Теоретические основы автоматизированного управления

.. 

..   

    

                    

  2005

ПРЕДИСЛОВИЕ

УДК 004.3 ББК 32.965.7 М51

Р е ц е н з е н т ы: афедра «Автоматизированные системы правления» Обнинсо о осдарственно о техничесо о ниверситета атомной энер етии (зав. афедрой д-р техн. на, проф. А.Н. Анохин); д-р техн. на, проф. Л.И. Гри орьев (Мосовсий осдарственный ниверситет нефти и аза им. И.М. Гбина).

М51

Меньов А.В. Теоретичесие основы автоматизированно о правления/ А.В. Меньов, В.А. Острейовсий. — Учебни для взов. — М.: Издательство Онис, 2005. — 640 с.: ил. ISBN 5-488-00129-8 В чебние со ласно требованиям Госдарственных образовательных стандартов рассмотрены методоло ия построения и основные понятия автоматизированных систем правления (АСУ), модели анализа и синтеза стртры АСУ, модели принятия решения. Приведены виды правления в АСУ и общие вопросы системно о анализа. Большое внимание делено различным типам и особенностям лассифиации АСУ, состав и фнциям основных подсистем АСУ. Описано содержание математичесо о, информационно о, про раммно о и др их видов обеспечения фнционирования АСУ. Для стдентов, обчающихся по специальности «Автоматизированные системы правления» и направлению «Информатиа и вычислительная техниа», а таже стдентов взов ибернетичесо!о направления. УДК 004.3 ББК 32.965.7

ISBN 5-488-00129-8

© А.В. Меньов, 2005 © В.А. Острейовсий, 2005 © ООО «Издательство Онис», 2005

Вторая половина ХХ веа харатерна появлением машин и систем высоой онстртивной сложности, способных выполнять ответственные задачи. К начал 50-х одов прошло о веа пратичеси заончилась механизация и автоматизация физичесо о трда человеа. Более 99% объема работ выполнялось машинами. В это время человечество столнлось с новой проблемой: физичесий трд человеа стал выполняться машинами, а автоматизация мственной деятельности оператора (правленца) продолжала оставаться таой же, аой она была в течение последних 2000—2500 лет. Техниа постоянно сложнялась, она выполняла все больше и больше фнций, процессы правления становились все более сложными, а ачество фнционирования систем правления либо оставалось прежним, либо хдшалось из-за сложнения производства. Решением это о противоречия стало естественное, объетивное появление и становление во второй половине ХХ веа новой начной дисциплины — теории автоматизированно о правления а одно о из разделов наи о заономерностях правления в техничесих, биоло ичесих, социальных и др их лассах систем. Целями данно о чебниа являются: 1. Систематичесое изложение теоретичесих вопросов автоматизированно о правления. 2. Рассмотрение лассифиации и значительно о числа принципов построения автоматизированных систем правления. 3. Ориентация на онретные про раммы обчения стдентов ибернетичесо о профиля ниверситетсо о политехничесо о образования. В предисловии изла аются основные принципы, положенные в основ чебниа, и методичесие особенности дисциплины «Теоретичесие основы автоматизированно о правления». Введение — встпление  основном тест чебниа. Е о цель — познаомить стдента с сществом проблемы автоматизированно о правления и ратой историей этой теории. Первый раздел чебниа — «Математичесие методы теории автоматизированно о правления» — состоит из шести лав. Первая лава содержит основные понятия и определения автоматизированно о правления. Автоматизированное правление рассматривается с позиций теории систем и системно о анализа. Поазана роль информации в процессе правления. 3

ПРЕДИСЛОВИЕ

УДК 004.3 ББК 32.965.7 М51

Р е ц е н з е н т ы: афедра «Автоматизированные системы правления» Обнинсо о осдарственно о техничесо о ниверситета атомной энер етии (зав. афедрой д-р техн. на, проф. А.Н. Анохин); д-р техн. на, проф. Л.И. Гри орьев (Мосовсий осдарственный ниверситет нефти и аза им. И.М. Гбина).

М51

Меньов А.В. Теоретичесие основы автоматизированно о правления/ А.В. Меньов, В.А. Острейовсий. — Учебни для взов. — М.: Издательство Онис, 2005. — 640 с.: ил. ISBN 5-488-00129-8 В чебние со ласно требованиям Госдарственных образовательных стандартов рассмотрены методоло ия построения и основные понятия автоматизированных систем правления (АСУ), модели анализа и синтеза стртры АСУ, модели принятия решения. Приведены виды правления в АСУ и общие вопросы системно о анализа. Большое внимание делено различным типам и особенностям лассифиации АСУ, состав и фнциям основных подсистем АСУ. Описано содержание математичесо о, информационно о, про раммно о и др их видов обеспечения фнционирования АСУ. Для стдентов, обчающихся по специальности «Автоматизированные системы правления» и направлению «Информатиа и вычислительная техниа», а таже стдентов взов ибернетичесо!о направления. УДК 004.3 ББК 32.965.7

ISBN 5-488-00129-8

© А.В. Меньов, 2005 © В.А. Острейовсий, 2005 © ООО «Издательство Онис», 2005

Вторая половина ХХ веа харатерна появлением машин и систем высоой онстртивной сложности, способных выполнять ответственные задачи. К начал 50-х одов прошло о веа пратичеси заончилась механизация и автоматизация физичесо о трда человеа. Более 99% объема работ выполнялось машинами. В это время человечество столнлось с новой проблемой: физичесий трд человеа стал выполняться машинами, а автоматизация мственной деятельности оператора (правленца) продолжала оставаться таой же, аой она была в течение последних 2000—2500 лет. Техниа постоянно сложнялась, она выполняла все больше и больше фнций, процессы правления становились все более сложными, а ачество фнционирования систем правления либо оставалось прежним, либо хдшалось из-за сложнения производства. Решением это о противоречия стало естественное, объетивное появление и становление во второй половине ХХ веа новой начной дисциплины — теории автоматизированно о правления а одно о из разделов наи о заономерностях правления в техничесих, биоло ичесих, социальных и др их лассах систем. Целями данно о чебниа являются: 1. Систематичесое изложение теоретичесих вопросов автоматизированно о правления. 2. Рассмотрение лассифиации и значительно о числа принципов построения автоматизированных систем правления. 3. Ориентация на онретные про раммы обчения стдентов ибернетичесо о профиля ниверситетсо о политехничесо о образования. В предисловии изла аются основные принципы, положенные в основ чебниа, и методичесие особенности дисциплины «Теоретичесие основы автоматизированно о правления». Введение — встпление  основном тест чебниа. Е о цель — познаомить стдента с сществом проблемы автоматизированно о правления и ратой историей этой теории. Первый раздел чебниа — «Математичесие методы теории автоматизированно о правления» — состоит из шести лав. Первая лава содержит основные понятия и определения автоматизированно о правления. Автоматизированное правление рассматривается с позиций теории систем и системно о анализа. Поазана роль информации в процессе правления. 3

Во второй лаве детально изла аются методоло ия и принципы, заладываемые при проетировании автоматизированных систем правления. Приводится лассифиация систем автоматизированно о правления и харатеристиа этапов (последовательности) их разработи. Третья лава чебниа посвящена применению системно о анализа а основно о начно о метода построения автоматизированно о правления. Четвертая и пятая лавы чебниа содержат математичесий аппарат соответственно анализа и синтеза стртры автоматизированных систем правления (АСУ). При стртрном анализе АСУ в четвертой лаве подчеривается ниверсальность математичесих методов и их необычайная важность для обеспечения фнционирования стртры. В пятой лаве рассмотрены математичесие модели формализации общей и частных задач синтеза оптимальной стртры АСУ. Чрезвычайная роль человеа-оператора при автоматизированном правлении определила содержание шестой лавы чебниа, в оторой анализирется формализация поведения человеа, на оторо о в человео-машинных системах возла ается фнция принятия решения. В этой лаве изложены математичесий аппарат теории принятия решений. Второй раздел чебниа — «Приладные вопросы автоматизированно о правления» — состоит из трех лав и содержит описание видов правления и основных лассов АСУ, обеспечивающих фнционирование АСУ подсистем. Материал этой части чебниа с достаточной степенью обобщенности позволяет стдентам понять сщность АСУ различных лассов. С этой целью в седьмой лаве детально рассмотрены сществющие в настоящее время виды правления, проанализированы их достоинства и недостати. Основное внимание делено содержанию правления иерархичесо о типа. В восьмой лаве приведено описание основных лассов АСУ. Это сделано с целью то о, чтобы  стдентов в процессе изчения теории автоматизированно о правления сложилось целостное представление о связи изчаемой теории с пратиой. Залючительная, девятая лава чебниа посвящена рассмотрению обеспечивающих подсистем автоматизированно о правления. Здесь изложены методы создания математичесо о, информационно о, про раммно о, техничесо о, лин вистичесо о и др их видов подсистем автоматизированно о правления. В Залючении приведены сведения о направлениях дальнейше о развития теории и пратии автоматизированно о правле4

ния. Поазана связь теории с вопросами автоматизированно о правления, особенностями фнционирования АСУ в словиях широо о применения информационной и вычислительных сетей, расширения возможностей вычислительной технии пято о пооления, использования эспертных и информационных интеллетальных систем. Подчернто ислючительное влияние систем «советчи оператора» при принятии ответственных решений в словиях о раниченно о времени, неопределенности информации и риса. Каждая лава чебниа дополнена онтрольными вопросами. Учебни содержит приложения: лоссарий автоматизированно о правления, темати рсовых работ и примеры их выполнения, содержание ГОСТов по АСУ. В списе литератры азаны основные и дополнительные источнии. Имеющаяся в настоящее время литератра по теории автоматизированно о правления, оторая может быть реомендована стдентам в ачестве чебных пособий,  сожалению, либо старела, либо отражает лишь отдельные вопросы дисциплины. Пратичеси единственным чебниом по теории автоматизированно о правления является ни а А.Г. Мамионова «Основы построения АСУ», выпщенная издательством «Высшая шола» еще в 1981 . и давно ставшая библио рафичесой редостью. Поэтом в библиотеах взов в настоящее время чебная литератра по теории автоматизированно о правления пратичеси отстствет. Мы взяли на себя смелость восполнить этот пробел. Авторы в работе над чебниом поставили себе словие, чтобы содержание ни и соответствовало требованиям Госдарственно о образовательно о стандарта и Примерной про рамме одноименной дисциплины — «Теоретичесие основы автоматизированно о правления». В основ данно о чебниа положен более чем тридцатилетний опыт чтения рса леций стдентам в Мосовсом осдарственном техничесом ниверситете им. Н.Э. Бамана, Мосовсом осдарственном ниверситете печати, Обнинсом осдарственном техничесом ниверситете атомной энер етии и Ср тсом осдарственном ниверситете. Работа над чебниом распределена следющим образом: предисловие, введение, лавы 1—3, 7—9, залючение написаны проф. В.А. Острейовсим; лавы 4—6, пара рафы 2.2 — 2.4, 8.1 и 9.1 и приложения 1 и 2 — доц. А.В. Меньовым. Методоло ия и содержание чебниа под отовлены бла одаря мно олетней работе авторов в УМО взов по ниверситетсом политехничесом образованию под роводством выдаю5

Во второй лаве детально изла аются методоло ия и принципы, заладываемые при проетировании автоматизированных систем правления. Приводится лассифиация систем автоматизированно о правления и харатеристиа этапов (последовательности) их разработи. Третья лава чебниа посвящена применению системно о анализа а основно о начно о метода построения автоматизированно о правления. Четвертая и пятая лавы чебниа содержат математичесий аппарат соответственно анализа и синтеза стртры автоматизированных систем правления (АСУ). При стртрном анализе АСУ в четвертой лаве подчеривается ниверсальность математичесих методов и их необычайная важность для обеспечения фнционирования стртры. В пятой лаве рассмотрены математичесие модели формализации общей и частных задач синтеза оптимальной стртры АСУ. Чрезвычайная роль человеа-оператора при автоматизированном правлении определила содержание шестой лавы чебниа, в оторой анализирется формализация поведения человеа, на оторо о в человео-машинных системах возла ается фнция принятия решения. В этой лаве изложены математичесий аппарат теории принятия решений. Второй раздел чебниа — «Приладные вопросы автоматизированно о правления» — состоит из трех лав и содержит описание видов правления и основных лассов АСУ, обеспечивающих фнционирование АСУ подсистем. Материал этой части чебниа с достаточной степенью обобщенности позволяет стдентам понять сщность АСУ различных лассов. С этой целью в седьмой лаве детально рассмотрены сществющие в настоящее время виды правления, проанализированы их достоинства и недостати. Основное внимание делено содержанию правления иерархичесо о типа. В восьмой лаве приведено описание основных лассов АСУ. Это сделано с целью то о, чтобы  стдентов в процессе изчения теории автоматизированно о правления сложилось целостное представление о связи изчаемой теории с пратиой. Залючительная, девятая лава чебниа посвящена рассмотрению обеспечивающих подсистем автоматизированно о правления. Здесь изложены методы создания математичесо о, информационно о, про раммно о, техничесо о, лин вистичесо о и др их видов подсистем автоматизированно о правления. В Залючении приведены сведения о направлениях дальнейше о развития теории и пратии автоматизированно о правле4

ния. Поазана связь теории с вопросами автоматизированно о правления, особенностями фнционирования АСУ в словиях широо о применения информационной и вычислительных сетей, расширения возможностей вычислительной технии пято о пооления, использования эспертных и информационных интеллетальных систем. Подчернто ислючительное влияние систем «советчи оператора» при принятии ответственных решений в словиях о раниченно о времени, неопределенности информации и риса. Каждая лава чебниа дополнена онтрольными вопросами. Учебни содержит приложения: лоссарий автоматизированно о правления, темати рсовых работ и примеры их выполнения, содержание ГОСТов по АСУ. В списе литератры азаны основные и дополнительные источнии. Имеющаяся в настоящее время литератра по теории автоматизированно о правления, оторая может быть реомендована стдентам в ачестве чебных пособий,  сожалению, либо старела, либо отражает лишь отдельные вопросы дисциплины. Пратичеси единственным чебниом по теории автоматизированно о правления является ни а А.Г. Мамионова «Основы построения АСУ», выпщенная издательством «Высшая шола» еще в 1981 . и давно ставшая библио рафичесой редостью. Поэтом в библиотеах взов в настоящее время чебная литератра по теории автоматизированно о правления пратичеси отстствет. Мы взяли на себя смелость восполнить этот пробел. Авторы в работе над чебниом поставили себе словие, чтобы содержание ни и соответствовало требованиям Госдарственно о образовательно о стандарта и Примерной про рамме одноименной дисциплины — «Теоретичесие основы автоматизированно о правления». В основ данно о чебниа положен более чем тридцатилетний опыт чтения рса леций стдентам в Мосовсом осдарственном техничесом ниверситете им. Н.Э. Бамана, Мосовсом осдарственном ниверситете печати, Обнинсом осдарственном техничесом ниверситете атомной энер етии и Ср тсом осдарственном ниверситете. Работа над чебниом распределена следющим образом: предисловие, введение, лавы 1—3, 7—9, залючение написаны проф. В.А. Острейовсим; лавы 4—6, пара рафы 2.2 — 2.4, 8.1 и 9.1 и приложения 1 и 2 — доц. А.В. Меньовым. Методоло ия и содержание чебниа под отовлены бла одаря мно олетней работе авторов в УМО взов по ниверситетсом политехничесом образованию под роводством выдаю5

щихся ченых в области автоматизации правления профессоров В.Н. Четвериова и Б.Я. Советова. Неоценимю помощь оазали авторам члены УМО проф. Ю.Г. Древс, А.Г. Мамионов, А.В. Петров, О.М. Петров, Н.И. Феднец, Я.Ф. Хета ров, Г.А. Ходжаев, К.Э. Шахов, С.А. Яовлев. Авторы выражают исреннюю бла одарность рецензентам: афедре «Автоматизированные системы правления» Обнинсоо осдарственно о техничесо о ниверситета атомной энер етии (зав. афедрой — дотор техн. на, проф. А.Н. Анохин) и дотор техн. на, проф. Л.И. Гри орьев (Мосовсий осдарственный ниверситет нефти и аза им. И.М. Гбина) за ценные замечания при рецензировании чебниа. Авторы сердечно бла одарят Н.А. Жов за помощь при под отове рописи  печати, а таже С.П. Сааяна за из отовление ори инал-маета чебниа. Авторы

6

Списо основных соращений АИС — АП — АРМ — АС — АСНИ — АСОД — АСОИУ — АСУ — АСУП — АСУТП — АТК АУ БД БЗ БнД БИП БИС БС БУ ВП ВТ ГАП ГПМ ГПС ИАСУ ИВС ИО ИПС ИТ КСАП ЛО ММ ММет МО НИР НП ОАСУ ОО ОС ОУП ПО

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

автоматизированная информационная система автоматизированное проетирование автоматизированное рабочее место автоматизированная система автоматизированная система начных исследований автоматизированная система обработи данных автоматизированная система обработи информации и правления автоматизированная система правления автоматизированная система правления предприятием автоматизированная система правления техноло(ичесими процессами автоматизированный техноло(ичесий омплес автоматизированное правление база данных база знаний бан данных блочно-иерархичесий подход большая инте(ральная схема большая система бх(алтерсий чет восходящее проетирование вычислительная техниа (ибое автоматизированное производство (ибий производственный модль (ибая производственная система инте(рированная автоматизированная система правления информационно-вычислительная система информационное обеспечение информационно-поисовая система информационная техноло(ия омплес средств автоматизации проетирования лин(вистичесое обеспечение математичесая модель математичесий метод математичесое обеспечение начно-исследовательсая работа нисходящее проетирование отраслевая автоматизированная система правления ор(анизационное обеспечение операционная система оперативное правление производством про(раммное обеспечение

7

щихся ченых в области автоматизации правления профессоров В.Н. Четвериова и Б.Я. Советова. Неоценимю помощь оазали авторам члены УМО проф. Ю.Г. Древс, А.Г. Мамионов, А.В. Петров, О.М. Петров, Н.И. Феднец, Я.Ф. Хета ров, Г.А. Ходжаев, К.Э. Шахов, С.А. Яовлев. Авторы выражают исреннюю бла одарность рецензентам: афедре «Автоматизированные системы правления» Обнинсоо осдарственно о техничесо о ниверситета атомной энер етии (зав. афедрой — дотор техн. на, проф. А.Н. Анохин) и дотор техн. на, проф. Л.И. Гри орьев (Мосовсий осдарственный ниверситет нефти и аза им. И.М. Гбина) за ценные замечания при рецензировании чебниа. Авторы сердечно бла одарят Н.А. Жов за помощь при под отове рописи  печати, а таже С.П. Сааяна за из отовление ори инал-маета чебниа. Авторы

