Материал: Моделирование, анализ и оценка надежности информационных систем и технологий. Некравцева Т.А., Толстых Т.О
15
важно качество ее функционирования, определяемое показателем эффективности, являющееся значением критерия оценки эффективности.
Процесс синтеза модели М на основе классического (индуктивного) подхода представлен на рис. 2.1.
Д
Ц
Д
К
…
Д
К
Д 
Ц
Д
Рис. 2.1. Процесс синтеза модели М на основе классического подхода
Реальный объект, подлежащий моделированию, разбивается на отдельные подсистемы, т. е. выбираются исходные данные Д для моделирования и ставятся цели Ц, отображающие отдельные стороны процесса моделирования. По отдельной совокупности исходных данных Д ставится цель моделирования отдельной стороны функционирования системы, на базе этой цели формируется некоторая компонента К будущей модели. Совокупность компонент объединяется в модель М.
Таким образом, разработка модели М на базе классического подхода означает суммирование отдельных компонент в единую модель, причем каждая из компонент решает свои собственные задачи и изолирована от других частей модели. Поэтому классический подход может быть использован для реализации сравнительно простых моделей, в которых возможно разделение и взаимно независимое рассмотрение отдельных сторон функционирования реального объекта.
Системный подход позволяет решить проблему построения сложной системы с учетом всех факторов и возможностей, пропорциональных их значимости, на всех этапах исследования системы S и построения модели М.
16
Системный подход означает, что каждая система .S является интегрированным целым даже тогда, когда она состоит из отдельных разобщенных подсистем. Рассмотрение системы при разработке начинается с формулировки цели функционирования.
Процесс синтеза модели М на базе системного подхода условно представлен на рис. 2.2.
Д |
Д |
КВ |
|
Т |
|
|
|
|
Т |
П |
Э |
|
Ц |
|
М |
||
|
|
|
Т
Т
Рис. 2.2. Процесс синтеза модели М на базе системного подхода.
На основе исходных данных Д, которые известны из анализа внешней системы, тех ограничений, которые накладываются на систему сверху, либо исходя из возможностей ее реализации, и на основе цели функционирования формулируются исходные требования Т к модели системы S. На базе этих требований формируются ориентировочно некоторые подсистемы П, элементы Э и осуществляется наиболее сложный этап синтеза – выбор В составляющих системы, для чего используются специальные критерии выбора КВ.
При моделировании необходимо обеспечить максимальную эффективность модели системы. Эффективность обычно определяется как некоторая разность между какими-то показателями ценности результатов, полученных в итоге эксплуатации модели, и теми затратами, которые были вложены в ее разработку и создание.
Рассматривая системный подход как основу для построения больших систем и как базу создания методики их анализа и синтеза, прежде всего, не-
17
обходимо определить само понятие системного подхода. Существует множество определений, но наиболее правильно то, которое позволяет оценить познавательную сущность системного подхода при моделировании.
Исследование объекта как системы проводится на двух уровнях: мак-
роскопическом и микроскопическом.
Использование макроскопического уровня заключается в изучении системы как части системы более высокого уровня, общего еѐ поведения как целого и в оценке интегративных свойств. Предметом изучения являются входы и выходы. Система рассматривается как некоторый «черный ящик», внутреннее строение которого неизвестно. Цель состоит в изучении взаимодействия рассматриваемой системы с внешней средой, принципов еѐ функционирования в условиях такого взаимодействия на основе построения модели «вход-выход».
Микроскопическое изучение сводится к детальному рассмотрению и описанию отдельных элементов, из которых состоит система, их связей, функций, эффективности и др. Другими словами, происходит изучение «внутренних свойств» и процессов системы, после чего осмысливаются интегральные характеристики системы в целом.
При системном подходе к моделированию систем необходимо, прежде всего, четко определить цель моделирования. Цель возникает из требуемых задач моделирования, что позволяет подойти к выбору критерия и оценить, какие элементы войдут в создаваемую модель М, поэтому необходимо иметь критерий отбора отдельных элементов в создаваемую модель. И здесь важным является определение структуры системы – совокупность связей между элементами системы, отражающих их взаимодействие. Существует ряд подходов к исследованию структуры системы с еѐ свойствами: морфологиче-
ский, функциональный, информационный.
1. При морфологическом подходе выявляются состав выделенных элементов системы S и связи между ними. Совокупность элементов и связей между ними позволяет судить о структуре системы. Глубина описания, уровень детализации определяются целью и назначением системы.
