Анализ и синтез систем

1. Раздел 3. Анализ и синтез систем

Тема 3.1. Декомпозиция систем
Тема 3.2. Виды иерархий
Тема 3.3. Композиция систем

2. Декомпозиция

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Декомпозиция
Декомпозиция – последовательное расчленение системы на подсистемы.
Результат определяется составом используемых признаков декомпозиции
(оснований декомпозиции) и порядком их применения
Способы задания оснований декомпозиции:
1. Указывается только наименование признака разбиения.
Состав получаемых подсистем всегда разный (зависит от системы).
Примеры: временной, пространственный признак, «виды конечного продукта»
Производство
Процесс
Этап 1
Этап 2
…
Предмет
деятельности
Конечный
продукт
Средства
деятельности
Исполнители
2. Перечисляются подсистемы, получаемые в процессе декомпозиции.
Т.о. основание декомпозиции рассматривается как модель состава.
Примеры: <объект управления, система управления>, <предмет деятельности,
конечный продукт, средства деятельности, исполнители>.

3. Стандартные основания декомпозиции

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Стандартные основания декомпозиции
СОД для систем организационно-технологического типа (предприятий):
1. Система – среда. Выделение исследуемой системы и окружающей среды.
2. Макросреда – микросреда. Макросреда – это совокупность факторов
общественной жизни, оказывающих влияние на исследуемую систему,
микросреда – совокупность организаций, непосредственно или опосредованно
связанных с системой.
3. Подсистемы макросреды: «производство» (технологическое, экономическое окружение), «природа» (географическое окружение), «социум» (социальнокультурное окружение), «управление» (политико-правовое окружение).
4. Подсистемы микросреды: вышестоящие органы управления,
нижестоящие (подведомственные) организации, поставщики, партнеры,
клиенты (потребители, заказчики), конкуренты.
5. Система управления – объект управления. Выделение в исследуемой
системе управляемой подсистемы (включающей исполнителей, оборудование,
ресурсы) и управляющей (аппарат управления).

4. Стандартные основания декомпозиции

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Стандартные основания декомпозиции
6. Основная – обеспечивающая деятельность. Основная деятельность
связана с производством конечных продуктов системы для потребителей.
Обеспечивающая деятельность обеспечивают работу основных процессов, ее
задача – формирование и обслуживание инфраструктуры.
7. Виды конечных продуктов. Декомпозиция основной деятельности на
подсистемы, производящие различные конечные продукты (оказывающие
различные виды услуг).
8. Жизненный цикл. Жизненный цикл – это цепочка процессов, составляющих
путь следования продукта: от его замысла до утилизации и переработки
отслужившего свой срок продукта.
9. Виды обеспечивающей деятельности: обслуживание оборудования;
обеспечение энергоресурсами; обслуживание зданий; управление персоналом;
10. Технологические этапы. Декомпозиция подсистемы, выполняющей
некоторый вид производственной деятельности (основной или
обеспечивающей), на подсистемы, соответствующие отдельным этапам
деятельности (подпроцессам, работам, операциям), предусмотренным
технологией.

5. Стандартные основания декомпозиции

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Стандартные основания декомпозиции
11. Структурные элементы деятельности: предмет деятельности,
конечный продукт, средства деятельности, исполнители.
12. Жизненный цикл управления: прогнозирование; перспективное
планирование; оперативное планирование; организация; руководство; учет и
контроль; регулирование.
13. Этапы переработки информации: регистрация, сбор, передача,
хранение, обработка, отображение, уничтожение.

6. Стандартные основания декомпозиции

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Стандартные основания декомпозиции
надсистема
среда
макросреда
микросреда
производство
природа
клиенты
конкуренты
управление
социум
поставщики
вышестоящие органы
система
объект управления
система управления
основная деятельность
производство продукта А
обеспечивающая деятельность
производство продукта Б
финансовое обеспечение
тех. обслуживание
маркетинг
снабжение
изготовление
операция 1
реализация
операция 2
обеспечение энергией
охрана труда

7. Принципы формирования и применения СОД

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Принципы формирования и применения СОД
СОД должны отражать инвариантный состав систем определенного класса
При применении для конкретной системы типовые подсистемы конкретизируются.
Производство
Предмет
деятельности
Конечный
продукт
Средства
деятельности
Исполнители
Изготовление стола
материал
стол
оборудование
рабочие
продажа
продаваемый
товар, заказ
проданный
товар
торговый
зал
продавцы