6

Списо основных соращений АИС — АП — АРМ — АС — АСНИ — АСОД — АСОИУ — АСУ — АСУП — АСУТП — АТК АУ БД БЗ БнД БИП БИС БС БУ ВП ВТ ГАП ГПМ ГПС ИАСУ ИВС ИО ИПС ИТ КСАП ЛО ММ ММет МО НИР НП ОАСУ ОО ОС ОУП ПО

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

автоматизированная информационная система автоматизированное проетирование автоматизированное рабочее место автоматизированная система автоматизированная система начных исследований автоматизированная система обработи данных автоматизированная система обработи информации и правления автоматизированная система правления автоматизированная система правления предприятием автоматизированная система правления техноло(ичесими процессами автоматизированный техноло(ичесий омплес автоматизированное правление база данных база знаний бан данных блочно-иерархичесий подход большая инте(ральная схема большая система бх(алтерсий чет восходящее проетирование вычислительная техниа (ибое автоматизированное производство (ибий производственный модль (ибая производственная система инте(рированная автоматизированная система правления информационно-вычислительная система информационное обеспечение информационно-поисовая система информационная техноло(ия омплес средств автоматизации проетирования лин(вистичесое обеспечение математичесая модель математичесий метод математичесое обеспечение начно-исследовательсая работа нисходящее проетирование отраслевая автоматизированная система правления ор(анизационное обеспечение операционная система оперативное правление производством про(раммное обеспечение

7

ПС РП РЭА САПР СРП САУ СИИ СУ СЧМ ТАУ ТЗ ТО ТОУ ТП ТПП ТЭП УВМ УКП ЧПУ ЭВМ ЭВТ ЭС

8

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

про(раммные средства рабочий проет радиоэлетронная аппаратра система автоматизированно(о проетирования сбыт и реализация продции система автоматичесо(о правления система иссственно(о интеллета система правления система «челове— машина» теория автоматичесо(о правления техничесое задание техничесое (техноло(ичесое) обеспечение техноло(ичесий объет правления техничесий проет техничесая под(отова производства технио-эономичесое планирование правляющая вычислительная машина правление ачеством продции числовое про(раммное правление элетронная вычислительная машина элетронно-вычислительная техниа эспертная система

Введение в теорию автоматизированноо правления В.1. Объетивная необходимость автоматизации обработи информации и правления Во второй половине ХХ веа человечество встпило в новый этап свое о развития. В этот период начался переход от индстриально о общества  информационном. Процесс, обеспечивающий этот переход, полчил название информатизации. Информатизация — это процесс создания, развития и всеобще о применения информационных средств и техноло ий, обеспечивающих достижение и поддержание ровня информированности всех членов общества, необходимо о и достаточно о для ардинально о лчшения ачества трда и словий жизни общества. При этом информация становится важнейшим страте ичесим ресрсом общества и занимает лючевое место в эономие, образовании и льтре. Неизбежность информатизации общества обсловлена резим возрастанием роли и значения информации. В истории развития человечесо о общества известны несольо информационных барьеров. В эпох первобытно-общинно о строя лава рода или племени один держивал в олове все эономичесие вопросы свое о сообщества. Однао по мере роста общественно о производства, роста производительности трда возможности одно о человечесо о моз а оазались исчерпанными. Это первый информационный барьер. Выход оазался чрезвычайно прост: чем сложнее задача правления производством, войсами, образованием и т. д., тем большее число людей вовлеается в процесс правления. Но настпает таой момент, о да дальнейшее величение оличества людей, занятых в обработе информации при принятии ответственных решений и правлении, же не лчшает ачества и эффетивности правляющих воздействий на объет правлений. Это второй информационный барьер. В онце 50-х — начале 60-х одов ХХ веа ведщие специалисты Франции предсазывали, что если эономиа ведщих апиталистичесих стран мира бдет развиваться высоими темпами под влиянием начно-техничесой революции второй половины прошло о веа, то  середине 70-х одов (т. е. через 15 — 20 лет) для поддержания нормально о фнционирования эономии потребется задействовать в сфере правления все взрослое население страны. Анало ичные расчеты были выполнены и в СССР. Та, аадеми В.М. Глшов приводит следющие простейшие расчеты, ха9

ПС РП РЭА САПР СРП САУ СИИ СУ СЧМ ТАУ ТЗ ТО ТОУ ТП ТПП ТЭП УВМ УКП ЧПУ ЭВМ ЭВТ ЭС

8

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

про(раммные средства рабочий проет радиоэлетронная аппаратра система автоматизированно(о проетирования сбыт и реализация продции система автоматичесо(о правления система иссственно(о интеллета система правления система «челове— машина» теория автоматичесо(о правления техничесое задание техничесое (техноло(ичесое) обеспечение техноло(ичесий объет правления техничесий проет техничесая под(отова производства технио-эономичесое планирование правляющая вычислительная машина правление ачеством продции числовое про(раммное правление элетронная вычислительная машина элетронно-вычислительная техниа эспертная система

Введение в теорию автоматизированноо правления В.1. Объетивная необходимость автоматизации обработи информации и правления Во второй половине ХХ веа человечество встпило в новый этап свое о развития. В этот период начался переход от индстриально о общества  информационном. Процесс, обеспечивающий этот переход, полчил название информатизации. Информатизация — это процесс создания, развития и всеобще о применения информационных средств и техноло ий, обеспечивающих достижение и поддержание ровня информированности всех членов общества, необходимо о и достаточно о для ардинально о лчшения ачества трда и словий жизни общества. При этом информация становится важнейшим страте ичесим ресрсом общества и занимает лючевое место в эономие, образовании и льтре. Неизбежность информатизации общества обсловлена резим возрастанием роли и значения информации. В истории развития человечесо о общества известны несольо информационных барьеров. В эпох первобытно-общинно о строя лава рода или племени один держивал в олове все эономичесие вопросы свое о сообщества. Однао по мере роста общественно о производства, роста производительности трда возможности одно о человечесо о моз а оазались исчерпанными. Это первый информационный барьер. Выход оазался чрезвычайно прост: чем сложнее задача правления производством, войсами, образованием и т. д., тем большее число людей вовлеается в процесс правления. Но настпает таой момент, о да дальнейшее величение оличества людей, занятых в обработе информации при принятии ответственных решений и правлении, же не лчшает ачества и эффетивности правляющих воздействий на объет правлений. Это второй информационный барьер. В онце 50-х — начале 60-х одов ХХ веа ведщие специалисты Франции предсазывали, что если эономиа ведщих апиталистичесих стран мира бдет развиваться высоими темпами под влиянием начно-техничесой революции второй половины прошло о веа, то  середине 70-х одов (т. е. через 15 — 20 лет) для поддержания нормально о фнционирования эономии потребется задействовать в сфере правления все взрослое население страны. Анало ичные расчеты были выполнены и в СССР. Та, аадеми В.М. Глшов приводит следющие простейшие расчеты, ха9

ратеризющие состояние проблемы правления эономиой СССР на середин 60-х одов. Было подсчитано, что для более или менее довлетворительно о правления эономиой необходимо выполнять 1016 арифметичесих операций в од. Таим образом, если один челове с альлятором способен за смен 8 часов выполнить тысяч арифметичесих операций, то работая без выходных, праздниов и отпса, он выполнит ооло 106 операций. Следовательно, для довлетворительно о правления эономиой необходимое число правленцев составит 10 миллиардов челове! Средством преодоления второ о информационно о барьера являются автоматизированные информационные системы на базе ЭВМ.

ТАУ полчили свое первое развитие применительно  процессам, встречающимся лавным образом в техние. Три причины лежат в основе это о развития: 1) мно ие объеты правления были идентифицированы выдающимися чеными — ан лийсим физиом Дж.-К. Масвеллом (1831—1879), рссим математиом А.И. Вышне радсим (1832—1895), словацим теплотехниом А. Стодолой (1859—1942) и рссим математиом А.А. Ляпновым (1857—1918), т. е. были полчены их математичесие модели, описываемые обыновенными дифференциальными равнениями (веторными) x· = f (x, u, t) (В.1) и неравенствами N (x, u, t) l 0,

В.2. Кратая историчесая справа о развитии теории автоматизированноо правления Теория автоматизированно о правления — это сравнительно молодая начная дисциплина, вознишая из потребностей пратии в связи с брным начно-техничесим про рессом и, в первю очередь, из-за появления сложных систем правления с большим числом элементов элетронии и автоматии. Теория автоматизированно о правления является ветвью ибернетии а наи о наиболее общих заономерностях правления в техничесих, биоло ичесих и социальных системах. Т. е. оворить о теории автоматизированно о правления стало возможным тольо после появления лассичесих работ в области теоретичесой ибернетии Н. Винера, У.-Р. Эшби, Дж. фон Неймана. Именно в моно рафиях этих ченых в 1948—1956 . были заложены современные основы наи об правлении. В сочетании с развитием теории информации (К. Шеннон, 1948 .) наа об правлении полчила стро ое и стройное развитие. Большю роль в разработе теоретичесих основ ибернетии сы рали разработи советсих и российсих ченых: А.И. Бер а, В.М. Глшова, В.А. Трапезниова, Г.С. Поспелова, А.Г. Мамионова, В.И. Срихина, И.П. Норенова, А.А. Тимчено и др их. На развитие теории автоматизированно о правления оазала сильное влияние теория автоматичесо о правления (ТАУ), оторая  середине 50-х одов ХХ веа была развита довольно хорошо. ТАУ — это наа о методах определения заонов правления объетами, допсающих реализацию с помощью техничесих средств автоматии. Историчеси сложилось та, что методы 10

(В.2)

де x (x1, x2, ..., xn) — ветор состояния объета, u (u1, u2, ..., um) — ветор правления, t — время. Уравнение (В.1) — математичесая запись заонов, оторым подчиняется объет правления; неравенство (В.2) — область е о определения; 2) еще задол о до развития ТАУ, бла одаря становлению ряда фндаментальных заонов природы, сществовал хорошо развитый математичесий аппарат теории стойчивости движения; 3) инженеры отрыли заон обратной связи и нашли средства е о реализации. Таже в ТАУ внесли большой влад таие выдающиеся отечественные и зарбежные ченые, а А. Грвиц, Х. Найвист, А.В. Михайлов, А. Панаре, А.А. Андронов, Н.Н. Красовсий, Л.С. Понтря ин, В.И. Збов, В.А. Бесеерсий, Е.П. Попов, В.С. Емельянов, В.С. П ачев и др. Наряд с техничесой ибернетиой в 60-е оды ХХ веа широое развитие полчила эономичесая ибернетиа. Эономичесая ибернетиа изчает процессы сбора, наопления, хранения и переработи информации об эономичесих объетах или явлениях. Предметом эономичесой ибернетии являются процессы правления эономиой страны, отрасли, района, промышленно о омплеса, производства, отдельно о предприятия, часта, несольих станов или рппы людей и т. д. Методы анализа, применяемые в эономичесой ибернетие, помо ают находить оптимальные режимы правления и строить рациональные системы обработи эономичесих данных, основанные на широом использовании вычислительной технии (ВТ). Исследования по эономичесой ибернетие направлены на: 11

ратеризющие состояние проблемы правления эономиой СССР на середин 60-х одов. Было подсчитано, что для более или менее довлетворительно о правления эономиой необходимо выполнять 1016 арифметичесих операций в од. Таим образом, если один челове с альлятором способен за смен 8 часов выполнить тысяч арифметичесих операций, то работая без выходных, праздниов и отпса, он выполнит ооло 106 операций. Следовательно, для довлетворительно о правления эономиой необходимое число правленцев составит 10 миллиардов челове! Средством преодоления второ о информационно о барьера являются автоматизированные информационные системы на базе ЭВМ.

ТАУ полчили свое первое развитие применительно  процессам, встречающимся лавным образом в техние. Три причины лежат в основе это о развития: 1) мно ие объеты правления были идентифицированы выдающимися чеными — ан лийсим физиом Дж.-К. Масвеллом (1831—1879), рссим математиом А.И. Вышне радсим (1832—1895), словацим теплотехниом А. Стодолой (1859—1942) и рссим математиом А.А. Ляпновым (1857—1918), т. е. были полчены их математичесие модели, описываемые обыновенными дифференциальными равнениями (веторными) x· = f (x, u, t) (В.1) и неравенствами N (x, u, t) l 0,

В.2. Кратая историчесая справа о развитии теории автоматизированноо правления Теория автоматизированно о правления — это сравнительно молодая начная дисциплина, вознишая из потребностей пратии в связи с брным начно-техничесим про рессом и, в первю очередь, из-за появления сложных систем правления с большим числом элементов элетронии и автоматии. Теория автоматизированно о правления является ветвью ибернетии а наи о наиболее общих заономерностях правления в техничесих, биоло ичесих и социальных системах. Т. е. оворить о теории автоматизированно о правления стало возможным тольо после появления лассичесих работ в области теоретичесой ибернетии Н. Винера, У.-Р. Эшби, Дж. фон Неймана. Именно в моно рафиях этих ченых в 1948—1956 . были заложены современные основы наи об правлении. В сочетании с развитием теории информации (К. Шеннон, 1948 .) наа об правлении полчила стро ое и стройное развитие. Большю роль в разработе теоретичесих основ ибернетии сы рали разработи советсих и российсих ченых: А.И. Бер а, В.М. Глшова, В.А. Трапезниова, Г.С. Поспелова, А.Г. Мамионова, В.И. Срихина, И.П. Норенова, А.А. Тимчено и др их. На развитие теории автоматизированно о правления оазала сильное влияние теория автоматичесо о правления (ТАУ), оторая  середине 50-х одов ХХ веа была развита довольно хорошо. ТАУ — это наа о методах определения заонов правления объетами, допсающих реализацию с помощью техничесих средств автоматии. Историчеси сложилось та, что методы 10

(В.2)

де x (x1, x2, ..., xn) — ветор состояния объета, u (u1, u2, ..., um) — ветор правления, t — время. Уравнение (В.1) — математичесая запись заонов, оторым подчиняется объет правления; неравенство (В.2) — область е о определения; 2) еще задол о до развития ТАУ, бла одаря становлению ряда фндаментальных заонов природы, сществовал хорошо развитый математичесий аппарат теории стойчивости движения; 3) инженеры отрыли заон обратной связи и нашли средства е о реализации. Таже в ТАУ внесли большой влад таие выдающиеся отечественные и зарбежные ченые, а А. Грвиц, Х. Найвист, А.В. Михайлов, А. Панаре, А.А. Андронов, Н.Н. Красовсий, Л.С. Понтря ин, В.И. Збов, В.А. Бесеерсий, Е.П. Попов, В.С. Емельянов, В.С. П ачев и др. Наряд с техничесой ибернетиой в 60-е оды ХХ веа широое развитие полчила эономичесая ибернетиа. Эономичесая ибернетиа изчает процессы сбора, наопления, хранения и переработи информации об эономичесих объетах или явлениях. Предметом эономичесой ибернетии являются процессы правления эономиой страны, отрасли, района, промышленно о омплеса, производства, отдельно о предприятия, часта, несольих станов или рппы людей и т. д. Методы анализа, применяемые в эономичесой ибернетие, помо ают находить оптимальные режимы правления и строить рациональные системы обработи эономичесих данных, основанные на широом использовании вычислительной технии (ВТ). Исследования по эономичесой ибернетие направлены на: 11

1) выбор поазателей, необходимых для правления эономичесими объетами; 2) выбор способов полчения, передачи и обработи информации об этих поазателях; 3) выбор техничесих средств обработи эономичесой информации на различных ровнях правления; 4) изчение и реомендации по ал оритмам и про раммам обработи информации. Первоначально становление эономичесой ибернетии связано с разработой математичесих моделей эономичесих систем и явлений, использованием элетронных вычислительных машин (ЭВМ) для исследования этих моделей и для решения задач правления. Применение математичесих стртр и методов во мно ом шло по линии применения математичесой символии и ливидации терминоло ичесих различий. Это направление развивается и сейчас в рамах математичесих методов и моделей эономии. Математичесие модели эономичесих систем и явлений позволили лчше осмыслить динами изчаемых систем, выработать действенные реомендации по рационализации их стртры и методов эономичесо о про нозирования и правления. Особое значение имело изчение ре лирющих фаторов в таих моделях, вопросов стойчивости, равновесия, роста, ре лирюще о харатера цен, выявление и подчеривание обратных связей в эономие, исследование онфлитных ситаций (в рамах теории и р), соотношений межд оптимальным фнционированием и общей мобильностью эономичесих систем. Эономичесая ибернетиа занимается вопросами принятия решений в правлении эономичесими системами, применения математичесих моделей и полчения на их основе машинно-формальных выводов для принятия решений в реальных ситациях и постановах, решает вопросы раниц и рецептов возможно о использования формальных постаново и выводов. Большое внимание деляется методам эвристичесо о решения задач, эспертно о про нозирования и, наонец, построению человео-машинных систем для решения эономичесих задач. Применение тао о рода человео-машинных систем, моделирование ситаций и принятие решений для обчения и выработи наиболее рациональных форм и методов правления (деловые и ры) способствют том, что математичесое моделирование становится всё более ниверсальным средством совершенствования эономичесих систем, пробным амнем провери эономичесих положений и дотрин. Определяющим направлением в эономичесой ибернетие является разработа теории и построение автоматизированных 12

систем правления (АСУ) в народном хозяйстве, оторое стало возможным тольо в связи с созданием современных техничесих средств обработи данных, особенно систем с разделением времени. Построение АСУ в эономие является составной частью процессов автоматизации, определяющих современню начно-техничесю революцию. Необходимость создания таих систем обсловливается совершенствованием эономичесих систем, ростом производительности правленчесо о трда, эффетивным использованием техничесих средств обработи данных и ор анизации информационных процессов в целом, мно ими социальными требованиями. Быстрый рост производства,  лбление специализации, расширение ооперирования и рыночных отношений, обновляемость продции, эффетивное использование ресрсов возможны тольо при создании АСУ. Эономичесая ибернетиа разрабатывает общие вопросы стртры, построения и фнционирования АСУ в народном хозяйстве. Особое внимание деляется вопросам эффетивно о сбора информации, ее представления, наименования, интерпретации, использования и цирляции в АСУ. Информация в эономичесих системах становится предметом лбоо о изчения. Разработа информационных техноло ий, методов моделирования, информационно-поисовых систем и информационно-справочных систем ориентирется на эономичесие объеты. В то же время эономичесая ибернетиа сама оазала во мно ом определяющее влияние и на развитие неоторых новых математичесих направлений — стохастичесо о и динамичесо о про раммирования, дисретной оптимизации, теории расписаний и др., на теоретичесие и пратичесие разработи в области обработи данных, математичесоо обеспечения ЭВМ. Развитие технии обработи данных, теории исследования операций и теории систем таже связано с направлением развития и интересами эономичесой ибернетии.

