2.2. Анализ структуры системы

Любая задача системного анализа начинается с построения модели исследуемой системы. Для решения задачи построения модели необходимо вначале произвести изучение структуры системы, выполнить анализ ее компонентов, выявить взаимосвязи между отдельными элементами. Чтобы обоснованно проводить анализ структуры системы, необходимо рассмотреть ряд понятий и определений, характеризующих строение и функционирование системы.

В качестве первого понятия охарактеризуем элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Понятие элемента условно, так как зависит опять же от уровня иерархии рассмотрения объектов в структуре системы. Принято считать, что элемент – это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Рассмотрим примеры элементов. В системе управления и защиты энергоблоков атомных станций при одном уровне иерархии рассмотрения системы в качестве элементов можно выделить блок питания, датчики (камеры нейтронные компенсирующие), устройства отображения информации (электронные показывающие приборы), устройства, вырабатывающие сигналы срабатывания аварийной защиты (по превышению уровня мощности, по прерыванию скорости нарастания мощности и т.п.), устройства автоматического регулирования и прочие блоки и устройства. В свою очередь, каждый из приведенных блоков и устройств может быть расчленен на более мелкие составляющие. Так в их структуре можно выделить резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы. В ряде устройств используются процессоры, элементы памяти, устройства ввода и вывода информации, которые также можно расчленить на составляющие элементы.

В качестве следующей структурной компоненты рассмотрим подсистему. Подсистема – совокупность взаимосвязанных элементов, обладающая свойствами системы (в частности, свойством целостности), способная выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Отличие подсистемы от простой группы элементов состоит в том, что для подсистемы формулируются подцели ее функционирования. Продолжим рассмотрение системы управления и защиты энергоблоков атомных станций. В данной системе выделяют ряд подсистем: автоматического регулирования, ручного регулирования, аварийной защиты, аварийной и предупредительной сигнализации и т.д. каждая из указанных подсистем выполняет конкретную функцию. Так, например, подсистема автоматического регулирования выполняет функцию поддержания заданного уровня мощности энергоустановки. Подсистема аварийной защиты принудительно прекращает работу реакторной установки в случае возникновения аварийной ситуации. Таким образом, каждая из подсистем выполняет свою конкретную функцию.

Если же части системы не обладают свойством целостности и способностью выполнять независимые функции, а представляет собой совокупности однородных элементов, то такие части принято называть компонентами.

Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство, строение. При описании системы недостаточно перечислить элементы, из которых она состоит. Требуется отобразить систему путем расчленения ее на подсистемы, компоненты и элементы и показать, каким путем обеспечивается в объекте выполнение поставленной цели. Для выполнения такой процедуры и вводят понятие структуры. Таким образом, структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами, которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность ее элементов и связей. Структура системы - состав системы и схема связей между ее элементами. Понятие структуры можно определить следующим образом. Совокупность отношений, заданных на множестве подсистем и элементов, образующих некоторую систему, называется структурой этой системы.

Следующее понятие, которое будем рассматривать, - связь. Данное понятие входит в любое определение системы наряду с понятием элемент и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Понятие связь характеризует одновременно и статическое строение системы, и динамическое ее поведение. Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Связь характеризуется направлением, силой и характером. По первому признаку связи делят на направленные и неправильные. По второму признаку различают сильные и слабые связи. По характеру выделяют связи подчинения, равноправные, генетические, связи управления. Различают также связи по направленности процессов – прямые и обратные. Обратные связи могут быть положительными, сохраняющими тенденции происходящих в системе изменений того или иного параметра, и отрицательными – противодействующим тенденциям изменения выходного параметра. Обратная связь направлена на сохранение, стабилизацию требуемого значения параметра. Обратная связь является основой приспособления систем к изменяющимся условиям существования, основой саморегулирования и развития систем.

Следующее понятие – цель системы – важное понятие, лежащее в основе развития систем. Цели системы - желательные состояния или результаты поведения системы. Глобальная цель системы – конечное состояние, к которому стремится система в силу своей структурной организации. Цель также можно определить следующим образом: «цель – это субъективный образ (абстрактная модель) не существующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему» [16]. В практических применениях цель – это идеальное устремление, которое позволяет коллективу увидеть перспективы или реальные возможности, обеспечивающие своевременное завершение очередного этапа на пути к идеальным устремлениям. Цель достигается путем решения задач. Задача системы – цели, которые желательно достичь к определенному моменту времени в пределах определенного периода функционирования системы.

Для описания системы создается ее модель. Модель – это отражение структуры системы, ее элементов и взаимосвязей, направленное на отображение определенной группы свойств. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.