8. Принципы формирования и применения СОД

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Принципы формирования и применения СОД
СОД должны обеспечивать выделение более или менее самостоятельно
функционирующих подсистем
Связи между подсистемами
должны быть минимальными,
внутри подсистем максимальными
КП
ЖЦ
ЖЦ
ЖЦ
КП
КП
В одном случае лучше
сначала выделить
подсистемы по
конечным продуктам, а
потом по жизненному
циклу, в другом случае наоборот

9. Принципы формирования и применения СОД

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Принципы формирования и применения СОД
СОД должны обеспечивать получение относительно полной совокупности
подсистем (элементов)
Не должны оставаться элементы, которые не отнесены ни к одной
подсистеме
Примеры полной совокупности:
<начальный этап, основной этап, заключительный этап>;
<внешние связи, внутренние связи>;
<объект управления, система управления>

10. Принципы формирования и применения СОД

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Принципы формирования и применения СОД
СОД должны обеспечивать выделение подсистем, которые не включают
друг друга
Продажа заказного изделия
Прием
заказа
Производство
изделия
Изготовление
деталей
Сборка
изделия
Доставка
заказчику
Продажа заказного изделия
Прием
заказа
Производство
изделия
Изготовление
деталей
Доставка
заказчику
Сборка
изделия

11. Принципы формирования и применения СОД

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Принципы формирования и применения СОД
На каждом шаге декомпозиции должно использоваться только одно
основание декомпозиции
Выбор СОД на каждом шаге зависит от того, какая последовательность
была применена ранее для выделения декомпозируемой подсистемы
Например, декомпозиция на технологические этапы производства
некоторого продукта может быть проведена только после того, как будет
выделена подсистема производства данного продукта
Некоторые из СОД могут применяться несколько раз подряд
Например, СОД «Технологические этапы»,может быть применено сначала
для выделения укрупненных стадий производства, а затем применительно
к каждой из этих стадий – для выделения подэтапов и т. д. (вплоть до
операций)

12. Алгоритм декомпозиции

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.1. Декомпозиция систем
Алгоритм декомпозиции
Последовательность шагов:
1. Выбор системы (подсистемы) для
декомпозиции, являющейся терминальной
вершиной дерева и не помеченной, как
элементарная. Если все терминальные
вершины элементарны, то КОНЕЦ.
2. Проверка выбранной системы на
элементарность. Если подсистема
элементарна, то она помечается и
осуществляется возврат на шаг 1.
3. Выбор наиболее подходящего основания
декомпозиции
4. Проведение декомпозиции
5. Переход на шаг 1.
Пример.
непроверенная подсистема
неэлементарная подсистема
элементарная подсистема

13.

Университет
Основная
деятельность
Учебная
деятельность
Прием
абитуриентов
Обучение
Научная
деятельность
Подготовка
страты
научных кадров
Повысить качество
обучения
Обеспечивающая
деятельность
Высокие показатели в
конкурсах
Хозяйственная
деятельность
Увеличить конкурс
Библиотечная
абитуриентов
деятельность
Финансовая
Приобрести новые
деятельность
компьютеры и ПО
...
Проведение занятий
...
Высокая квалификация
.выпускников
Успешная аттестация
Высокий уровень
знаний студентов
Постоянные места
распределения
Повысить квалификацию
преподавателей
Обеспечить комплекс
метод. материалов
слои
Охрана труда
Проведение сессии
Составить план
Издательская
разработки
деятельность
Дипломирование
Организовать
выполнение плана
Контролировать
выполнение плана
...
...
Учебное заведение
Ректорат
…
Государственное
Муниципальное
общего
образования
профессионального
образования
классы
среднего
профессионального
высшего
профессионального
Институт
Академия
Негосударственное Управление
науки
дополнительного
образования Отдел
аспирантуры
послевузовского
Управление
профессионального
экономики
Университет
Учебно-методическое
управление
Научно-орг.
эшелоныУчебный
отдел
отдел
Метод.
отдел
Хозяйственное
управление
Хозяйственный отдел
Студ.городок
Библиотека

14. Страты

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.2. Виды иерархий
Страты
Этот вид иерархии позволяет описывать систему на разных уровнях
абстрагирования, т.е. детальности описания.
Уровень 1
Лучшее
понимание
всей
системы
Уровень 2
Уровень 3
Уровень 4
Более
детальное
описание
Отношения между подсистемами
смежных уровней относятся к
типу «целое-часть».
То, что является объектом
рассмотрения на данной
страте, более подробно
раскрывается на нижележащей
страте
На каждой страте имеется
свой собственный набор
терминов, концепций и
принципов, с помощью
которых описывается
поведение системы.