В.3. Цель и задачи дисциплины «Теоретичесие основы автоматизированноо правления» Дисциплина «Теоретичесие основы автоматизированно о правления» относится  цил специальных дисциплин направления 654600 «Информатиа и вычислительная техниа», она является одной из основопола ающих дисциплин в под отове системно о аналитиа и дипломированных специалистов по специальности 220200 «Автоматизированные системы обработи информации и правления». 13

1) выбор поазателей, необходимых для правления эономичесими объетами; 2) выбор способов полчения, передачи и обработи информации об этих поазателях; 3) выбор техничесих средств обработи эономичесой информации на различных ровнях правления; 4) изчение и реомендации по ал оритмам и про раммам обработи информации. Первоначально становление эономичесой ибернетии связано с разработой математичесих моделей эономичесих систем и явлений, использованием элетронных вычислительных машин (ЭВМ) для исследования этих моделей и для решения задач правления. Применение математичесих стртр и методов во мно ом шло по линии применения математичесой символии и ливидации терминоло ичесих различий. Это направление развивается и сейчас в рамах математичесих методов и моделей эономии. Математичесие модели эономичесих систем и явлений позволили лчше осмыслить динами изчаемых систем, выработать действенные реомендации по рационализации их стртры и методов эономичесо о про нозирования и правления. Особое значение имело изчение ре лирющих фаторов в таих моделях, вопросов стойчивости, равновесия, роста, ре лирюще о харатера цен, выявление и подчеривание обратных связей в эономие, исследование онфлитных ситаций (в рамах теории и р), соотношений межд оптимальным фнционированием и общей мобильностью эономичесих систем. Эономичесая ибернетиа занимается вопросами принятия решений в правлении эономичесими системами, применения математичесих моделей и полчения на их основе машинно-формальных выводов для принятия решений в реальных ситациях и постановах, решает вопросы раниц и рецептов возможно о использования формальных постаново и выводов. Большое внимание деляется методам эвристичесо о решения задач, эспертно о про нозирования и, наонец, построению человео-машинных систем для решения эономичесих задач. Применение тао о рода человео-машинных систем, моделирование ситаций и принятие решений для обчения и выработи наиболее рациональных форм и методов правления (деловые и ры) способствют том, что математичесое моделирование становится всё более ниверсальным средством совершенствования эономичесих систем, пробным амнем провери эономичесих положений и дотрин. Определяющим направлением в эономичесой ибернетие является разработа теории и построение автоматизированных 12

систем правления (АСУ) в народном хозяйстве, оторое стало возможным тольо в связи с созданием современных техничесих средств обработи данных, особенно систем с разделением времени. Построение АСУ в эономие является составной частью процессов автоматизации, определяющих современню начно-техничесю революцию. Необходимость создания таих систем обсловливается совершенствованием эономичесих систем, ростом производительности правленчесо о трда, эффетивным использованием техничесих средств обработи данных и ор анизации информационных процессов в целом, мно ими социальными требованиями. Быстрый рост производства,  лбление специализации, расширение ооперирования и рыночных отношений, обновляемость продции, эффетивное использование ресрсов возможны тольо при создании АСУ. Эономичесая ибернетиа разрабатывает общие вопросы стртры, построения и фнционирования АСУ в народном хозяйстве. Особое внимание деляется вопросам эффетивно о сбора информации, ее представления, наименования, интерпретации, использования и цирляции в АСУ. Информация в эономичесих системах становится предметом лбоо о изчения. Разработа информационных техноло ий, методов моделирования, информационно-поисовых систем и информационно-справочных систем ориентирется на эономичесие объеты. В то же время эономичесая ибернетиа сама оазала во мно ом определяющее влияние и на развитие неоторых новых математичесих направлений — стохастичесо о и динамичесо о про раммирования, дисретной оптимизации, теории расписаний и др., на теоретичесие и пратичесие разработи в области обработи данных, математичесоо обеспечения ЭВМ. Развитие технии обработи данных, теории исследования операций и теории систем таже связано с направлением развития и интересами эономичесой ибернетии.

В.3. Цель и задачи дисциплины «Теоретичесие основы автоматизированноо правления» Дисциплина «Теоретичесие основы автоматизированно о правления» относится  цил специальных дисциплин направления 654600 «Информатиа и вычислительная техниа», она является одной из основопола ающих дисциплин в под отове системно о аналитиа и дипломированных специалистов по специальности 220200 «Автоматизированные системы обработи информации и правления». 13

Цель дисциплины: изчение современно о состояния теории автоматизированно о правления на всех этапах проетирования, создания, отлади и эсплатации АСУ. В резльтате изчения дисциплины стденты должны ЗНАТЬ: — основные понятия и определения теории автоматизированно о правления; — математичесие методы, использемые в теории автоматизированно о правления; — методоло ию и принципы построения автоматизированных систем (АС); — методы и модели анализа и синтеза стртры АС; — виды автоматизированно о правления; — методы принятия решений при автоматизированном правлении; — лассифиацию и состав АСУ и обеспечивающих подсистем. УМЕТЬ ИСПОЛЬЗОВАТЬ: — принципы построения АС при решении пратичесих вопросов исследования АС; — математичесие методы при анализе и синтезе стртры АС; — формальные методы при принятии решений в АСУ. ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О: — причинах появления теории автоматизированно о правления; — этапах и последовательности разработи АС; — сществющих и перспетивных методах системно о анализа; — перспетивах развития теории автоматизированно о правления.

Раздел 1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Глава 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

В этой лаве изложены основные понятия теории автоматизированно о правления, подробно расрыто одно из основных понятий – правление, поазано, что любой процесс правления представляет собой информационный процесс, а система правления — это ор аничесая совопность объета правления и правляюще о ор ана. При этом выделена роль понятия цели правления, без формлирови оторой правление системой теряет всяий смысл. Детально описано определение «информация». Хотя авторы понимают, что это понятие расрывается стдентам в дисциплинах «Информатиа», «Теория информации», однао ввид особой важности информации в процессах правления, и особенно при принятии решения, в этой лаве стдентам еще раз напоминается роль понятия «информация» в дисциплинах ибернетичесо о направления. Дается ратое объяснение понятиям «система» и «большая система». В этой лаве обращается особое внимание на отличие автоматизированно о правления от автоматичесо о.

1.1. Понятия «правление» и «система правления» Центральным понятием ибернетии и ее раздела – теории автоматизированно о правления – является понятие «правление». Управление а процесс. Управление — в широом, ибернетичесом смысле — это обобщение приемов и методов, наопленных разными наами об правлении иссственными объетами и живыми ор анизмами. Язы правления — это использование понятий «объет», «среда», «обратная связь», «ал оритм» и т. д. 14

15

Цель дисциплины: изчение современно о состояния теории автоматизированно о правления на всех этапах проетирования, создания, отлади и эсплатации АСУ. В резльтате изчения дисциплины стденты должны ЗНАТЬ: — основные понятия и определения теории автоматизированно о правления; — математичесие методы, использемые в теории автоматизированно о правления; — методоло ию и принципы построения автоматизированных систем (АС); — методы и модели анализа и синтеза стртры АС; — виды автоматизированно о правления; — методы принятия решений при автоматизированном правлении; — лассифиацию и состав АСУ и обеспечивающих подсистем. УМЕТЬ ИСПОЛЬЗОВАТЬ: — принципы построения АС при решении пратичесих вопросов исследования АС; — математичесие методы при анализе и синтезе стртры АС; — формальные методы при принятии решений в АСУ. ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О: — причинах появления теории автоматизированно о правления; — этапах и последовательности разработи АС; — сществющих и перспетивных методах системно о анализа; — перспетивах развития теории автоматизированно о правления.

Раздел 1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Глава 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

В этой лаве изложены основные понятия теории автоматизированно о правления, подробно расрыто одно из основных понятий – правление, поазано, что любой процесс правления представляет собой информационный процесс, а система правления — это ор аничесая совопность объета правления и правляюще о ор ана. При этом выделена роль понятия цели правления, без формлирови оторой правление системой теряет всяий смысл. Детально описано определение «информация». Хотя авторы понимают, что это понятие расрывается стдентам в дисциплинах «Информатиа», «Теория информации», однао ввид особой важности информации в процессах правления, и особенно при принятии решения, в этой лаве стдентам еще раз напоминается роль понятия «информация» в дисциплинах ибернетичесо о направления. Дается ратое объяснение понятиям «система» и «большая система». В этой лаве обращается особое внимание на отличие автоматизированно о правления от автоматичесо о.

1.1. Понятия «правление» и «система правления» Центральным понятием ибернетии и ее раздела – теории автоматизированно о правления – является понятие «правление». Управление а процесс. Управление — в широом, ибернетичесом смысле — это обобщение приемов и методов, наопленных разными наами об правлении иссственными объетами и живыми ор анизмами. Язы правления — это использование понятий «объет», «среда», «обратная связь», «ал оритм» и т. д. 14

15

Под правлением бдем понимать процесс ор анизации тао о цеX ленаправленно о воздействия на неÑðåäà U Y оторю часть среды, называемю X объетом правления, в резльтате Ñóáúåêò оторо о довлетворяются потребности сбъета, взаимодействюще о Рис. 1.1. Кибернетичес ий с этим объетом. Анализ правления подход процесс правления позволяет выделить триад — сред, объет и сбъет, — внтри оторой разы рывается процесс правления (рис. 1.1). В данном слчае сбъет ощщает на себе воздействие среды X и объета Y. Если состояние среды X он изменить не может, то состоянием объета Y он может правлять с помощью специально ор анизованно о воздействия U. Это и есть правление. Состояние объета Y влияет на состояние потребностей сбъета. Потребности сбъета A = (α1,…, αk), де αi — состояние i-й потребности сбъета, оторая выражается неотрицательным числом, харатеризющим насщность, атальность этой потребности. Свое поведение сбъет строит та, чтобы минимизировать насщность своих потребностей, т. е. решает задач мнооритериальной оптимизации: Îáúåêò

αi (X, U) → min (i = 1, k), r °R

(1.1)

де R — ресрсы сбъета. Эта зависимость выражает неизвестню, но сществющю связь потребностей с состоянием среды X и поведением U сбъета. Псть U x* — решение задачи (1.1), т. е. оптимальное поведение сбъета, минимизирющее е о потребности A. Способ решения задачи (1.1), позволяющий определить U x* , называется ал оритмом правления U x*

= ϕ(At, X ),

(1.2)

де ϕ — ал оритм, позволяющий синтезировать правление по состоянию среды X и потребностей Аt . Потребности сбъета изменяются не тольо под влиянием среды или объета, но и самостоятельно, отражая жизнедеятельность сбъета во времени, что отмечается индесом t. Ал оритм правления ϕ, оторым распола ает сбъет, и определяет эффетивность е о фнционирования в данной среде. Ал оритм имеет реррентный харатер: 16

UN+1 = ϕ(UN, At, X ), т. е. позволяет на аждом ша е лчшать правление. Например, в смысле At (X, UN+1) < At (X, UN+1), т. е. меньшения ровня своих потребностей. Процесс правления а ор анизация целенаправленно о воздействия на объет может реализовываться а на интитивном, та и на осознанном ровне. Первый использют животные, второй — челове. Осознанное довлетворение потребностей заставляет деомпозировать ал оритм правления и вводить промежточню стадию — формлиров цели правления, т. е. действовать по двхэтапной схеме: A t → Z *→ U * . 1

2

На первом этапе определяется цель правления Z *, причем задача решается на интитивном ровне: Z * = ϕ1(X, At ), де ϕ1 — ал оритм синтеза цели Z * по потребностям At и состоянию среды X. На втором этапе определяется правление U x* , реализация оторо о обеспечивает достижение цели Z *, сформлированной на первой стадии, что и приводит  довлетворению потребностей сбъета. Именно на этой стадии может быть использована вся мощь формально о аппарата, с помощью отороо по цели Z * синтезирется правление U x* = ϕ2(Z *, X ), де ϕ2 — ал оритм правления. Этот ал оритм и есть предмет изчения ибернетии а наи. Таим образом, разделение процесса правления на два этапа отражает известные стороны наи — неформальный, интитивный, эспертный и формальный, ал оритмиземый. Если первый этап поа полностью принадлежит челове, то второй является объетом приложения формальных подходов. Естественно, что эти различные фнции выполняются разными стртрными элементами. Первю фнцию ϕ1 выполняет сбъет, а вторю ϕ2 — правляющее стройство (УУ). На рис. 1.2 поазано взаимодействие этих элементов. Штриховой линией выделена система 17

Под правлением бдем понимать процесс ор анизации тао о цеX ленаправленно о воздействия на неÑðåäà U Y оторю часть среды, называемю X объетом правления, в резльтате Ñóáúåêò оторо о довлетворяются потребности сбъета, взаимодействюще о Рис. 1.1. Кибернетичес ий с этим объетом. Анализ правления подход процесс правления позволяет выделить триад — сред, объет и сбъет, — внтри оторой разы рывается процесс правления (рис. 1.1). В данном слчае сбъет ощщает на себе воздействие среды X и объета Y. Если состояние среды X он изменить не может, то состоянием объета Y он может правлять с помощью специально ор анизованно о воздействия U. Это и есть правление. Состояние объета Y влияет на состояние потребностей сбъета. Потребности сбъета A = (α1,…, αk), де αi — состояние i-й потребности сбъета, оторая выражается неотрицательным числом, харатеризющим насщность, атальность этой потребности. Свое поведение сбъет строит та, чтобы минимизировать насщность своих потребностей, т. е. решает задач мнооритериальной оптимизации: Îáúåêò

αi (X, U) → min (i = 1, k), r °R

(1.1)

де R — ресрсы сбъета. Эта зависимость выражает неизвестню, но сществющю связь потребностей с состоянием среды X и поведением U сбъета. Псть U x* — решение задачи (1.1), т. е. оптимальное поведение сбъета, минимизирющее е о потребности A. Способ решения задачи (1.1), позволяющий определить U x* , называется ал оритмом правления U x*

= ϕ(At, X ),

(1.2)

де ϕ — ал оритм, позволяющий синтезировать правление по состоянию среды X и потребностей Аt . Потребности сбъета изменяются не тольо под влиянием среды или объета, но и самостоятельно, отражая жизнедеятельность сбъета во времени, что отмечается индесом t. Ал оритм правления ϕ, оторым распола ает сбъет, и определяет эффетивность е о фнционирования в данной среде. Ал оритм имеет реррентный харатер: 16

UN+1 = ϕ(UN, At, X ), т. е. позволяет на аждом ша е лчшать правление. Например, в смысле At (X, UN+1) < At (X, UN+1), т. е. меньшения ровня своих потребностей. Процесс правления а ор анизация целенаправленно о воздействия на объет может реализовываться а на интитивном, та и на осознанном ровне. Первый использют животные, второй — челове. Осознанное довлетворение потребностей заставляет деомпозировать ал оритм правления и вводить промежточню стадию — формлиров цели правления, т. е. действовать по двхэтапной схеме: A t → Z *→ U * . 1

2

На первом этапе определяется цель правления Z *, причем задача решается на интитивном ровне: Z * = ϕ1(X, At ), де ϕ1 — ал оритм синтеза цели Z * по потребностям At и состоянию среды X. На втором этапе определяется правление U x* , реализация оторо о обеспечивает достижение цели Z *, сформлированной на первой стадии, что и приводит  довлетворению потребностей сбъета. Именно на этой стадии может быть использована вся мощь формально о аппарата, с помощью отороо по цели Z * синтезирется правление U x* = ϕ2(Z *, X ), де ϕ2 — ал оритм правления. Этот ал оритм и есть предмет изчения ибернетии а наи. Таим образом, разделение процесса правления на два этапа отражает известные стороны наи — неформальный, интитивный, эспертный и формальный, ал оритмиземый. Если первый этап поа полностью принадлежит челове, то второй является объетом приложения формальных подходов. Естественно, что эти различные фнции выполняются разными стртрными элементами. Первю фнцию ϕ1 выполняет сбъет, а вторю ϕ2 — правляющее стройство (УУ). На рис. 1.2 поазано взаимодействие этих элементов. Штриховой линией выделена система 17

правления (СУ), выполняющая фнцию реализации целей правления Z *, формиремых сбъетом. Системы правления и сложный объет правления. Стртрная схема СУ приведена на рис. 1.3. Здесь Dx и D — датчии, измеряющие состояние среды и объета соответственно. Резльтаты измерений X ′ = Dx(X ) и Y ′ = Dy(Y ) образют исходню информацию J = {X ′, Y ′} для УУ, оторое на этой основе вырабатывает оманд правления U, являющюся лишь информацией о том, в аое положение должны быть приведены правляемые входы объета. Следовательно, правление U есть резльтат работы алоритма U = ϕ2(J, Z *). Ка видно, правление в широом смысле образется четверой {Z *, J, U, ϕ2}. В ачестве примера рассмотрим основные понятия правления в техничесих и ор анизационных системах. Управление — целенаправленная ор анизация то о или ино о процесса, протеающе о в системе. В общем слчае процесс правления состоит из следющих четырех этапов: — полчение информации о задачах правления (Z *); — полчение информации о резльтатах правления (т. е. о поведении объета правления Y ′);

Ñðåäà

X

Îáúåêò

Y

U′ X

Îáúåêò U

Ñðåäà

X

Y

ÈÌ

DY

Èíôîðìàöèîííàÿ ñâÿçü ñ ÀÑÓ áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ Îðãàí óïðàâëåíèÿ

U

УУ( 2) CÓ

X Ñóáúåêò ( 1)

Рис. 1.2. Взаимодействие элементов системы правления

18

DX

— анализ полченной информации и выработа решения (J = {X′,Y′ }); — исполнение решения (т. е. осществление правляющих воздействий U ′). Процесс правления — это информационный процесс (рис. 1.4), залючающийся в сборе информации о ходе процесса, передаче ее в пнты наопления и переработи, анализе постпающей, наопленной и справочной информации, принятии решения на основе выполненно о анализа, выработе соответствюще о правляюще о воздействия и доведении е о до объета правления. Каждая фаза процесса правления протеает во взаимодействии с оржающей средой при воздействии различно о рода помех. Цели, принципы и раницы правления зависят от сщности решаемой задачи. Система правления — совопность взаимодействющих межд собой объета правления и ор ана правления, деятельность оторых направлена на достижение заданной цели правления (рис. 1.5). Задачи, решаемые системой правления. В СУ решаются четыре основные задачи правления: стабилизация, выполнение прораммы, слежение, оптимизация. Задачами стабилизации системы являются задачи поддержания ее выходных величин вблизи неоторых неизменных заданных значений, несмотря на действие помех. Например, стабилизация напряжения U и частоты f тоа в сети вне зависимости от изменения потребления энер ии. Задача выполнения про раммы возниает в слчаях, о да заданные значения правляемых величин изменяются во времени заранее известным образом. Например, полет раеты, выполнение работ по заранее намеченном рафи.

