и системного анализа
Основные требования, предъявляемые к самоорганизующимся структу- рам:

системы должны быть неравновесными (находиться в состоянии
далеком от термодинамического равновесия);

открытыми (получать приток энергии или вещества извне);

должна выполняться нелинейность внутренних процессов разви-
тия (возможность сверхбыстрого развития процессов в системе);

наличие флуктуации (любое колебание, любое периодическое изме- нение).
Роль самоорганизации в процессе управления. Любую социальную орга- низацию можно представить в виде специфической системы по результату раз- личных классов и видов человеческой деятельности, соединенных для произ- водства определенных видов продукции, вещей, услуг (как материальных, так и интеллектуальных), где человек, коллектив, объединение людей представляют лишь один из элементов системы, но не всю организацию.
В настоящее время разработано два подхода к исследованию самооргани- зации систем:
Синергетический подход - основан на линейном представлении о функ- ционировании систем природы и общества.
Кибернетический подход. В кибернетике понятие самоорганизующихся систем связывают со способностью систем к адаптации изменяющихся услови- ях внешних и внутренних факторов.
Подходы к изучению механизмов самоорганизации связаны с огромным разнообразием этих механизмов. Ученые исследуют вопросы:

какие механизмы лежат в основе этих процессов;

каковы причины, вызывающие процессы самоорганизации систем;

существуют ли какие-либо общие принципы; можно ли с помо- щью современного языка и знаний изучать эти сложные процессы?
Одной из центральных проблем является проблема описания процесса самоорганизации, познание взаимоотношений между процессами целенаправ- ленной организации и самоорганизации.
Подходы к исследованию механизмов самоорганизации связаны с огром- ным разнообразием этих механизмов. Ученые исследуют направления:

каковы причины, вызывающие процессы самоорганизации систем;

существуют ли какие-либо общие принципы;

можно ли с помощью современного языка и знаний приблизиться к по- ниманию этих архисложных процессов?

какие механизмы лежат в основе этих процессов.
Для различных объектов управления специфика многочисленных конту- ров управления, структура механизма едина и представима в виде обобщенной модели (рис.9.7).