15. Примеры страт

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.2. Виды иерархий
Примеры страт
Работа
компьютера:
Страта 2:
Программные коды
Страта 1:
Физические операции
Страта 4:
Ситуация
Структура
системы
понимания
естественного
языка:
описание работы программ
(математические, логические операции)
описание на языке физических законов
управления работой электронных элементов
процедуры синтеза формального описания
ситуации
Страта 3:
Семантика
процедуры интерпретации на формальный
язык (определение семантических падежей)
Страта 2:
Синтаксис
процедуры разбора предложений (поиска
связей между словами и т. д.)
Страта 1:
Морфология
процедуры анализа слов (выделения основ,
аффиксов) и определения грамматических
признаков

16. Слои

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.2. Виды иерархий
Слои
Этот вид иерархии используется для структуризации процессов принятия
сложных решений.
Отношения между подсистемами смежных
слоев имеют смысл:
Глобальная цель
Подцель 1
Подцель
1.1
Подцель
1.2
Подцель 2
Подцель
2.1
Подцель
2.2
Сложную проблему, подлежащую
решению, разбивают на множество
последовательно расположенных
более простых подпроблем,
решение которых позволяет решить
и исходную проблему.
• «средство-цель» - подцели есть средства
достижения вышестоящей цели,
• «причина-следствие» -достижение цели
вышестоящего уровня есть следствие
достижения подцелей,
• «аргумент-функция» - вышестоящая цель
есть функция от нижестоящих целей,
• «ситуация-действие» - для достижения
ситуации, соответствующей цели, требуется
выполнение действий, реализующих
подцели.

17. Пример слоев

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.2. Виды иерархий
Пример слоев
Слои принятия решений процесса разработки программы развития
социально-экономической системы:
Глобальные цели развития
Финансовый
блок
Производственный
блок
Социальный
блок
Промышленная
политика
Энергетическая
стратегия
Внешнеэкономическая стратегия
Электрическое
освещение
Энергетические
обследования
Автоматизация
учета
…
Направления
деятельности
Стратегии (задачи)
…
…
Целевые программы
мероприятий

18. Эшелоны

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.2. Виды иерархий
Эшелоны
Это понятие иерархии относится к многоуровневым системам управления.
Принимающие решение элементы располагаются иерархически в том смысле,
что некоторые из них управляются другими решающими элементами
Отношения между подсистемами
смежных эшелонов имеют смысл:
«управление-подчинение».
Иерархия принятия
решений
Эшелон 3
Решающий
элемент
Координация
Эшелон 2
Информационная
обратная связь
Управление
Эшелон 1
Обратная связь от
управляемого процесса
Процесс
Элементы верхнего уровня
хотя и обусловливают
целенаправленную
деятельность элементов
нижних уровней, но не
полностью управляют ею.
Принимающим решения
элементам предоставлена
некоторая свобода в выборе
их собственных решений.

19. Пример эшелонов

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.2. Виды иерархий
Пример эшелонов
дирекция
…
департамент
сбыта
Отдел
заказов
Торговый
отдел
Отдел
маркетинга
департамент
снабжения
Отдел
управления
складом
департамент
финансов
Финансовый
отдел
Отдел
контроля
запасов
Транспортный
отдел
Отдел
планирования
Отдел
оплаты

20. Классы

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.2. Виды иерархий
Классы
Данный вид иерархии используется для классификации понятий.
Иерархию составляют классы понятий, связанные отношениями «общее –
частное».
Класс «Автомобиль»
Класс «Легковой автомобиль»
Класс «Легковой автомобиль
производства ВАЗ»
Класс «Автомобиль ВАЗ-2108»
Класс «Грузовой автомобиль»
…
…
Класс понятий, лежащий ниже по иерархии, включает в себя декомпозируемый класс
(все его свойства), добавляя к нему некоторые дополнительные свойства, т.е. уточняя
его, конкретизируя. Перенос свойств классов понятий на подклассы называют
наследованием.