X′ Z∗

YY

Y′ ϕ2

Рис. 1.3. Стр трная схема системы правления

Óïðàâëÿþùåå âîçäåéñòâèå Âõîäíîé ìàòåðèàëüíûé ïîòîê

Èíôîðìàöèÿ îá îáúåêòå

Îáúåêò óïðàâëåíèÿ

Âûõîäíîé ìàòåðèàëüíûé ïîòîê

Рис. 1.4. Процесс правления а информационный процесс

19

правления (СУ), выполняющая фнцию реализации целей правления Z *, формиремых сбъетом. Системы правления и сложный объет правления. Стртрная схема СУ приведена на рис. 1.3. Здесь Dx и D — датчии, измеряющие состояние среды и объета соответственно. Резльтаты измерений X ′ = Dx(X ) и Y ′ = Dy(Y ) образют исходню информацию J = {X ′, Y ′} для УУ, оторое на этой основе вырабатывает оманд правления U, являющюся лишь информацией о том, в аое положение должны быть приведены правляемые входы объета. Следовательно, правление U есть резльтат работы алоритма U = ϕ2(J, Z *). Ка видно, правление в широом смысле образется четверой {Z *, J, U, ϕ2}. В ачестве примера рассмотрим основные понятия правления в техничесих и ор анизационных системах. Управление — целенаправленная ор анизация то о или ино о процесса, протеающе о в системе. В общем слчае процесс правления состоит из следющих четырех этапов: — полчение информации о задачах правления (Z *); — полчение информации о резльтатах правления (т. е. о поведении объета правления Y ′);

Ñðåäà

X

Îáúåêò

Y

U′ X

Îáúåêò U

Ñðåäà

X

Y

ÈÌ

DY

Èíôîðìàöèîííàÿ ñâÿçü ñ ÀÑÓ áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ Îðãàí óïðàâëåíèÿ

U

УУ( 2) CÓ

X Ñóáúåêò ( 1)

Рис. 1.2. Взаимодействие элементов системы правления

18

DX

— анализ полченной информации и выработа решения (J = {X′,Y′ }); — исполнение решения (т. е. осществление правляющих воздействий U ′). Процесс правления — это информационный процесс (рис. 1.4), залючающийся в сборе информации о ходе процесса, передаче ее в пнты наопления и переработи, анализе постпающей, наопленной и справочной информации, принятии решения на основе выполненно о анализа, выработе соответствюще о правляюще о воздействия и доведении е о до объета правления. Каждая фаза процесса правления протеает во взаимодействии с оржающей средой при воздействии различно о рода помех. Цели, принципы и раницы правления зависят от сщности решаемой задачи. Система правления — совопность взаимодействющих межд собой объета правления и ор ана правления, деятельность оторых направлена на достижение заданной цели правления (рис. 1.5). Задачи, решаемые системой правления. В СУ решаются четыре основные задачи правления: стабилизация, выполнение прораммы, слежение, оптимизация. Задачами стабилизации системы являются задачи поддержания ее выходных величин вблизи неоторых неизменных заданных значений, несмотря на действие помех. Например, стабилизация напряжения U и частоты f тоа в сети вне зависимости от изменения потребления энер ии. Задача выполнения про раммы возниает в слчаях, о да заданные значения правляемых величин изменяются во времени заранее известным образом. Например, полет раеты, выполнение работ по заранее намеченном рафи.

X′ Z∗

YY

Y′ ϕ2

Рис. 1.3. Стр трная схема системы правления

Óïðàâëÿþùåå âîçäåéñòâèå Âõîäíîé ìàòåðèàëüíûé ïîòîê

Èíôîðìàöèÿ îá îáúåêòå

Îáúåêò óïðàâëåíèÿ

Âûõîäíîé ìàòåðèàëüíûé ïîòîê

Рис. 1.4. Процесс правления а информационный процесс

19

Îêðóæàþùàÿ ñðåäà

Öåëü óïðàâëåíèÿ

Èíôîðìàöèîííîå îòîáðàæåíèå ñèòóàöèè

Ïðèíÿòèå ðåøåíèÿ

Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà

Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà

Îêðóæàþùàÿ ñðåäà

Ðåàëèçàöèÿ Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà

Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà Îáúåêò óïðàâëåíèÿ

Êàíàëû ñâÿçè

Ïîìåõè

Ïîìåõè

Ïîìåõè

Êàíàë ñâÿçè

Рис. 1.5. Система правления а сово пность объе тов

В тех слчаях, о да изменение заданных значений правляемых величин заранее неизвестно и о да эти величины должны изменяться в зависимости от значений др их величин, возниает задача слежения, т. е. а можно более точно о соблюдения соответствия межд тещим состоянием данной системы и состоянием др ой системы. Например, правление производством в словиях изменения спроса, слежение за целью (например, самолетом, ораблем, осмичесим объетом). В системах оптимально о правления требется наилчшим образом выполнить поставленню перед системой задач при заданных реальных словиях и о раничениях. Понятие оптимальности должно быть онретизировано для аждо о отдельно о слчая. Прежде чем принимать решение о создании СУ, необходимо рассмотреть все е о этапы, независимо от то о, с помощью аих техничесих средств они бдт реализованы. Таой ал оритмичесий анализ правления является основой для принятия решения о создании СУ и степени ее автоматизации. При этом анализе следет обязательно читывать фатор сложности объета правления: — отстствие математичесо о описания системы; — стохастичность поведения; — не ативность  правлению; 20

— нестационарность, дрейф харатеристи; — невоспроизводимость эспериментов (развивающаяся система все время а бы перестает быть сама собой, что предъявляет специальные требования  синтез и орреции модели объета правления). Особенности сложной системы часто приводят  том, что цель правления таим объетом в полной мере нио да не дости ается, а бы совершенно ни было правление. Автоматичесое и автоматизированное правление. Системы правления делятся на два больших ласса: системы автоматичесо о правления (САУ) и автоматизированные системы правления (АСУ). В САУ правление объетом или системой осществляется без непосредственно о частия человеа автоматичесими стройствами. Это замнтые системы. Основные фнции САУ: автоматичесий онтроль и измерения, автоматичесая си нализация, автоматичесая защита, автоматичесие пс и останова различных дви ателей и приводов, автоматичесое поддержание заданных режимов работы обордования, автоматичесое ре лирование. В отличие от САУ в АСУ в сфер правления влючен челове, на оторо о возла аются фнции принятия наиболее важных решений и ответственности за принятые решения. Под АСУ обычно понимают человео-машинные системы, использющие современные эономио-математичесие методы, средства элетронно-вычислительной технии (ЭВТ) и связи, а таже новые ор анизационные принципы для отысания и реализации на пратие наиболее эффетивно о правления объетом (системой). В соответствии с общепринятым представлением под автоматизированной системой понимается «человео-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработ информации, необходимой для оптимизации правления в любых сферах человечесой деятельности». В определении особо следет выделить понятие «человео-машинная система». В автоматичесих системах фнции человеа сводятся  разработе, отладе и онтролю работы системы. Само же правление осществляется без частия человеа. В автоматизированных системах наличие человеа (оллетива людей) в онтре правления является принципиальным. Челове (оллетив людей) является лавным определяющим звеном системы правления, посоль он принимает решения и несет за них всю ответственность — в этом принципиальная разница межд автоматичесими и автоматизированными системами. 21

Îêðóæàþùàÿ ñðåäà

Öåëü óïðàâëåíèÿ

Èíôîðìàöèîííîå îòîáðàæåíèå ñèòóàöèè

Ïðèíÿòèå ðåøåíèÿ

Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà

Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà

Îêðóæàþùàÿ ñðåäà

Ðåàëèçàöèÿ Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà

Òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà Îáúåêò óïðàâëåíèÿ

Êàíàëû ñâÿçè

Ïîìåõè

Ïîìåõè

Ïîìåõè

Êàíàë ñâÿçè

Рис. 1.5. Система правления а сово пность объе тов

В тех слчаях, о да изменение заданных значений правляемых величин заранее неизвестно и о да эти величины должны изменяться в зависимости от значений др их величин, возниает задача слежения, т. е. а можно более точно о соблюдения соответствия межд тещим состоянием данной системы и состоянием др ой системы. Например, правление производством в словиях изменения спроса, слежение за целью (например, самолетом, ораблем, осмичесим объетом). В системах оптимально о правления требется наилчшим образом выполнить поставленню перед системой задач при заданных реальных словиях и о раничениях. Понятие оптимальности должно быть онретизировано для аждо о отдельно о слчая. Прежде чем принимать решение о создании СУ, необходимо рассмотреть все е о этапы, независимо от то о, с помощью аих техничесих средств они бдт реализованы. Таой ал оритмичесий анализ правления является основой для принятия решения о создании СУ и степени ее автоматизации. При этом анализе следет обязательно читывать фатор сложности объета правления: — отстствие математичесо о описания системы; — стохастичность поведения; — не ативность  правлению; 20

— нестационарность, дрейф харатеристи; — невоспроизводимость эспериментов (развивающаяся система все время а бы перестает быть сама собой, что предъявляет специальные требования  синтез и орреции модели объета правления). Особенности сложной системы часто приводят  том, что цель правления таим объетом в полной мере нио да не дости ается, а бы совершенно ни было правление. Автоматичесое и автоматизированное правление. Системы правления делятся на два больших ласса: системы автоматичесо о правления (САУ) и автоматизированные системы правления (АСУ). В САУ правление объетом или системой осществляется без непосредственно о частия человеа автоматичесими стройствами. Это замнтые системы. Основные фнции САУ: автоматичесий онтроль и измерения, автоматичесая си нализация, автоматичесая защита, автоматичесие пс и останова различных дви ателей и приводов, автоматичесое поддержание заданных режимов работы обордования, автоматичесое ре лирование. В отличие от САУ в АСУ в сфер правления влючен челове, на оторо о возла аются фнции принятия наиболее важных решений и ответственности за принятые решения. Под АСУ обычно понимают человео-машинные системы, использющие современные эономио-математичесие методы, средства элетронно-вычислительной технии (ЭВТ) и связи, а таже новые ор анизационные принципы для отысания и реализации на пратие наиболее эффетивно о правления объетом (системой). В соответствии с общепринятым представлением под автоматизированной системой понимается «человео-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработ информации, необходимой для оптимизации правления в любых сферах человечесой деятельности». В определении особо следет выделить понятие «человео-машинная система». В автоматичесих системах фнции человеа сводятся  разработе, отладе и онтролю работы системы. Само же правление осществляется без частия человеа. В автоматизированных системах наличие человеа (оллетива людей) в онтре правления является принципиальным. Челове (оллетив людей) является лавным определяющим звеном системы правления, посоль он принимает решения и несет за них всю ответственность — в этом принципиальная разница межд автоматичесими и автоматизированными системами. 21

1.2. Терминолоия теории автоматизированноо правления Определение понятия «система». В настоящее время нет единства в определении понятия «система». В первых определениях в той или иной форме оворилось о том, что система — это элементы и связи (отношения) межд ними. Например, основоположни теории систем Людви фон Берталанфи определял систем а омплес взаимодействющих элементов или а совопность элементов, находящихся в определенных отношениях др с др ом и со средой. А. Холл определяет систем а множество предметов вместе со связями межд предметами и межд их признаами. Ведтся дисссии, аой термин — «отношение» или «связь» — лчше потреблять. Позднее в определениях системы появляется понятие цели. Та, в «Философсом словаре» система определяется а «совопность элементов, находящихся в отношениях и связях межд собой определенным образом и образющих неоторое целостное единство». В последнее время в определение понятия системы наряд с элементами, связями и их свойствами и целями начинают влючать наблюдателя, хотя впервые на необходимость чета взаимодействия межд исследователем и изчаемой системой азал один из основоположниов ибернетии У.-Р. Эшби. М. Масарович и Я. Таахара в ни е «Общая теория систем» считают, что система — «формальная взаимосвязь межд наблюдаемыми признаами и свойствами». В ачестве «рабоче о» определения понятия системы в литератре по теории систем часто рассматривается следющее: система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях др с др ом, оторое образет определенню целостность, единство. Рассмотрим основные понятия, харатеризющие строение и фнционирование систем. Элемент. Под элементом принято понимать простейшю неделимю часть системы. Ответ на вопрос, что является таой частью, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объета а системы, от точи зрения на не о или от аспета е о изчения. Таим образом, элемент — это предел членения системы с точи зрения решения онретной задачи и поставленной цели. Систем можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формлирови цели и ее точнения в процессе исследования. 22

Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сраз, а последовательным расчленением на подсистемы, оторые представляют собой омпоненты более рпные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совопностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые фнции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием «подсистема» подчеривается, что таая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим подсистема отличается от простой рппы элементов, для оторой не сформлирована подцель и не выполняются свойства целостности (для таой рппы использется название «омпоненты»). Например, подсистемы АСУ, подсистемы пассажирсо о транспорта рпно о орода. Стртра. Это понятие происходит от латинсо о слова structure, означающе о строение, расположение, порядо. Стртра отражает наиболее сщественные взаимоотношения межд элементами и их рппами (омпонентами, подсистемами), оторые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают сществование системы и ее основных свойств. Стртра — это совопность элементов и связей межд ними. Стртра может быть представлена рафичеси, в виде теоретио-множественных описаний, матриц, рафов и др их языов моделирования стртр. Стртр часто представляют в виде иерархии. Иерархия — это порядоченность омпонентов по степени важности (мно остпенчатость, слжебная лестница). Межд ровнями иерархичесой стртры мо т сществовать взаимоотношения стро о о подчинения омпонентов (злов) нижележаще о ровня одном из омпонентов вышележаще о ровня, т. е. отношения та называемо о древовидно о поряда. Таие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерево». Они имеют ряд особенностей, делающих их добным средством представления систем правления. Однао мо т быть связи и в пределах одно о ровня иерархии. Один и тот же зел нижележаще о ровня может быть одновременно подчинен несольим злам вышележаще о ровня. Таие стртры называют иерархичесими стртрами со слабыми связями. Межд ровнями иерархичесой стртры мо т сществовать и более сложные взаимоотношения, например, типа «страт», «слои», «эшелоны». Примеры иерархичесих стртр: энер етичесие системы, АСУ, осдарственный аппарат. 23

1.2. Терминолоия теории автоматизированноо правления Определение понятия «система». В настоящее время нет единства в определении понятия «система». В первых определениях в той или иной форме оворилось о том, что система — это элементы и связи (отношения) межд ними. Например, основоположни теории систем Людви фон Берталанфи определял систем а омплес взаимодействющих элементов или а совопность элементов, находящихся в определенных отношениях др с др ом и со средой. А. Холл определяет систем а множество предметов вместе со связями межд предметами и межд их признаами. Ведтся дисссии, аой термин — «отношение» или «связь» — лчше потреблять. Позднее в определениях системы появляется понятие цели. Та, в «Философсом словаре» система определяется а «совопность элементов, находящихся в отношениях и связях межд собой определенным образом и образющих неоторое целостное единство». В последнее время в определение понятия системы наряд с элементами, связями и их свойствами и целями начинают влючать наблюдателя, хотя впервые на необходимость чета взаимодействия межд исследователем и изчаемой системой азал один из основоположниов ибернетии У.-Р. Эшби. М. Масарович и Я. Таахара в ни е «Общая теория систем» считают, что система — «формальная взаимосвязь межд наблюдаемыми признаами и свойствами». В ачестве «рабоче о» определения понятия системы в литератре по теории систем часто рассматривается следющее: система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях др с др ом, оторое образет определенню целостность, единство. Рассмотрим основные понятия, харатеризющие строение и фнционирование систем. Элемент. Под элементом принято понимать простейшю неделимю часть системы. Ответ на вопрос, что является таой частью, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объета а системы, от точи зрения на не о или от аспета е о изчения. Таим образом, элемент — это предел членения системы с точи зрения решения онретной задачи и поставленной цели. Систем можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формлирови цели и ее точнения в процессе исследования. 22

Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сраз, а последовательным расчленением на подсистемы, оторые представляют собой омпоненты более рпные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совопностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые фнции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием «подсистема» подчеривается, что таая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим подсистема отличается от простой рппы элементов, для оторой не сформлирована подцель и не выполняются свойства целостности (для таой рппы использется название «омпоненты»). Например, подсистемы АСУ, подсистемы пассажирсо о транспорта рпно о орода. Стртра. Это понятие происходит от латинсо о слова structure, означающе о строение, расположение, порядо. Стртра отражает наиболее сщественные взаимоотношения межд элементами и их рппами (омпонентами, подсистемами), оторые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают сществование системы и ее основных свойств. Стртра — это совопность элементов и связей межд ними. Стртра может быть представлена рафичеси, в виде теоретио-множественных описаний, матриц, рафов и др их языов моделирования стртр. Стртр часто представляют в виде иерархии. Иерархия — это порядоченность омпонентов по степени важности (мно остпенчатость, слжебная лестница). Межд ровнями иерархичесой стртры мо т сществовать взаимоотношения стро о о подчинения омпонентов (злов) нижележаще о ровня одном из омпонентов вышележаще о ровня, т. е. отношения та называемо о древовидно о поряда. Таие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерево». Они имеют ряд особенностей, делающих их добным средством представления систем правления. Однао мо т быть связи и в пределах одно о ровня иерархии. Один и тот же зел нижележаще о ровня может быть одновременно подчинен несольим злам вышележаще о ровня. Таие стртры называют иерархичесими стртрами со слабыми связями. Межд ровнями иерархичесой стртры мо т сществовать и более сложные взаимоотношения, например, типа «страт», «слои», «эшелоны». Примеры иерархичесих стртр: энер етичесие системы, АСУ, осдарственный аппарат. 23

Связь. Понятие «связь» входит в любое определение системы наряд с понятием «элемент» и обеспечивает возниновение и сохранение стртры и целостных свойств системы. Это понятие харатеризет одновременно и строение (стати), и фнционирование (динами) системы. Связь харатеризется направлением, силой и харатером (или видом). По первым двм признаам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по харатер — на связи подчинения, енетичесие, равноправные (или безразличные), связи правления. Связи можно разделить таже по мест приложения (внтренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в онретных системах мот быть одновременно охаратеризованы несольими из названных признаов. Важню роль в системах и рает понятие «обратной связи». Это понятие, ле о иллюстриремое на примерах техничесих стройств, не все да можно применить в ор анизационных системах. Исследованию это о понятия большое внимание деляется в ибернетие, в оторой изчается возможность перенесения механизмов обратной связи, харатерных для объетов одной физичесой природы, на объеты др ой природы. Обратная связь является основой саморе лирования и развития систем, приспособления их  изменяющимся словиям сществования. Состояние. Понятием «состояние» обычно харатеризют м новенню фото рафию, «срез» системы, останов в ее развитии. Е о определяют либо через входные воздействия и выходные си налы (резльтаты), либо через маропараметры, маросвойства системы (например, давление, сорость, сорение — для физичесих систем; производительность, себестоимость продции, прибыль — для эономичесих систем). Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы (или омпоненты, фнциональные блои), определяющие состояние, честь, что «входы» можно разделить на правляющие и возмщающие х (неонтролиремые) и что «выходы» (выходные резльтаты, си налы) зависят от ε, u и х, т. е. zt = f (εt , ut , хt ). То да в зависимости от задачи состояние может быть определено а {ε, u}, {ε, u, z} или {ε, x, u, z}. Таим образом, состояние — это множество сщественных свойств, оторыми система обладает в данный момент времени (табл. 1.1). 24