2. Функциональное описание так же как и морфологическое имеет иерархическую схему и отражает иерархию функций, процессов и параметров. При таком подходе рассматриваются отдельные функции, то есть алгоритмы поведения системы, и реализуется функциональный подход, оценивающий функции, которые выполняет система. Поскольку функция отображает свойство, а свойство отображает взаимодействие системы S с внешней
18
средой, то свойства могут быть выражены в виде либо некоторых характеристик элементов Sij и подсистем Si системы, либо системы S в целом.
При наличии некоторого эталона сравнения можно ввести количественные и качественные характеристики систем. Для количественной характеристики вводятся числа, выражающие отношения между данной характеристикой и эталоном. Качественные характеристики системы находятся, например, с помощью метода экспертных оценок.
Проявление функций системы во времени S(t), то есть функционирование системы, означает переход из одного состояния в другое. И здесь очень важно качество еѐ функционирования, определяемое показателем эффективности и являющееся значением критерия оценки эффективности. Система S может оцениваться либо совокупностью частных критериев, либо некоторым общим интегральным критерием.
3. Информационное описание должно давать представление об организации системы. Оно определяет взаимодействие морфологических и функциональных компонент системы в зависимости от качества и количества ―внутренней‖ и ―внешней‖ информации.
Совокупность задач, возникающих при изучении систем с позиций системного подхода разбивается на три класса: синтез систем, анализ систем, принятие решений.
Синтез заключается в генерировании возможных вариантов системы. Различают синтез структуры (структурный синтез) и синтез параметров (параметрический синтез). Структурный синтез – генерирование вариантов структуры системы. Параметрический синтез – определение параметров системы при постоянной структуре.
Анализ заключается в изучении свойств и поведения системы в различных условиях функционирования. В процессе анализа устанавливаются численные значения показателей эффективности системы.
Оценка и принятие решений заключается в общей оценке эффективности (полезности) системы на основе их анализа и выборе наилучших, если при этом имеется несколько альтернативных вариантов, сгенерированных в процессе синтеза.
2.2. Системный характер информационных систем В качестве объекта исследования рассмотрим информационную систе-
му (ИС), которую будем понимать как совокупность средств программного, аппаратного оснащения и пользователей, обеспечивающих осуществление заданного информационного процесса.
Анализ ИС с системных позиций позволяет разделить еѐ на отдельные функциональные подсистемы и определить следующим кортежем системных элементов:
19
ИС= ФН, Ф, СТ, К, О, q ,
ФН - функциональное назначение; Ф – функция; СТ – структура; К – компоновка; О – организация;
q - вектор показателей эффективности (качества).
ФН определяется назначением моделируемой системы. Структуру Ф удобно описывать ориентированным графом G=(TO,U), в котором в качестве множества вершин {TO} выступают операции ИС, а в качестве множества ребер {U} – связи, характеризующие в процессе обработки информационные потоки, передающиеся от одной операции к другой. При этом одну и ту же функцию (Ф) можно логически по разному реализовать, т.е. структурно функция (Ф) может быть реализована различными схемами. Вариантность Ф приводит к необходимости оптимального синтеза еѐ структуры на основе заданной функции.
Под структурой ИС (СТ) будем понимать некоторую организацию еѐ посредством синтеза из отдельных элементов , обладающих определенными свойствами и характеризующих цель и назначение системы. СТ отражает качественный и количественный состав, множество связей между элементами и определяет основные свойства ИС.
Компоновка (К) сводится к задаче геометрического размещения состовляющих систему элементов в заданном производственном объеме (например, создание ЛВС).
Организация ИС (О) – это упорядочение связей и самих элементов. Важнейшей компонентой здесь является организация управления, призванной обеспечить целенаправленное поведение ИС в условиях возможных отклонений расчетных параметров системы.
Вектор q задается совокупностью качественных и количественных показателей эффективности, характеризующей свойства функционирования и структуры системы. Эта совокупность может быть проклассифицирована следующим образом:
показатели назначения, характеризующие полезный эффект от использования ИС и обуславливающие область еѐ определения;
показатели надежности, определяющие свойство системы сохранятьсвою работоспособность в течениеопределѐнного времени;
эргономические показатели;
эстетические показатели;
показатели стандартизации, характеризующие степень использования в ИС стандартизированных элементов;