21. Морфологический анализ

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Морфологический анализ
Метод морфологического анализа (МА) разработан в 1930-е годы
швейцарским астрономом Ф. Цвикки для конструирования
астрономических приборов.
В проектируемом объекте выбирают группу основных признаков.
В качестве признаков могут быть элементы конструкции, функции,
свойства элементов.
Для каждого признака предлагаются различные альтернативные
варианты его реализации.
Затем предложенные варианты комбинируют между собой.
Из всего множества получаемых комбинаций выбираются допустимые,
а затем наиболее эффективные варианты по некоторым критериям
качества

22. Этапы морфологического анализа

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Этапы морфологического анализа
Этап 1. Постановка задачи
Формулируются: проблемная ситуация, требования (ограничения) к
проектируемому объекту, критерии оценки качества вариантов.
Этап 2. Морфологический анализ
Выделяются признаки и разрабатываются альтернативные варианты для
каждого признака.
Морфологическая таблица
Признаки
Альтернативные варианты
a1
а11
а21
a2
а12
а22
a3
а13
а23
a4
а14
а24
а31
a33 = a13 + a23
Количество комбинаций:
N = n 1 × n 2 × … × n m,
ni – число вариантов по i-тому признаку
Пример:
N = 3 × 2 × 3 × 2 = 36

23. Этапы морфологического анализа

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Этапы морфологического анализа
Этап 3. Морфологический синтез
Морфологическая таблица
Формируются комбинации по всем
признакам и выбираются совместимые и
наилучшие комбинации
Сначала комбинируются два признака и
отбрасываются наихудшие комбинации.
Оставшиеся комбинации комбинируются с
еще одним признаком и т.д.
1-й шаг синтеза
а11
Признаки
a1
а11
а21
a2
а12
а22
a3
а13
а23
a4
а14
а24
2-й шаг синтеза
а21
а31
а21 а12
а12
а13
а22
а2
3
а3
3
а11 а22
Альтернативные варианты
а31
a33 = a13 + a23
3-й шаг синтеза
а31 а22
а21
а12а13
а14
а24
а11
а22а23
а31
а22а33

24. Пример морфологического анализа

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Пример морфологического анализа
Пример. Подведение коммуникаций
Материал
труб
металл
Технология
открытая
Исполнитель
СУ ТДСК
полимеры
закрытая
Томскводоканал
металлопластик
комбинированная
коммерч.
подрядчик
мат-л
техн
металл
полимеры
металлоплас
тик
открытая
закрытая
комбиниро
ванная
Результаты
исп.
мат,тех
СУТДСК
Томск
водоканал
Коммерч.
подрядчик
металл,
открытая
полимеры,
комбинир.
Металлоплас
тик,закрытая
Варианты
Материал
труб
Технология
Исполнитель
Вариант 1
металл
открытая
СУ ТДСК
Вариант 2
металлопластик
закрытая
СУ ТДСК
Вариант 3
полимеры
комбинированная
Томскводоканал
Вариант 4
металл
открытая
Коммерч.
подрядчик

25. Метод Волковой В.Н.

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Метод Волковой В.Н.
Метод представляет собой пошаговую процедуру формирования
иерархии функций сложной системы, каждой из которой затем
сопоставляется цель, связанная с соответствующей функцией.
В качестве признаков - стандартные основания декомпозиции, а в
качестве альтернативных вариантов значений признаков – подсистемы
(функции), порождаемые этими основаниями декомпозиции.
Множество значений одного признака называется классификатором.
Жизненный цикл производства
Маркетинг
Снабжение
...
Сбыт
Планирование Планирование
Руководство
...
маркетинга
снабжения
маркетингом
Жизненный цикл управления
Планирование ... Руководство
Контроль
Руководство
Контроль
...
сбытом
снабжения
Контроль
сбыта

26. Метод Волковой В.Н.