Система а «черный ящи » Представление системы

U X

Z

Y

Та б л и ц а 1 . 1 Обозначения

X — ветор входных синалов Y — ветор выходных синалов Z — ветор состояния системы U — ветор правляющих синалов

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Поведение. Если система способна переходить из одно о состояния в др ое (например, z1 → z2 → z3), то оворят, что она обладает поведением. Этим понятием пользются, о да неизвестны заономерности переходов из одно о состояния в др ое. То да оворят, что система обладает аим-то поведением, и выясняют е о заономерности. С четом введенных выше обозначений поведение можно представить а фнцию zt = f (zt-1, ut, хt ). Внешняя среда. Под внешней средой понимается множество элементов, оторые не входят в систем, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы. Модель. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенню рпп ее свойств. У лбление описания — детализация модели. Создание модели системы позволяет предсазывать ее поведение в определенном диапазоне словий. Модель фнционирования (поведения) системы — это модель, предсазывающая изменение состояния системы во времени, например: натрные, элетричесие, машинные и др ие модели. Равновесие — это способность системы в отстствие внешних возмщающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние соль  одно дол о. Устойчивость. Под стойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после то о, а она была из это о состояния выведена под влиянием внешних возмщающих воздействий. Эта способность обычно присща системам при постоянном ut , если тольо отлонения не превышают неоторо о предела. Состояние равновесия, в оторое система способна возвращаться, по анало ии с техничесими стройствами называют стойчивым состоянием равновесия. Равновесие и стойчивость в эономичесих и ор анизационных системах — ораздо более сложные понятия, чем в техние, и до недавне о времени ими 25

Связь. Понятие «связь» входит в любое определение системы наряд с понятием «элемент» и обеспечивает возниновение и сохранение стртры и целостных свойств системы. Это понятие харатеризет одновременно и строение (стати), и фнционирование (динами) системы. Связь харатеризется направлением, силой и харатером (или видом). По первым двм признаам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по харатер — на связи подчинения, енетичесие, равноправные (или безразличные), связи правления. Связи можно разделить таже по мест приложения (внтренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в онретных системах мот быть одновременно охаратеризованы несольими из названных признаов. Важню роль в системах и рает понятие «обратной связи». Это понятие, ле о иллюстриремое на примерах техничесих стройств, не все да можно применить в ор анизационных системах. Исследованию это о понятия большое внимание деляется в ибернетие, в оторой изчается возможность перенесения механизмов обратной связи, харатерных для объетов одной физичесой природы, на объеты др ой природы. Обратная связь является основой саморе лирования и развития систем, приспособления их  изменяющимся словиям сществования. Состояние. Понятием «состояние» обычно харатеризют м новенню фото рафию, «срез» системы, останов в ее развитии. Е о определяют либо через входные воздействия и выходные си налы (резльтаты), либо через маропараметры, маросвойства системы (например, давление, сорость, сорение — для физичесих систем; производительность, себестоимость продции, прибыль — для эономичесих систем). Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы (или омпоненты, фнциональные блои), определяющие состояние, честь, что «входы» можно разделить на правляющие и возмщающие х (неонтролиремые) и что «выходы» (выходные резльтаты, си налы) зависят от ε, u и х, т. е. zt = f (εt , ut , хt ). То да в зависимости от задачи состояние может быть определено а {ε, u}, {ε, u, z} или {ε, x, u, z}. Таим образом, состояние — это множество сщественных свойств, оторыми система обладает в данный момент времени (табл. 1.1). 24

Система а «черный ящи » Представление системы

U X

Z

Y

Та б л и ц а 1 . 1 Обозначения

X — ветор входных синалов Y — ветор выходных синалов Z — ветор состояния системы U — ветор правляющих синалов

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Поведение. Если система способна переходить из одно о состояния в др ое (например, z1 → z2 → z3), то оворят, что она обладает поведением. Этим понятием пользются, о да неизвестны заономерности переходов из одно о состояния в др ое. То да оворят, что система обладает аим-то поведением, и выясняют е о заономерности. С четом введенных выше обозначений поведение можно представить а фнцию zt = f (zt-1, ut, хt ). Внешняя среда. Под внешней средой понимается множество элементов, оторые не входят в систем, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы. Модель. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенню рпп ее свойств. У лбление описания — детализация модели. Создание модели системы позволяет предсазывать ее поведение в определенном диапазоне словий. Модель фнционирования (поведения) системы — это модель, предсазывающая изменение состояния системы во времени, например: натрные, элетричесие, машинные и др ие модели. Равновесие — это способность системы в отстствие внешних возмщающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние соль  одно дол о. Устойчивость. Под стойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после то о, а она была из это о состояния выведена под влиянием внешних возмщающих воздействий. Эта способность обычно присща системам при постоянном ut , если тольо отлонения не превышают неоторо о предела. Состояние равновесия, в оторое система способна возвращаться, по анало ии с техничесими стройствами называют стойчивым состоянием равновесия. Равновесие и стойчивость в эономичесих и ор анизационных системах — ораздо более сложные понятия, чем в техние, и до недавне о времени ими 25

пользовались тольо для неоторо о предварительно о описательно о представления о системе. В последнее время появились попыти формализованно о отображения этих процессов и в сложных ор анизационных системах, помо ающие выявлять параметры, влияющие на их протеание и взаимосвязь. Развитие. Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и стойчивости, изчению механизмов, лежащих в их основе, деляют в ибернетие и теории систем большое внимание. Понятие развития помо ает объяснить сложные термодинамичесие и информационные процессы в природе и обществе. Цель. Применение понятия «цель» и связанных с ним понятий целенаправленности, целестремленности, целесообразности сдерживается трдностью их однозначно о толования в онретных словиях. Это связано с тем, что процесс целеобразования и соответствющий ем процесс обоснования целей в ор анизационных системах весьма сложен и не до онца изчен. Большое внимание е о исследованию деляется в психоло ии, философии, ибернетие. В Большой Советсой Энцилопедии цель определяется а «заранее мыслимый резльтат сознательной деятельности человеа». В пратичесих применениях цель — это идеальное стремление, оторое позволяет оллетив видеть перспетивы или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередно о этапа на пти  идеальным стремлениям. В настоящее время в связи с силением про раммно-целевых принципов в планировании исследованию заономерностей целеобразования и представления целей в онретных словиях деляется все больше внимания. Например: энер етичесая про рамма, продовольственная про рамма, жилищная про рамма, про рамма перехода  рыночной эономие. Определение большой системы. Сществет ряд подходов  разделению систем по сложности. В частности, Г. Н. Поваров в зависимости от числа элементов, входящих в систем, выделяет четыре ласса систем: малые системы (10...103 элементов), сложные (104...107 элементов), льтрасложные (107...1030 элементов), сперсистемы (1030...10200 элементов). Та а понятие элемента возниает относительно задачи и цели исследования системы, то и данное определение сложности является относительным, а не абсолютным. Ан лийсий ибернети С. Бир лассифицирет все ибернетичесие системы на простые и сложные в зависимости от способа описания: детерминированно о или теоретио-вероятностно о. Л. И. Бер определяет сложню систем а систем, 26

оторю можно описать не менее чем на двх различных математичесих языах (например, с помощью теории дифференциальных равнений и ал ебры Бля). Очень часто сложными системами называют системы, оторые нельзя орретно описать математичеси либо потом, что в системе имеется очень большое число элементов, неизвестным образом связанных др с др ом, либо потом, что неизвестна природа явлений, протеающих в системе. Все это свидетельствет об отстствии едино о определения сложности системы. При разработе сложных систем возниают проблемы, относящиеся не тольо  свойствам их составляющих элементов и подсистем, но таже  заономерностям фнционирования системы в целом. При этом появляется широий р специфичесих задач, таих, а определение общей стртры системы, ор анизация взаимодействия межд элементами и подсистемами, чет влияния внешней среды, выбор оптимальных режимов фнционирования системы, оптимальное правление системой и др. Чем сложнее система, тем большее внимание деляется этим вопросам. Математичесой базой исследования сложных систем является теория систем. В теории систем большой системой (сложной, системой большо о масштаба, Large Scale Systems) называют систем, если она состоит из большо о числа взаимосвязанных и взаимодействющих межд собой элементов и способна выполнять сложню фнцию. Четой раницы, отделяющей простые системы от больших, нет. Деление это словное и вознило из-за появления систем, имеющих в своем составе совопность подсистем с наличием фнциональной избыточности. Простая система может находиться тольо в двх состояниях: состоянии работоспособности (исправном) и состоянии отаза (неисправном). При отазе элемента простая система либо полностью преращает выполнение своей фнции, либо продолжает ее выполнение в полном объеме, если отазавший элемент резервирован. Большая система при отазе отдельных элементов и даже целых подсистем не все да теряет работоспособность, зачастю тольо снижаются харатеристии ее эффетивности. Это свойство больших систем обсловлено их фнциональной избыточностью и, в свою очередь, затрдняет формлиров понятия «отаз» системы. Под большой системой понимается совопность материальных ресрсов, средств сбора, передачи и обработи информации, людей-операторов, занятых на обслживании этих средств, и людей-роводителей, облеченных надлежащими правами и ответс27

пользовались тольо для неоторо о предварительно о описательно о представления о системе. В последнее время появились попыти формализованно о отображения этих процессов и в сложных ор анизационных системах, помо ающие выявлять параметры, влияющие на их протеание и взаимосвязь. Развитие. Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и стойчивости, изчению механизмов, лежащих в их основе, деляют в ибернетие и теории систем большое внимание. Понятие развития помо ает объяснить сложные термодинамичесие и информационные процессы в природе и обществе. Цель. Применение понятия «цель» и связанных с ним понятий целенаправленности, целестремленности, целесообразности сдерживается трдностью их однозначно о толования в онретных словиях. Это связано с тем, что процесс целеобразования и соответствющий ем процесс обоснования целей в ор анизационных системах весьма сложен и не до онца изчен. Большое внимание е о исследованию деляется в психоло ии, философии, ибернетие. В Большой Советсой Энцилопедии цель определяется а «заранее мыслимый резльтат сознательной деятельности человеа». В пратичесих применениях цель — это идеальное стремление, оторое позволяет оллетив видеть перспетивы или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередно о этапа на пти  идеальным стремлениям. В настоящее время в связи с силением про раммно-целевых принципов в планировании исследованию заономерностей целеобразования и представления целей в онретных словиях деляется все больше внимания. Например: энер етичесая про рамма, продовольственная про рамма, жилищная про рамма, про рамма перехода  рыночной эономие. Определение большой системы. Сществет ряд подходов  разделению систем по сложности. В частности, Г. Н. Поваров в зависимости от числа элементов, входящих в систем, выделяет четыре ласса систем: малые системы (10...103 элементов), сложные (104...107 элементов), льтрасложные (107...1030 элементов), сперсистемы (1030...10200 элементов). Та а понятие элемента возниает относительно задачи и цели исследования системы, то и данное определение сложности является относительным, а не абсолютным. Ан лийсий ибернети С. Бир лассифицирет все ибернетичесие системы на простые и сложные в зависимости от способа описания: детерминированно о или теоретио-вероятностно о. Л. И. Бер определяет сложню систем а систем, 26

оторю можно описать не менее чем на двх различных математичесих языах (например, с помощью теории дифференциальных равнений и ал ебры Бля). Очень часто сложными системами называют системы, оторые нельзя орретно описать математичеси либо потом, что в системе имеется очень большое число элементов, неизвестным образом связанных др с др ом, либо потом, что неизвестна природа явлений, протеающих в системе. Все это свидетельствет об отстствии едино о определения сложности системы. При разработе сложных систем возниают проблемы, относящиеся не тольо  свойствам их составляющих элементов и подсистем, но таже  заономерностям фнционирования системы в целом. При этом появляется широий р специфичесих задач, таих, а определение общей стртры системы, ор анизация взаимодействия межд элементами и подсистемами, чет влияния внешней среды, выбор оптимальных режимов фнционирования системы, оптимальное правление системой и др. Чем сложнее система, тем большее внимание деляется этим вопросам. Математичесой базой исследования сложных систем является теория систем. В теории систем большой системой (сложной, системой большо о масштаба, Large Scale Systems) называют систем, если она состоит из большо о числа взаимосвязанных и взаимодействющих межд собой элементов и способна выполнять сложню фнцию. Четой раницы, отделяющей простые системы от больших, нет. Деление это словное и вознило из-за появления систем, имеющих в своем составе совопность подсистем с наличием фнциональной избыточности. Простая система может находиться тольо в двх состояниях: состоянии работоспособности (исправном) и состоянии отаза (неисправном). При отазе элемента простая система либо полностью преращает выполнение своей фнции, либо продолжает ее выполнение в полном объеме, если отазавший элемент резервирован. Большая система при отазе отдельных элементов и даже целых подсистем не все да теряет работоспособность, зачастю тольо снижаются харатеристии ее эффетивности. Это свойство больших систем обсловлено их фнциональной избыточностью и, в свою очередь, затрдняет формлиров понятия «отаз» системы. Под большой системой понимается совопность материальных ресрсов, средств сбора, передачи и обработи информации, людей-операторов, занятых на обслживании этих средств, и людей-роводителей, облеченных надлежащими правами и ответс27

твенностью за принятие решений. Материальные ресрсы — это сырье, материалы, полфабриаты, денежные средства, различные виды энер ии, стани, обордование, люди, занятые на выпсе продции, и т. д. Все азанные элементы ресрсов объединены с помощью неоторой системы связей, оторые по заданным правилам определяют процесс взаимодействия межд элементами для достижения общей цели или рппы целей. Примеры больших систем: информационная система, пассажирсий транспорт рпно о орода, производственный процесс, система правления полетом рпно о аэродрома, энер етичесая система и др. Харатерные особенности больших систем. К ним относятся: — большое число элементов в системе (сложность системы); — взаимосвязь и взаимодействие межд элементами; — иерархичность стртры правления; — обязательное наличие человеа в онтре правления, на оторо о возла ается часть наиболее ответственных фнций правления.

1.3. Этапы правления Управление сложной системой состоит из этапов, представленных на рис. 1.6. 1. Формирование целей. Множество целей правления, оторое должно реализовываться СУ, определяется а внешними по отношению  системе, та и внтренними фаторами и, в частности, потребностями сбъета А. Сложность формализации чета влияния этих фаторов на цели очевидна. Различают три вида целей: стабилизация — залючается в требовании поддерживать выходы объета на заданном ровне; о раничение — требет нахождения в заданных раницах целевых переменных Z i* , i = 1, k; эстремальная цель — сводится  поддержанию в эстремальном состоянии целевых переменных Z i* . 2. Определение объета правления. Этот этап связан с выделением той части среды сбъета, состояние оторой он может изменить и тем самым воздействовать на свои потребности. В ряде слчаев, о да раницы объета очевидны, проблемы выделения объета из среды не возниает. Это бывает, о да объет достаточно автономен (самолет, телефонная станция и т. д.). Однао в др их слчаях связи объета со средой настольо сильны и разнообразны, что порой очень трдно понять, де ончается объет и начинается среда. Именно это и заставляет вводить специальный этап — определение объета правления. 28

Объет должен быть в определенq 1 Ôîðìóëèðîâêà ном смысле минимальным, т. е. иметь öåëåé óïðàâëåíèÿ наименьший объем. Это необходимо с целью минимизации трдоемости е о e 2 Îïðåäåëåíèå изчения при синтезе модели. При îáúåêòà этом сщественным о раничением выd стпает достижимость множества це3 Ñòðóêòóðíûé ñèíòåç ìîäåëè * лей правления {Z } в рамах выделенно о для это о ресрса R. Это означает, c 4 Èäåíòèôèêàöèÿ что для любо о состояния среды X ìîäåëè * должно найтись правление U ° R, с помощью оторо о можно добиться b Ïëàíèðîâàíèå 5 ýêñïåðèìåíòà любой допстимой цели Z * ° {Z *}. 3. Стртрный синтез модели. a Ñèíòåç Последющие три этапа правления 6 óïðàâëåíèÿ сложными системами связаны с решением задачи создания ее модели, Ðåàëèçàöèÿ 7 оторая нжна для синтеза правлеóïðàâëåíèÿ ния U. Тольо с помощью модели объета можно построить правлеÊîððåêöèÿ 8 (àäàïòàöèÿ) ние U *, переводящее объет в требемое (целевое) состояние Z *. Модель F, связывающая входы X Рис. 1.6. Этапы правления сложной системой и U c выходом Y, определяется стртрой ST и параметрами C = {c1, ..., ck}, т. е. представима в виде двойи F = {ST, С }. На этом этапе определяется стртра ST, т. е. модель объета с точностью до значений ее параметров С. Этап стртрно о синтеза влючает определение внешней стртры модели, деомпозицию модели, определение внтренней стртры элементов модели. Синтез внешней стртры сводится  содержательном определению входов Х и U, выхода Y без чета внтренней стртры объета, т. е. объет рассматривается а неий «черный ящи» с n+ q входами и m выходами. Деомпозиция модели залючается в том, чтобы, воспользовавшись априорными сведениями о стртре объета, простить задач синтеза стртры модели. Синтез стртры модели сводится  определению вида оператора F модели объета с точностью до параметров С. Это значит, что параметры становятся переменными модели, т. е. Y = F (X, U, С ),

(1.3)

де F — оператор преобразования стртры ST, параметры оторо о для добства внесены в переменные С. Представление опе29

твенностью за принятие решений. Материальные ресрсы — это сырье, материалы, полфабриаты, денежные средства, различные виды энер ии, стани, обордование, люди, занятые на выпсе продции, и т. д. Все азанные элементы ресрсов объединены с помощью неоторой системы связей, оторые по заданным правилам определяют процесс взаимодействия межд элементами для достижения общей цели или рппы целей. Примеры больших систем: информационная система, пассажирсий транспорт рпно о орода, производственный процесс, система правления полетом рпно о аэродрома, энер етичесая система и др. Харатерные особенности больших систем. К ним относятся: — большое число элементов в системе (сложность системы); — взаимосвязь и взаимодействие межд элементами; — иерархичность стртры правления; — обязательное наличие человеа в онтре правления, на оторо о возла ается часть наиболее ответственных фнций правления.

1.3. Этапы правления Управление сложной системой состоит из этапов, представленных на рис. 1.6. 1. Формирование целей. Множество целей правления, оторое должно реализовываться СУ, определяется а внешними по отношению  системе, та и внтренними фаторами и, в частности, потребностями сбъета А. Сложность формализации чета влияния этих фаторов на цели очевидна. Различают три вида целей: стабилизация — залючается в требовании поддерживать выходы объета на заданном ровне; о раничение — требет нахождения в заданных раницах целевых переменных Z i* , i = 1, k; эстремальная цель — сводится  поддержанию в эстремальном состоянии целевых переменных Z i* . 2. Определение объета правления. Этот этап связан с выделением той части среды сбъета, состояние оторой он может изменить и тем самым воздействовать на свои потребности. В ряде слчаев, о да раницы объета очевидны, проблемы выделения объета из среды не возниает. Это бывает, о да объет достаточно автономен (самолет, телефонная станция и т. д.). Однао в др их слчаях связи объета со средой настольо сильны и разнообразны, что порой очень трдно понять, де ончается объет и начинается среда. Именно это и заставляет вводить специальный этап — определение объета правления. 28

Объет должен быть в определенq 1 Ôîðìóëèðîâêà ном смысле минимальным, т. е. иметь öåëåé óïðàâëåíèÿ наименьший объем. Это необходимо с целью минимизации трдоемости е о e 2 Îïðåäåëåíèå изчения при синтезе модели. При îáúåêòà этом сщественным о раничением выd стпает достижимость множества це3 Ñòðóêòóðíûé ñèíòåç ìîäåëè * лей правления {Z } в рамах выделенно о для это о ресрса R. Это означает, c 4 Èäåíòèôèêàöèÿ что для любо о состояния среды X ìîäåëè * должно найтись правление U ° R, с помощью оторо о можно добиться b Ïëàíèðîâàíèå 5 ýêñïåðèìåíòà любой допстимой цели Z * ° {Z *}. 3. Стртрный синтез модели. a Ñèíòåç Последющие три этапа правления 6 óïðàâëåíèÿ сложными системами связаны с решением задачи создания ее модели, Ðåàëèçàöèÿ 7 оторая нжна для синтеза правлеóïðàâëåíèÿ ния U. Тольо с помощью модели объета можно построить правлеÊîððåêöèÿ 8 (àäàïòàöèÿ) ние U *, переводящее объет в требемое (целевое) состояние Z *. Модель F, связывающая входы X Рис. 1.6. Этапы правления сложной системой и U c выходом Y, определяется стртрой ST и параметрами C = {c1, ..., ck}, т. е. представима в виде двойи F = {ST, С }. На этом этапе определяется стртра ST, т. е. модель объета с точностью до значений ее параметров С. Этап стртрно о синтеза влючает определение внешней стртры модели, деомпозицию модели, определение внтренней стртры элементов модели. Синтез внешней стртры сводится  содержательном определению входов Х и U, выхода Y без чета внтренней стртры объета, т. е. объет рассматривается а неий «черный ящи» с n+ q входами и m выходами. Деомпозиция модели залючается в том, чтобы, воспользовавшись априорными сведениями о стртре объета, простить задач синтеза стртры модели. Синтез стртры модели сводится  определению вида оператора F модели объета с точностью до параметров С. Это значит, что параметры становятся переменными модели, т. е. Y = F (X, U, С ),

(1.3)

де F — оператор преобразования стртры ST, параметры оторо о для добства внесены в переменные С. Представление опе29

ратора преобразования модели в виде (1.3) можно назвать параметризацией модели, что эвивалентно заданию е о стртры. При синтезе стртры моделей объетов правления мо т применяться различные подходы — от лассичесих методов ТАУ до современных методов имитационно о моделирования (методы слчайно о поиса, статистичесих испытаний и др.), семиотичесо о моделирования с применением языа бинарных отношений и др их методов современной математии, использющих сочетание дополняющих др др а возможностей аналитичесих и статистичесих, семиотичесих и рафичесих и др их формализованных представлений системы. 4. Идентифиация параметров модели объета. Этот этап связан с определением числовых значений параметров С в режиме нормально о фнционирования объета. Делается это стандартными приемами идентифиации. Для выяснения зависимости выхода объета от правляемых входов U необходимо преднамеренно их изменять, т. е. эспериментировать с объетом. Однао сложная система «не любит» эсперименты, наршающие режим ее нормально о фнционирования. Поэтом эсперимент, оторо о нельзя избежать, следет проводить, минимально возмщая объет, но та, чтобы полчить при этом масимальню информацию о влиянии варьиремых параметров на выход объета. 5. Планирование эсперимента. На данном этапе лавным является синтез плана эсперимента, позволяюще о с масимальной эффетивностью определить исомые параметры модели объета правления. Для статичесо о объета этот план U представляет собой набор состояний правляемо о выхода объета U˜ = {U1, ..., UN}, а для динамичесо о — план-фнцию U˜ = U(t), 0 m t m T, т. е. про рамм изменения во времени входа объета. Эсперимент на объете дает возможность определить реацию объета на это воздействие. В статичесом слчае эта реация имеет вид Y = {y1 .... yN}, де yi = F °(Vi), i = 1...N , а в динамичесом — Y˜ (t) = F °[U(t)]. Полченная информация и является исходной для определения параметров модели F: Y = F (U, С), что осществляется методами идентифиации. План эсперимента U˜ определяется: — стртрой ST модели F, — ресрсом планирования R, оторый образется выделяемыми на эсперимент средствами, областью планирования, определяющей пределы изменения входа U; — ритерием планирования, оторый определяет эффетивность плана U˜ . 30

6. Синтез правления. На этом этапе принимается решение о том, аово должно быть правление U, чтобы дости нть заданной цели правления Z * в объете. Это решение опирается на имеющюся модель объета F, заданню цель Z *, полченню информацию о состоянии среды X и выделенный ресрс правления R, оторый представляет собой о раничения, наладываемые на правление U в связи со специфиой объета и возможностями СУ. Достижение цели Z * возможно соответствющим выбором правления U (состояние среды X изменяется независимо от нас). Это приводит  эстремальной задаче Q(X, Y) ⇒ min ⇒ U *, (1.4) V ° Ω решение оторой U * является оптимальным правлением. Способы решения задачи (1.4) сщественно зависят от стртры модели объета F. Если объет статичесий, т. е. F — фнция, то полчаем задач математичесо о про раммирования, если же динамичесий, т. е. F — оператор, то решают вариационню задач. 7. Реализация правления или отработа в объете оптимально о решения U *, полченно о на предыдщем этапе. Реализовав правление и бедившись, что цель правления не дости нта, возвращаются  одном из предыдщих этапов. Даже в лчшем слчае, о да поставленная цель дости нта, необходимость обращения  предыдщем этап вызывается изменением состояния среды X или сменой цели правления Z *. Таим образом, при бла оприятном стечении обстоятельств обращаются  этап синтеза правления (стрела а на рис. 1.6), де определяется новое состояние, оторое отражает новю ситацию, сложившюся в среде. Та фнционирет стандартный онтр правления простым объетом. 8. Адаптация. Специфиа правления сложной системой состоит в том, что бла одаря зашмленности и нестационарности информация, полченная на предыдщих этапах, приближенно отражает состояние системы лишь в предыдщие моменты времени. Это и вызывает необходимость орреции. Корреция может затра ивать различные этапы. Простейшая орреция связана с подстройой параметров модели С (стрела с, рис. 1.6). Тао о рода оррецию называют адаптацией модели, а правление — адаптивным правлением. Если правление U не обеспечивает необходимо о разнообразия входа объета для эффетивной орреции параметров модели, то приходится принимать специальные меры планирования эсперимента птем добавления специальных тестовых си налов 31

ратора преобразования модели в виде (1.3) можно назвать параметризацией модели, что эвивалентно заданию е о стртры. При синтезе стртры моделей объетов правления мо т применяться различные подходы — от лассичесих методов ТАУ до современных методов имитационно о моделирования (методы слчайно о поиса, статистичесих испытаний и др.), семиотичесо о моделирования с применением языа бинарных отношений и др их методов современной математии, использющих сочетание дополняющих др др а возможностей аналитичесих и статистичесих, семиотичесих и рафичесих и др их формализованных представлений системы. 4. Идентифиация параметров модели объета. Этот этап связан с определением числовых значений параметров С в режиме нормально о фнционирования объета. Делается это стандартными приемами идентифиации. Для выяснения зависимости выхода объета от правляемых входов U необходимо преднамеренно их изменять, т. е. эспериментировать с объетом. Однао сложная система «не любит» эсперименты, наршающие режим ее нормально о фнционирования. Поэтом эсперимент, оторо о нельзя избежать, следет проводить, минимально возмщая объет, но та, чтобы полчить при этом масимальню информацию о влиянии варьиремых параметров на выход объета. 5. Планирование эсперимента. На данном этапе лавным является синтез плана эсперимента, позволяюще о с масимальной эффетивностью определить исомые параметры модели объета правления. Для статичесо о объета этот план U представляет собой набор состояний правляемо о выхода объета U˜ = {U1, ..., UN}, а для динамичесо о — план-фнцию U˜ = U(t), 0 m t m T, т. е. про рамм изменения во времени входа объета. Эсперимент на объете дает возможность определить реацию объета на это воздействие. В статичесом слчае эта реация имеет вид Y = {y1 .... yN}, де yi = F °(Vi), i = 1...N , а в динамичесом — Y˜ (t) = F °[U(t)]. Полченная информация и является исходной для определения параметров модели F: Y = F (U, С), что осществляется методами идентифиации. План эсперимента U˜ определяется: — стртрой ST модели F, — ресрсом планирования R, оторый образется выделяемыми на эсперимент средствами, областью планирования, определяющей пределы изменения входа U; — ритерием планирования, оторый определяет эффетивность плана U˜ . 30

6. Синтез правления. На этом этапе принимается решение о том, аово должно быть правление U, чтобы дости нть заданной цели правления Z * в объете. Это решение опирается на имеющюся модель объета F, заданню цель Z *, полченню информацию о состоянии среды X и выделенный ресрс правления R, оторый представляет собой о раничения, наладываемые на правление U в связи со специфиой объета и возможностями СУ. Достижение цели Z * возможно соответствющим выбором правления U (состояние среды X изменяется независимо от нас). Это приводит  эстремальной задаче Q(X, Y) ⇒ min ⇒ U *, (1.4) V ° Ω решение оторой U * является оптимальным правлением. Способы решения задачи (1.4) сщественно зависят от стртры модели объета F. Если объет статичесий, т. е. F — фнция, то полчаем задач математичесо о про раммирования, если же динамичесий, т. е. F — оператор, то решают вариационню задач. 7. Реализация правления или отработа в объете оптимально о решения U *, полченно о на предыдщем этапе. Реализовав правление и бедившись, что цель правления не дости нта, возвращаются  одном из предыдщих этапов. Даже в лчшем слчае, о да поставленная цель дости нта, необходимость обращения  предыдщем этап вызывается изменением состояния среды X или сменой цели правления Z *. Таим образом, при бла оприятном стечении обстоятельств обращаются  этап синтеза правления (стрела а на рис. 1.6), де определяется новое состояние, оторое отражает новю ситацию, сложившюся в среде. Та фнционирет стандартный онтр правления простым объетом. 8. Адаптация. Специфиа правления сложной системой состоит в том, что бла одаря зашмленности и нестационарности информация, полченная на предыдщих этапах, приближенно отражает состояние системы лишь в предыдщие моменты времени. Это и вызывает необходимость орреции. Корреция может затра ивать различные этапы. Простейшая орреция связана с подстройой параметров модели С (стрела с, рис. 1.6). Тао о рода оррецию называют адаптацией модели, а правление — адаптивным правлением. Если правление U не обеспечивает необходимо о разнообразия входа объета для эффетивной орреции параметров модели, то приходится принимать специальные меры планирования эсперимента птем добавления специальных тестовых си налов 31

(стрела b, рис. 1.6). Таое правление называют дальным. Однао одной орреции параметров модели может оазаться недостаточно, если изменилась ее стртра. Поэтом время от времени необходима орреция стртры модели, т. е. приведение ее в соответствие с новой информацией (стрела d, рис. 1.6). Далее орреция может оснться само о объета, точнее, раницы разделения объета и среды. Это бывает необходимо при значительном изменении (эволюции) объета и оржающей ее среды (стрела е, рис. 1.6). И наонец, созданная СУ по ряд причин может не реализовать все множество целей правления, в резльтате необходима адаптация целей (стрела g, рис. 1.6). Очевидно, что не все из описанных выше восьми этапов правления пристствют при синтезе СУ. В ряде слчаев неоторые из них выпадают. Например, объет правления может быть выделен из среды и то да нет необходимости в этапе планирования эсперимента, та а модель объета проста и все ее параметры можно определить без специально ор анизованно о эсперимента.

1.4. Объет и предмет теории автоматизированноо правления Объетом любой теории является то, на что она направлена, т. е. что является ее содержанием. В этом смысле объетом теории автоматизированно о правления является процесс правления в ор анизационно-эономичесих и техничесих системах. Поэтом все содержание данно о чебниа представляет собой подробное изложение современно о подхода  сщности процесса правления в соответствии с требованиями Госдарственно о образовательно о стандарта специальности 220200 – Автоматизированные системы обработи информации и правления. Предметом теории является аппарат, с помощью оторо о производятся исследования объета данной теории. Предметом теории мо т быть математичесие методы и модели, виды моделирования, техничесие средства. Математичесим аппаратом теории автоматизированно о правления являются три раздела теоретичесой ибернетии: вероятностные методы, методы оптимизации и численные методы и методы дисретной математии. Та а в основе исследования большинства сложных систем лежат вероятностные методы, то первые три раздела вероятностных методов посвящаются теории вероятностей, математичесой статистие и теории маровсих процессов. В разделе математичесой статистии в основном изла аются вопросы опре32

деления числовых значений харатеристи слчайных величин и заонов распределения (рис 1.7). Уже на примере это о раздела можно бедиться в том, что различные разделы ибернетии взаимно прониают др в др а и резо о разделения провести не дается. Часто изложение теории вероятностей производится с привлечением общей ал ебры и математичесой ло ии, оторые рассматриваются в разделе дисретной математии. Изложение математичесой статистии заанчивается теорией статистичесих решений, предла ающей математичесие методы для принятия решений в словиях неопределенности. Эти методы в значительной степени перерываются методами теории и р. Четвертый раздел вероятностных методов посвящен теории информации и одирования. Наряд с рассмотрением вероятностно о понятия информации, ее свойств и особенностей преобразования, развитых в теории связи, в этом разделе большое внимание деляется др ом подход  информационным явлениям, оторый сформировался в связи машинной обработой информации и внедрением АСУ и в отором использется понятие тезарса. Тезарс — словарь, оторый очищен от неоднозначности, т. е. в нем аждом слов может соответствовать лишь единственное понятие, хотя в обычном словаре одном слов может соответствовать несольо понятий. Межд тезарсом и обычным словарем имеются принципиальные различия. Оптимальные методы обработи, передачи, преобразования и защиты информации сщественным образом зависят от способов ее одирования, оторым деляется большое внимание в этом разделе. Для построения оптимальных систем правления необходимо иметь в наличии математичесий аппарат для отысания оптимальных заонов правления, оторый составляет основное содержание второ о цила математичесих основ ибернетии. В зависимости от специфии системы правления мо т применяться различные методы оптимизации: от лассичесих методов Эйлера — Ла ранжа, динамичесо о про раммирования и приÂåðîÿòíîñòíûå ìåòîäû

Òåîðèÿ âåðîÿòíîñòåé

Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà

Òåîðèÿ ìàðêîâñêèõ ïðîöåññîâ

Òåîðèÿ èíôîðìàöèè è êîäèðîâàíèÿ

Рис.1.7. Вероятностные методы в ибернети е

33

(стрела b, рис. 1.6). Таое правление называют дальным. Однао одной орреции параметров модели может оазаться недостаточно, если изменилась ее стртра. Поэтом время от времени необходима орреция стртры модели, т. е. приведение ее в соответствие с новой информацией (стрела d, рис. 1.6). Далее орреция может оснться само о объета, точнее, раницы разделения объета и среды. Это бывает необходимо при значительном изменении (эволюции) объета и оржающей ее среды (стрела е, рис. 1.6). И наонец, созданная СУ по ряд причин может не реализовать все множество целей правления, в резльтате необходима адаптация целей (стрела g, рис. 1.6). Очевидно, что не все из описанных выше восьми этапов правления пристствют при синтезе СУ. В ряде слчаев неоторые из них выпадают. Например, объет правления может быть выделен из среды и то да нет необходимости в этапе планирования эсперимента, та а модель объета проста и все ее параметры можно определить без специально ор анизованно о эсперимента.