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Метод Волковой В.Н.
цикл управления
прогнозирование
перспективное планирование
текущее планирование
ZU
OU
ПР
ПП
ТП
…
ОП
ВП
МТС
…
автомобили
запасные части
товары народного потребления
основное производство
вспомогательное производство
материально-техническое снабжение
ПР_ОП
ПР_ВП
ПР_МТС
ПП_ОП
…
ПР_ОП
ПР_ВП
ПР_МТС
ПП_ОП
…
виды продукции
объект управления
+
–
–
+
…
Прогнозирование
основного
производства
Перспективное
планирование
основного
производства
VP
АВТ
ЗЧ
ТНП
…
ПР_ОП
ПП_ОП
…
ПР_ОП_АВТ
ПР_ОП_ЗЧ
ПР_ОП_ТНП
ПП_ОП_АВТ
ПП_ОП_ЗЧ
…
ПР_ОП_АВТ
ПП_ОП_АВТ
ПП_ОП_ЗЧ
…
ПР_ОП_АВТ
ПР_ОП_ЗЧ
ПР_ОП_ТНП
ПП_ОП_АВТ
ПП_ОП_ЗЧ
ПП_ОП_ТНП …
+
–
–
+
+
–
…
Прогнозирование
основного
производства
автомобилей
Перспективное
планирование
основного
производства
автомобилей
Перспективное
планирование
основного
производства
зап. частей

27. Метод Казарновского

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Метод Казарновского
Метод структурно-функционального проектирования Казарновского
позволяет порождать управляющие и управляемые функции
производственной системы, а также структуры для их реализации путем
комбинирования элементарных родов деятельности и структурных
элементов деятельности.
Метод относится к группе методов порождающих грамматик.
Формируется некий язык, алфавит которого составляют
«элементарные действия», а синтаксис – правила комбинирования
этих действий.

28. Метод Казарновского

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Метод Казарновского
Признаки комбинирования – виды деятельности (функции)
Основные роды деятельности:
h – производство;
v – жизнеобеспечение;
p – организация (адаптация);
c – управление;
f – обновление.
Комбинации по правилу «присоединения слева»:
vh – жизнеобеспечение производства;
ph – организация производства;
ch – управление производством;
fh – обновление производства;
Более сложные комбинации:
pvh – организация жизнеобеспечения производства;
cfh – управление обновлением производства;
pcfh – организация управления обновлением производства;
fcvh – развитие управления жизнеобеспечением производства;

29. Метод Казарновского

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Метод Казарновского
Основные роды деятельности:
h – производство;
v – жизнеобеспечение;
p – организация (адаптация);
c – управление;
f – обновление.
Функции, связанные с элементами структуры:
i – обеспечение предметами деятельности,
k – обеспечение инструментами,
l – обеспечение энергией,
o – вывод продукции,
t – технологическое преобразование
Функции, связанные с элементами структуры, также можно комбинировать с
любыми элементарными или составными функциями.
cih – управление получением сырья для производства
ich – получение входных данных для управления производством;
tcfh – преобразование информации (принятие решения) в процессе управления
обновлением производства
ocvh – вывод (передача) решения по управлению жизнеобеспечением производства.
Интерпретация функций (определение их содержания) в значительной мере
условна и зависит от соглашений. Например, в деятельности по созданию
нового объекта можно условиться считать подфункцию tf – проектированием,
of – внедрением

30. Метод синтеза задач управления

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Метод синтеза задач управления
В основе данного метода лежит последовательное формирование
множества задач управления, функций переработки информации и
сопоставление каждой из функций информационных и программнотехнических средств их реализации.
В качестве признаков выступают стандартные основания декомпозиции:
- жизненный цикл производства
- жизненный цикл управления
- жизненный цикл переработки информации

31. Метод синтеза задач управления

Раздел 3. Анализ и синтез систем
Тема 3.3. Композиция систем
Метод синтеза задач управления
Жизненный цикл производства
Жизненный цикл управления
Потребность
Снабжение
Производство
Контроль качества
Реализация
Сопровождение
Задачи управления
Прогнозирование потребности
Прогнозирование снабжения
…
Планирование производства
Планирование реализации
…
Контроль снабжения
Контроль производства
…
Прогнозирование
Планирование
Учет, контроль
Анализ
Регулирование
Анализ последствий
Этапы переработки информации
Регистрация
Сбор
Передача
Обработка
Отображение
Хранение
Защита
Уничтожение
Функции управления
Регистрация информации для прогнозирования
потребности
…
Обработка информации при планировании
производства
Хранение информации о контроле снабжения
Самостоятельное изучение темы 3.3:
[Силич В.А., Силич М.П. Теория систем и системный анализ, 2011. – 276 с., п. 2.4.2]