1.4. Объет и предмет теории автоматизированноо правления Объетом любой теории является то, на что она направлена, т. е. что является ее содержанием. В этом смысле объетом теории автоматизированно о правления является процесс правления в ор анизационно-эономичесих и техничесих системах. Поэтом все содержание данно о чебниа представляет собой подробное изложение современно о подхода  сщности процесса правления в соответствии с требованиями Госдарственно о образовательно о стандарта специальности 220200 – Автоматизированные системы обработи информации и правления. Предметом теории является аппарат, с помощью оторо о производятся исследования объета данной теории. Предметом теории мо т быть математичесие методы и модели, виды моделирования, техничесие средства. Математичесим аппаратом теории автоматизированно о правления являются три раздела теоретичесой ибернетии: вероятностные методы, методы оптимизации и численные методы и методы дисретной математии. Та а в основе исследования большинства сложных систем лежат вероятностные методы, то первые три раздела вероятностных методов посвящаются теории вероятностей, математичесой статистие и теории маровсих процессов. В разделе математичесой статистии в основном изла аются вопросы опре32

деления числовых значений харатеристи слчайных величин и заонов распределения (рис 1.7). Уже на примере это о раздела можно бедиться в том, что различные разделы ибернетии взаимно прониают др в др а и резо о разделения провести не дается. Часто изложение теории вероятностей производится с привлечением общей ал ебры и математичесой ло ии, оторые рассматриваются в разделе дисретной математии. Изложение математичесой статистии заанчивается теорией статистичесих решений, предла ающей математичесие методы для принятия решений в словиях неопределенности. Эти методы в значительной степени перерываются методами теории и р. Четвертый раздел вероятностных методов посвящен теории информации и одирования. Наряд с рассмотрением вероятностно о понятия информации, ее свойств и особенностей преобразования, развитых в теории связи, в этом разделе большое внимание деляется др ом подход  информационным явлениям, оторый сформировался в связи машинной обработой информации и внедрением АСУ и в отором использется понятие тезарса. Тезарс — словарь, оторый очищен от неоднозначности, т. е. в нем аждом слов может соответствовать лишь единственное понятие, хотя в обычном словаре одном слов может соответствовать несольо понятий. Межд тезарсом и обычным словарем имеются принципиальные различия. Оптимальные методы обработи, передачи, преобразования и защиты информации сщественным образом зависят от способов ее одирования, оторым деляется большое внимание в этом разделе. Для построения оптимальных систем правления необходимо иметь в наличии математичесий аппарат для отысания оптимальных заонов правления, оторый составляет основное содержание второ о цила математичесих основ ибернетии. В зависимости от специфии системы правления мо т применяться различные методы оптимизации: от лассичесих методов Эйлера — Ла ранжа, динамичесо о про раммирования и приÂåðîÿòíîñòíûå ìåòîäû

Òåîðèÿ âåðîÿòíîñòåé

Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ñòàòèñòèêà

Òåîðèÿ ìàðêîâñêèõ ïðîöåññîâ

Òåîðèÿ èíôîðìàöèè è êîäèðîâàíèÿ

Рис.1.7. Вероятностные методы в ибернети е

33

нципа масимма Понтря ина до методов математичесо о прораммирования. При этом рассматриваются непрерывные и дисретные, детерминированные и вероятностные варианты этих методов. Очень часто для отысания оптимально о правления приходится решать численными методами дифференциальные, инте ральные или разностные равнения, оторые составляют в настоящее время самостоятельный большой раздел приладной математии. Учитывая использование ЭВМ, желательно оончательные численные процедры отысания решения записывать с помощью ао о-нибдь проблемно-ориентированно о языа. Особо о внимания заслживает третий раздел математичесих основ ибернетии — дисретная математиа (рис.1.8). Ка же азывалось, большинство процессов правления, особенно в АСУ, дисретные. Массивы информации и про раммы, записанные на машинных носителях, дисретны по своей стртре. В редих слчаях их можно описать с помощью аппарата непрерывной математии (дифференциальных равнений). Поэтом для специалиста по правлению требется более лбоая математичесая под отова по сравнению с той, оторая дается в настоящее время в взах. Ем необходимо хорошо знать дисретню математи, оторая называется та потом, что в ней нет понятия непрерывности, дифференциремости. Дисретная математиа влючает следющие разделы: теорию множеств и общю ал ебр, математичесю ло и, теорию ал оритмов, теорию автоматов, теорию рафов, омбинаторное исчисление, математичесю лин висти. Все ибернетичесие модели, рассматриваемые в теории автоматизированно о правления, разделены на три рппы. Здесь первю рпп составляют модели, в основе оторых лежит вероятностная природа (рис. 1.9). Это модели теории массово о обслживания, теории надежности, теории и р, распознавания образов. Теория массово о обслживания (теория очередей) – это раздел приладной математии, изчающий процессы, связанные с довлетворением массово о спроса на обслживание ао о-либо вида с четом слчайно о харатера спроса и обслживания (телефонные задачи, запасы продтов, транспортные перевози, доро и). Теория надежности изчает заономерности возниновения и странения отазов. Теория и р и статистичесих решений – это математичесая теория оптимальных решений в онфлитных ситациях. Теория распознавания образов изчает процессы принятия решений о наиболее сщественных свойствах неоторо о объета на основании освенных данных, т. е. на основании наблюдения др их свойств – признаов, зависящих от помянтых сщественных свойств. 34

Вторая рппа объединяет ибернетичесие модели объетов, поведение оторых описывается дифференциальными или разностными равнениями. Большинство методов исследования таих систем изла ается в работах по системам автоматичесо о релирования и правления. Для этих методов харатерно рассмотрение процессов во времени, поэтом таие модели мо т быть названы динамичесими системами. Третью рпп ибернетичесих моделей составляют дисретные ибернетичесие модели. Эти модели применяются и для исследования процессов правления, протеающих во времени, но в основном в них время не использется. Например, требется с помощью вычислительных машин расроить листовое железо для обшиви орабля наилчшим образом с точи зрения расхода материала, причем время, в течение оторо о производится расрой, не имеет особо о значения. Здесь с спехом применяются а детерминированные, та и вероятностные методы расчета. В общей стртрной схеме математичесих основ ибернетии рассматриваются еще специальные приладные вопросы.

Ìåòîäû äèñêðåòíîé ìàòåìàòèêè

Òåîðèÿ ìíîæåñòâ è îáùàÿ àëãåáðà

Òåîðèÿ àâòîìàòîâ

Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ëèíãâèñòèêà

Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ëîãèêà

Òåîðèÿ àëãîðèòìîâ

Îáùàÿ òåîðèÿ ãðàôîâ

Êîìáèíàòîðíîå èñ÷èñëåíèå

Рис 1.8. Методы дис ретной математи и в ибернети е

Ìîäåëè âåðîÿòíîñòíîé ïðèðîäû

Òåîðèÿ ìàññîâîãî îáñëóæèâàíèÿ

Òåîðèÿ íàäåæíîñòè

Òåîðèÿ èãð è ñòàòèñòè÷åñêèõ ðåøåíèé

Òåîðèÿ ðàñïîçíàâàíèÿ îáðàçîâ

Рис.1.9. Классифи ация моделей вероятностной природы

35

нципа масимма Понтря ина до методов математичесо о прораммирования. При этом рассматриваются непрерывные и дисретные, детерминированные и вероятностные варианты этих методов. Очень часто для отысания оптимально о правления приходится решать численными методами дифференциальные, инте ральные или разностные равнения, оторые составляют в настоящее время самостоятельный большой раздел приладной математии. Учитывая использование ЭВМ, желательно оончательные численные процедры отысания решения записывать с помощью ао о-нибдь проблемно-ориентированно о языа. Особо о внимания заслживает третий раздел математичесих основ ибернетии — дисретная математиа (рис.1.8). Ка же азывалось, большинство процессов правления, особенно в АСУ, дисретные. Массивы информации и про раммы, записанные на машинных носителях, дисретны по своей стртре. В редих слчаях их можно описать с помощью аппарата непрерывной математии (дифференциальных равнений). Поэтом для специалиста по правлению требется более лбоая математичесая под отова по сравнению с той, оторая дается в настоящее время в взах. Ем необходимо хорошо знать дисретню математи, оторая называется та потом, что в ней нет понятия непрерывности, дифференциремости. Дисретная математиа влючает следющие разделы: теорию множеств и общю ал ебр, математичесю ло и, теорию ал оритмов, теорию автоматов, теорию рафов, омбинаторное исчисление, математичесю лин висти. Все ибернетичесие модели, рассматриваемые в теории автоматизированно о правления, разделены на три рппы. Здесь первю рпп составляют модели, в основе оторых лежит вероятностная природа (рис. 1.9). Это модели теории массово о обслживания, теории надежности, теории и р, распознавания образов. Теория массово о обслживания (теория очередей) – это раздел приладной математии, изчающий процессы, связанные с довлетворением массово о спроса на обслживание ао о-либо вида с четом слчайно о харатера спроса и обслживания (телефонные задачи, запасы продтов, транспортные перевози, доро и). Теория надежности изчает заономерности возниновения и странения отазов. Теория и р и статистичесих решений – это математичесая теория оптимальных решений в онфлитных ситациях. Теория распознавания образов изчает процессы принятия решений о наиболее сщественных свойствах неоторо о объета на основании освенных данных, т. е. на основании наблюдения др их свойств – признаов, зависящих от помянтых сщественных свойств. 34

Вторая рппа объединяет ибернетичесие модели объетов, поведение оторых описывается дифференциальными или разностными равнениями. Большинство методов исследования таих систем изла ается в работах по системам автоматичесо о релирования и правления. Для этих методов харатерно рассмотрение процессов во времени, поэтом таие модели мо т быть названы динамичесими системами. Третью рпп ибернетичесих моделей составляют дисретные ибернетичесие модели. Эти модели применяются и для исследования процессов правления, протеающих во времени, но в основном в них время не использется. Например, требется с помощью вычислительных машин расроить листовое железо для обшиви орабля наилчшим образом с точи зрения расхода материала, причем время, в течение оторо о производится расрой, не имеет особо о значения. Здесь с спехом применяются а детерминированные, та и вероятностные методы расчета. В общей стртрной схеме математичесих основ ибернетии рассматриваются еще специальные приладные вопросы.

Ìåòîäû äèñêðåòíîé ìàòåìàòèêè

Òåîðèÿ ìíîæåñòâ è îáùàÿ àëãåáðà

Òåîðèÿ àâòîìàòîâ

Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ëèíãâèñòèêà

Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ëîãèêà

Òåîðèÿ àëãîðèòìîâ

Îáùàÿ òåîðèÿ ãðàôîâ

Êîìáèíàòîðíîå èñ÷èñëåíèå

Рис 1.8. Методы дис ретной математи и в ибернети е

Ìîäåëè âåðîÿòíîñòíîé ïðèðîäû

Òåîðèÿ ìàññîâîãî îáñëóæèâàíèÿ

Òåîðèÿ íàäåæíîñòè

Òåîðèÿ èãð è ñòàòèñòè÷åñêèõ ðåøåíèé

Òåîðèÿ ðàñïîçíàâàíèÿ îáðàçîâ

Рис.1.9. Классифи ация моделей вероятностной природы

35

36

Мысленное моделирование реализется в виде на лядно о, символичесо о и математичесо о. При на лядном моделировании на базе представлений человеа о реальных объетах создаются налядные модели, отображающие явления и процессы, протеающие в объете. В основ ипотетичесо о моделирования заладывается ипотеза о заономерностях протеания процесса в реальÌîäåëèðîâàíèå ñèñòåì

Íåïîëíîå

Äåòåðìèíèðîâàííîå

Ñòîõàñòè÷åñêîå

Ñòàòè÷åñêîå

Äèíàìè÷åñêîå Äèñêðåòíîíåïðåðûâíîå

Ôèçè÷åñêîå

 íåðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè

Íàòóðíîå

Ïðîèçâîäñòâåííûé ýêñïåðèìåíò

Ìàòåìàòè÷åñêîå

Êîìïëåêñíûå èñïûòàíèÿ

Çíàêîâîå

ßçûêîâîå

Ìàêåòèðîâàíèå

Àíàëîãîâîå

Ñèìâîëè÷åñêîå

Ðåàëüíîå

Íàó÷íûé ýêñïåðèìåíò

Ìûñëåííîå

Íåïðåðûâíîå

Àíàëèòè÷åñêîå Èìèòàöèîííîå Êîìáèíèðîâàííîå Èíôîðìàöèîííîå Ñòðóêòóðíî-ñèñòåìíîå Ñèòóàöèîííîå

Äèñêðåòíîå

Íàãëÿäíîå

Ïðèáëèæåííîå

 ðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè

Ïîëíîå

Ãèïîòåòè÷åñêîå

Содержание этой части вы лядит наиболее неопределенным, та а ее название допсает влючение самых разнообразных разделов. Та, вопросы, связанные с проетированием АСУ, выделены в самостоятельный раздел. Хотя они и представляют модифиацию больших систем, для них харатерен человео-машинный способ правления. В этом разделе в основном рассматриваются общие вопросы проетирования АСУ и особенности проетирования фнциональных подсистем. Раздел «Теория иссственно о интеллета» влючает различные аспеты теории принятия решений в больших системах, а таже вопросы создания информационных и про раммных омплесов, моделирющих иссственный разм. Мощным аппаратом теории автоматизированно о правления является моделирование. В основе моделирования лежит теория подобия, оторая тверждает, что абсолютное подобие может иметь место лишь при замене одно о объета др им, точно таим же. При моделировании абсолютное подобие не имеет места, и стремятся  том, чтобы модель достаточно хорошо отображала исследемю сторон фнционирования объета. Классифиация видов моделирования приведена на рис. 1.10. По степени полноты модели они делятся на полные, неполные и приближенные. Полные модели идентичны объет во времени и пространстве. Для неполно о моделирования эта идентичность не сохраняется. В основе приближенно о моделирования лежит подобие, при отором неоторые стороны фнционирования реально о объета не моделирются совсем. В зависимости от харатера изчаемых процессов в системе виды моделирования подразделяются на детерминированные и стохастичесие, статичесие, динамичесие, дисретные, непрерывные и дисретно-непрерывные. Детерминированное моделирование отображает процессы, в оторых предпола ается отстствие слчайных воздействий. Стохастичесое моделирование читывает вероятностные процессы и события. Статичесое моделирование слжит для описания поведения объета в фисированный момент времени, а динамичесое — для исследования объета во времени. Дисретное, непрерывное и дисретно-непрерывное моделирования использются для описаний процессов, имеющих изменение во времени. При этом оперирют анало овыми, цифровыми и анало о-цифровыми моделями. В зависимости от формы представления объета моделирование лассифицирется на мысленное и реальное. Мысленное моделирование применяется то да, о да модели не реализемы в заданном интервале времени либо отстствют словия для их физичесо о создания (например, ситации миромира).

Рис. 1.10. Виды моделирования систем

37

36

Мысленное моделирование реализется в виде на лядно о, символичесо о и математичесо о. При на лядном моделировании на базе представлений человеа о реальных объетах создаются налядные модели, отображающие явления и процессы, протеающие в объете. В основ ипотетичесо о моделирования заладывается ипотеза о заономерностях протеания процесса в реальÌîäåëèðîâàíèå ñèñòåì

Íåïîëíîå

Äåòåðìèíèðîâàííîå

Ñòîõàñòè÷åñêîå

Ñòàòè÷åñêîå

Äèíàìè÷åñêîå Äèñêðåòíîíåïðåðûâíîå

Ôèçè÷åñêîå

 íåðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè

Íàòóðíîå

Ïðîèçâîäñòâåííûé ýêñïåðèìåíò

Ìàòåìàòè÷åñêîå

Êîìïëåêñíûå èñïûòàíèÿ

Çíàêîâîå

ßçûêîâîå

Ìàêåòèðîâàíèå

Àíàëîãîâîå

Ñèìâîëè÷åñêîå

Ðåàëüíîå

Íàó÷íûé ýêñïåðèìåíò

Ìûñëåííîå

Íåïðåðûâíîå

Àíàëèòè÷åñêîå Èìèòàöèîííîå Êîìáèíèðîâàííîå Èíôîðìàöèîííîå Ñòðóêòóðíî-ñèñòåìíîå Ñèòóàöèîííîå

Äèñêðåòíîå

Íàãëÿäíîå

Ïðèáëèæåííîå

 ðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè

Ïîëíîå

Ãèïîòåòè÷åñêîå

Содержание этой части вы лядит наиболее неопределенным, та а ее название допсает влючение самых разнообразных разделов. Та, вопросы, связанные с проетированием АСУ, выделены в самостоятельный раздел. Хотя они и представляют модифиацию больших систем, для них харатерен человео-машинный способ правления. В этом разделе в основном рассматриваются общие вопросы проетирования АСУ и особенности проетирования фнциональных подсистем. Раздел «Теория иссственно о интеллета» влючает различные аспеты теории принятия решений в больших системах, а таже вопросы создания информационных и про раммных омплесов, моделирющих иссственный разм. Мощным аппаратом теории автоматизированно о правления является моделирование. В основе моделирования лежит теория подобия, оторая тверждает, что абсолютное подобие может иметь место лишь при замене одно о объета др им, точно таим же. При моделировании абсолютное подобие не имеет места, и стремятся  том, чтобы модель достаточно хорошо отображала исследемю сторон фнционирования объета. Классифиация видов моделирования приведена на рис. 1.10. По степени полноты модели они делятся на полные, неполные и приближенные. Полные модели идентичны объет во времени и пространстве. Для неполно о моделирования эта идентичность не сохраняется. В основе приближенно о моделирования лежит подобие, при отором неоторые стороны фнционирования реально о объета не моделирются совсем. В зависимости от харатера изчаемых процессов в системе виды моделирования подразделяются на детерминированные и стохастичесие, статичесие, динамичесие, дисретные, непрерывные и дисретно-непрерывные. Детерминированное моделирование отображает процессы, в оторых предпола ается отстствие слчайных воздействий. Стохастичесое моделирование читывает вероятностные процессы и события. Статичесое моделирование слжит для описания поведения объета в фисированный момент времени, а динамичесое — для исследования объета во времени. Дисретное, непрерывное и дисретно-непрерывное моделирования использются для описаний процессов, имеющих изменение во времени. При этом оперирют анало овыми, цифровыми и анало о-цифровыми моделями. В зависимости от формы представления объета моделирование лассифицирется на мысленное и реальное. Мысленное моделирование применяется то да, о да модели не реализемы в заданном интервале времени либо отстствют словия для их физичесо о создания (например, ситации миромира).

Рис. 1.10. Виды моделирования систем

37

ном объете, оторая отражает ровень знаний исследователя об объете и базирется на причинно-следственных связях межд входом и выходом изчаемо о объета. Этот вид моделирования использется, о да знаний об объете недостаточно для построения формальных моделей. Анало овое моделирование основывается на применении аналоий различных ровней. Для достаточно простых объетов наивысшим ровнем является полная анало ия. С сложнением системы использются анало ии последющих ровней, о да аналоовая модель отображает несольо либо тольо одн сторон фнционирования объета. Маетирование применяется, о да протеающие в реальном объете процессы не поддаются физичесом моделированию либо мо т предшествовать проведению др их видов моделирования. В основе построения мысленных маетов таже лежат анало ии, обычно базирющиеся на причинноследственных связях межд явлениями и процессами в объете. Символичесое моделирование представляет собой иссственный процесс создания ло ичесо о объета, оторый замещает реальный и выражает основные свойства е о отношений с помощью определенной системы знаов и символов. В основе языово о моделирования лежит неоторый тезарс, оторый образется из набора входящих понятий, причем этот набор должен быть фисированным. Если ввести словное обозначение отдельных понятий, т. е. знаи, а таже определенные операции межд этими знаами, то можно реализовать знаовое моделирование и с помощью знаов отображать набор понятий — составлять отдельные цепочи из слов и предложений. Использя операции объединения, пересечения и дополнения теории множеств, можно в отдельных символах дать описание ао о-то реально о объета. Математичесое моделирование — это процесс становления соответствия данном реальном объет неоторо о математичесо о объета, называемо о математичесой моделью. В принципе, для исследования харатеристи процесса фнционирования любой системы математичесими методами, влючая и машинные, должна быть обязательно проведена формализация это о процесса, т. е. построена математичесая модель. Исследование математичесой модели позволяет полчать харатеристии рассматриваемо о реально о объета. Вид математичесой модели зависит а от природы реально о объета, та и от задач исследования объета, требемой достоверности  точности решения задачи. Любая математичесая модель, а и всяая драя, описывает реальный объет с неоторой степенью приближения. Для аналитичесо о моделирования харатерно то, что 38

процессы фнционирования элементов системы записываются в виде неоторых фнциональных соотношений (ал ебраичесих, инте родифференциальных, онечно-разностных и т. д.) или ло ичесих словий. Аналитичесая модель исследется следющими методами: аналитичесим, о да стремятся полчить в общем виде явные зависимости, связывающие исомые харатеристии с начальными словиями, параметрами и переменными системы; численным, о да, не мея решать равнений в общем виде, стремятся полчить числовые резльтаты при онретных начальных данных; ачественным, о да, не имея решения в явном виде, можно найти неоторые свойства решения (например, оценить стойчивость решения). В настоящее время распространены методы машинной реализации исследования харатеристи процесса фнционирования БС. Для реализации математичесой модели на ЭВМ необходимо построить соответствющий моделирющий ал оритм. При имитационном моделировании реализющий модель ал оритм воспроизводит процесс фнционирования системы во времени, причем имитирются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их ло ичесой стртры и последовательности протеания во времени, что позволяет по исходным данным полчить сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить харатеристии системы. Основным преимществом имитационно о моделирования по сравнению с аналитичесим является возможность решения более сложных задач. Имитационные модели позволяют достаточно просто читывать таие фаторы, а наличие дисретных и непрерывных элементов, нелинейные харатеристии элементов системы, мно очисленные слчайные воздействия и др., оторые часто создают трдности при аналитичесих исследованиях. В настоящее время имитационное моделирование — наиболее эффетивный метод исследования БС, а часто и единственный пратичеси достпный метод полчения информации о поведении системы, особенно на этапе ее проетирования. В имитационном моделировании различают метод статистичесо о моделирования и метод статистичесих испытаний (Монте-Карло). Если резльтаты, полченные при воспроизведении на имитационной модели, являются реализациями слчайных величин и фнций, то да для нахождения харатеристи процесса требется е о мно оратное воспроизведение с последющей обработой информации. Поэтом целесообразно в ачестве метода машинной реализации имитационной модели использовать метод статистичесо о моделирования. Первоначально 39

ном объете, оторая отражает ровень знаний исследователя об объете и базирется на причинно-следственных связях межд входом и выходом изчаемо о объета. Этот вид моделирования использется, о да знаний об объете недостаточно для построения формальных моделей. Анало овое моделирование основывается на применении аналоий различных ровней. Для достаточно простых объетов наивысшим ровнем является полная анало ия. С сложнением системы использются анало ии последющих ровней, о да аналоовая модель отображает несольо либо тольо одн сторон фнционирования объета. Маетирование применяется, о да протеающие в реальном объете процессы не поддаются физичесом моделированию либо мо т предшествовать проведению др их видов моделирования. В основе построения мысленных маетов таже лежат анало ии, обычно базирющиеся на причинноследственных связях межд явлениями и процессами в объете. Символичесое моделирование представляет собой иссственный процесс создания ло ичесо о объета, оторый замещает реальный и выражает основные свойства е о отношений с помощью определенной системы знаов и символов. В основе языово о моделирования лежит неоторый тезарс, оторый образется из набора входящих понятий, причем этот набор должен быть фисированным. Если ввести словное обозначение отдельных понятий, т. е. знаи, а таже определенные операции межд этими знаами, то можно реализовать знаовое моделирование и с помощью знаов отображать набор понятий — составлять отдельные цепочи из слов и предложений. Использя операции объединения, пересечения и дополнения теории множеств, можно в отдельных символах дать описание ао о-то реально о объета. Математичесое моделирование — это процесс становления соответствия данном реальном объет неоторо о математичесо о объета, называемо о математичесой моделью. В принципе, для исследования харатеристи процесса фнционирования любой системы математичесими методами, влючая и машинные, должна быть обязательно проведена формализация это о процесса, т. е. построена математичесая модель. Исследование математичесой модели позволяет полчать харатеристии рассматриваемо о реально о объета. Вид математичесой модели зависит а от природы реально о объета, та и от задач исследования объета, требемой достоверности  точности решения задачи. Любая математичесая модель, а и всяая драя, описывает реальный объет с неоторой степенью приближения. Для аналитичесо о моделирования харатерно то, что 38

процессы фнционирования элементов системы записываются в виде неоторых фнциональных соотношений (ал ебраичесих, инте родифференциальных, онечно-разностных и т. д.) или ло ичесих словий. Аналитичесая модель исследется следющими методами: аналитичесим, о да стремятся полчить в общем виде явные зависимости, связывающие исомые харатеристии с начальными словиями, параметрами и переменными системы; численным, о да, не мея решать равнений в общем виде, стремятся полчить числовые резльтаты при онретных начальных данных; ачественным, о да, не имея решения в явном виде, можно найти неоторые свойства решения (например, оценить стойчивость решения). В настоящее время распространены методы машинной реализации исследования харатеристи процесса фнционирования БС. Для реализации математичесой модели на ЭВМ необходимо построить соответствющий моделирющий ал оритм. При имитационном моделировании реализющий модель ал оритм воспроизводит процесс фнционирования системы во времени, причем имитирются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их ло ичесой стртры и последовательности протеания во времени, что позволяет по исходным данным полчить сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить харатеристии системы. Основным преимществом имитационно о моделирования по сравнению с аналитичесим является возможность решения более сложных задач. Имитационные модели позволяют достаточно просто читывать таие фаторы, а наличие дисретных и непрерывных элементов, нелинейные харатеристии элементов системы, мно очисленные слчайные воздействия и др., оторые часто создают трдности при аналитичесих исследованиях. В настоящее время имитационное моделирование — наиболее эффетивный метод исследования БС, а часто и единственный пратичеси достпный метод полчения информации о поведении системы, особенно на этапе ее проетирования. В имитационном моделировании различают метод статистичесо о моделирования и метод статистичесих испытаний (Монте-Карло). Если резльтаты, полченные при воспроизведении на имитационной модели, являются реализациями слчайных величин и фнций, то да для нахождения харатеристи процесса требется е о мно оратное воспроизведение с последющей обработой информации. Поэтом целесообразно в ачестве метода машинной реализации имитационной модели использовать метод статистичесо о моделирования. Первоначально 39

был разработан метод статистичесих испытаний, представляющий собой численный метод, оторый применялся дня моделирования слчайных величин и фнций, вероятностные харатеристии оторых совпадали с решениями аналитичесих задач (таая процедра полчила название метода Монте-Карло). Затем этот прием стали применять и для машинной имитации с целью исследования харатеристи процессов фнционирования систем, подверженных слчайным воздействиям, т. е. появился метод статистичесо о моделирования. Метод имитационно о моделирования применяется для оцени вариантов стртры системы, эффетивности различных ал оритмов правления системой, влияния изменения различных параметров системы. Имитационное моделирование может быть положено в основ стртрно о, ал оритмичесо о и параметричесо о синтеза ЕС, о да требется создать систем с заданными харатеристиами при определенных о раничениях. Система должна быть оптимальной по неоторым ритериям эффетивности. Комбинированное (аналитио-имитационное) моделирование позволяет объединить достоинства аналитичесо о и имитационно о моделирования. При построении омбинированных моделей производится предварительная деомпозиция процесса фнционирования объета на составляющие подпроцессы и для тех из них, де это возможно, использются аналитичесие модели, а для остальных подпроцессов строятся имитационные модели. Таой подход позволяет охватить ачественно новые лассы систем, оторые не мо т быть исследованы с использованием тольо аналитичесо о или имитационно о моделирования в отдельности. Информационное моделирование (часто называемое ибернетичесим) связано с исследованием моделей, в оторых отстствет непосредственное подобие физичесих процессов, происходящих в моделях, реальным процессам. В этом слчае стремятся отобразить лишь неоторю фнцию и рассматривают реальный объет а «черный ящи», имеющий ряд входов и выходов, и моделирются неоторые связи межд выходами и входами. Таим образом, в основе информационных (ибернетичесих) моделей лежит отражение неоторых информационных процессов правления, что позволяет оценить поведение реально о объета. Для построения модели в этом слчае необходимо выделить исследемю фнцию реально о объета, попытаться формализовать эт фнцию в виде неоторых операторов связи межд входом и выходом и воспроизвести данню фнцию на имитационной модели, причем на совершенно др ом математичесом язые и, естественно, иной физичесой реализации процесса. 40

Стртрно-системное моделирование базирется на неоторых специфичесих особенностях стртр определенно о вида, использя их а средство исследования систем или разрабатывая на их основе с применением др их методов формализованно о представления систем (теоретио-множественных, лин вистичесих и т. п.) специфичесие подходы  моделированию. Стртрно-системное моделирование влючает: — методы сетево о моделирования; — сочетание методов стртризации с лин вистичесими (языовыми); — стртрный подход в направлении формализации построения и исследования стртр разно о типа (иерархичесих, произвольных рафов) на основе теоретио-множественных представлений, понятия номинальной шалы и теории измерений. Ситационное моделирование основано на теории мышления, в рамах оторой можно описать механизмы ре лирования процессов принятия решений. В модельной теории мышления лежит представление о формировании в стртрах моз а информационной модели объета и внешне о мира. Эта информация воспринимается человеом на базе же имеющихся  не о знаний. Целесообразное поведение человеа строится птем формирования целевой ситации и мысленно о преобразования исходной ситации в целевю. Основой построения модели является описание объета в виде совопности элементов, связанных межд собой определенными отношениями, отображающими семанти предметной области. Модель объета имеет мно оровневю стртр и представляет собой тот информационный онтест, на фоне оторо о протеают процессы правления. Чем бо аче информационная модель объета и выше возможности ее маниплирования, тем лчше и мно ообразнее ачество принимаемых решений при правлении. При реальном моделировании использется возможность исследования харатеристи либо на реальном объете целиом, либо на е о части. Таие исследования на объетах, работающих а в нормальных режимах, та и при ор анизации специальных режимов для оцени интересющих исследователя харатеристи (при др их значениях переменных параметров, в др ом масштабе времени и т. д.). Реальное моделирование является наиболее адеватным, но е о возможности о раничены. Например, проведение реально о моделирования АСУП требет проведения эспериментов с правляемым объетом, т. е. предприятием, что в большинстве слчаев невозможно. 41

был разработан метод статистичесих испытаний, представляющий собой численный метод, оторый применялся дня моделирования слчайных величин и фнций, вероятностные харатеристии оторых совпадали с решениями аналитичесих задач (таая процедра полчила название метода Монте-Карло). Затем этот прием стали применять и для машинной имитации с целью исследования харатеристи процессов фнционирования систем, подверженных слчайным воздействиям, т. е. появился метод статистичесо о моделирования. Метод имитационно о моделирования применяется для оцени вариантов стртры системы, эффетивности различных ал оритмов правления системой, влияния изменения различных параметров системы. Имитационное моделирование может быть положено в основ стртрно о, ал оритмичесо о и параметричесо о синтеза ЕС, о да требется создать систем с заданными харатеристиами при определенных о раничениях. Система должна быть оптимальной по неоторым ритериям эффетивности. Комбинированное (аналитио-имитационное) моделирование позволяет объединить достоинства аналитичесо о и имитационно о моделирования. При построении омбинированных моделей производится предварительная деомпозиция процесса фнционирования объета на составляющие подпроцессы и для тех из них, де это возможно, использются аналитичесие модели, а для остальных подпроцессов строятся имитационные модели. Таой подход позволяет охватить ачественно новые лассы систем, оторые не мо т быть исследованы с использованием тольо аналитичесо о или имитационно о моделирования в отдельности. Информационное моделирование (часто называемое ибернетичесим) связано с исследованием моделей, в оторых отстствет непосредственное подобие физичесих процессов, происходящих в моделях, реальным процессам. В этом слчае стремятся отобразить лишь неоторю фнцию и рассматривают реальный объет а «черный ящи», имеющий ряд входов и выходов, и моделирются неоторые связи межд выходами и входами. Таим образом, в основе информационных (ибернетичесих) моделей лежит отражение неоторых информационных процессов правления, что позволяет оценить поведение реально о объета. Для построения модели в этом слчае необходимо выделить исследемю фнцию реально о объета, попытаться формализовать эт фнцию в виде неоторых операторов связи межд входом и выходом и воспроизвести данню фнцию на имитационной модели, причем на совершенно др ом математичесом язые и, естественно, иной физичесой реализации процесса. 40

Стртрно-системное моделирование базирется на неоторых специфичесих особенностях стртр определенно о вида, использя их а средство исследования систем или разрабатывая на их основе с применением др их методов формализованно о представления систем (теоретио-множественных, лин вистичесих и т. п.) специфичесие подходы  моделированию. Стртрно-системное моделирование влючает: — методы сетево о моделирования; — сочетание методов стртризации с лин вистичесими (языовыми); — стртрный подход в направлении формализации построения и исследования стртр разно о типа (иерархичесих, произвольных рафов) на основе теоретио-множественных представлений, понятия номинальной шалы и теории измерений. Ситационное моделирование основано на теории мышления, в рамах оторой можно описать механизмы ре лирования процессов принятия решений. В модельной теории мышления лежит представление о формировании в стртрах моз а информационной модели объета и внешне о мира. Эта информация воспринимается человеом на базе же имеющихся  не о знаний. Целесообразное поведение человеа строится птем формирования целевой ситации и мысленно о преобразования исходной ситации в целевю. Основой построения модели является описание объета в виде совопности элементов, связанных межд собой определенными отношениями, отображающими семанти предметной области. Модель объета имеет мно оровневю стртр и представляет собой тот информационный онтест, на фоне оторо о протеают процессы правления. Чем бо аче информационная модель объета и выше возможности ее маниплирования, тем лчше и мно ообразнее ачество принимаемых решений при правлении. При реальном моделировании использется возможность исследования харатеристи либо на реальном объете целиом, либо на е о части. Таие исследования на объетах, работающих а в нормальных режимах, та и при ор анизации специальных режимов для оцени интересющих исследователя харатеристи (при др их значениях переменных параметров, в др ом масштабе времени и т. д.). Реальное моделирование является наиболее адеватным, но е о возможности о раничены. Например, проведение реально о моделирования АСУП требет проведения эспериментов с правляемым объетом, т. е. предприятием, что в большинстве слчаев невозможно. 41

Натрным моделированием называют проведение исследования на реальном объете с последющей обработой резльтатов эсперимента на основе теории подобия. Натрный эсперимент подразделяется на начный эсперимент, омплесные испытания и производственный эсперимент. Начный эсперимент харатеризется широим использованием средств автоматизации проведения, применением весьма разнообразных средств обработи информации, возможностью вмешательства человеа в процесс проведения эсперимента. В соответствии с этим появилось новое начное направление — автоматизация начно о эсперимента и новая специализация в рамах специальности АСУ – АСНИ (автоматизированные системы начных исследований и омплесных испытаний). Одна из разновидностей эсперимента — омплесные испытания, о да вследствие повторения испытаний объетов в целом (или больших частей системы) выявляются общие заономерности харатеристи ачества, надежности этих объетов. В этом слчае моделирование осществляется птем обработи и обобщения сведений о рппе однородных явлений. Наряд со специально ор анизованными испытаниями возможна реализация натрно о моделирования птем обобщения опыта, наопленно о в ходе производственно о процесса, т. е. можно оворить о производственном эсперименте. Здесь на базе теории подобия обрабатывают статистичесий материал по производственном процесс и полчают е о обобщенные харатеристии. Необходимо помнить про отличия эсперимента от реально о протеания процесса. Оно залючается в том, что в эсперименте мо т появиться отдельные ритичесие ситации и определиться раницы стойчивости процесса. В ходе эсперимента новые фаторы и возмщающие воздействия вводятся в процесс фнционирования объета. Др им видом реально о моделирования является физичесое, отличающееся от натрно о тем, что исследование проводится на становах, оторые сохраняют природ явлений и обладают физичесим подобием. В процессе физичесо о моделирования задаются неоторые харатеристии внешней среды и исследется поведение либо реально о объета, либо е о модели при заданных или создаваемых иссственно воздействиях внешней среды. Физичесое моделирование может протеать в реальном и нереальном (псевдореальном) масштабах времени или рассматриваться без чета времени. В последнем слчае изчению подлежат та называемые «замороженные» процессы, фисиремые в неоторый момент времени. Наибольшю сложность и интерес с точи зрения орретности полчаемых резльтатов представляет физичесое моделирование в реальном масштабе времени. 42

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каовы причины появления автоматизированно(о правления? 2. Рассажите историю становления и развития теории автоматизированно(о правления. 3. Ка Вы понимаете смысл определений правления в широом смысле? 4. Что таое «ал(оритм правления»? 5. Сформлирйте понятие «процесс правления». 6. В аих взаимоотношениях находятся объет правления и правляющий ор(ан? 7. Перечислите задачи, решаемые системой правления. 8. В чем состоит принципиальная разница межд автоматичесим и автоматизированным правлениями? 9. Расройте понятие «система», «элемент», «подсистема». 10. Поясните содержание понятий «стртра» и «связь». 11. Что таое «иерархия»? 12. Что владывается в понятия «состояние», «поведение» и «модель» системы? 13. Расройте понятие «цель». Каова е(о роль в правлении? 14. Большая (сложная) система а основной вид систем в теории автоматизированно(о правления. 15. Назовите и поясните харатерные особенности больших систем. 16. Перечислите основные этапы правления. 17. Что является объетом теории автоматизированно(о правления? 18. Ка Вы понимаете предмет теории автоматичесо(о правления? 19. Расройте содержание трех цилов математичесих основ теории автоматизированно(о правления и ибернетии. 20. Рассажите о вероятностных методах в ибернетие. 21. Каие Вы знаете методы оптимизации, применяемые в ибернетие? 22. Дайте лассифиацию методов дисретной математии и поясните их роль в теории автоматизированно(о правления. 23. Охаратеризйте основные ибернетичесие модели вероятностной природы. 24. Каое различие Вы можете найти межд вероятностными и детерминированными моделями? 25. Каая роль в ибернетие отводится дисретным моделям? 26. Рассажите о важности ибернетичесих моделей в проетировании АСУ. 27. Что Вы знаете о теории иссственно(о интеллета? 28. Каова роль моделирования в теории автоматизированно(о правления? 29. По аим признаам лассифицирется моделирование? 30. Дайте лассифиацию основных видов моделирования. 31. Поясните роль математичесо(о моделирования. 32. Что таое имитационное и ситационное моделирование? 33. Рассажите, что Вы знаете о стртрно-системном моделировании.

43

Натрным моделированием называют проведение исследования на реальном объете с последющей обработой резльтатов эсперимента на основе теории подобия. Натрный эсперимент подразделяется на начный эсперимент, омплесные испытания и производственный эсперимент. Начный эсперимент харатеризется широим использованием средств автоматизации проведения, применением весьма разнообразных средств обработи информации, возможностью вмешательства человеа в процесс проведения эсперимента. В соответствии с этим появилось новое начное направление — автоматизация начно о эсперимента и новая специализация в рамах специальности АСУ – АСНИ (автоматизированные системы начных исследований и омплесных испытаний). Одна из разновидностей эсперимента — омплесные испытания, о да вследствие повторения испытаний объетов в целом (или больших частей системы) выявляются общие заономерности харатеристи ачества, надежности этих объетов. В этом слчае моделирование осществляется птем обработи и обобщения сведений о рппе однородных явлений. Наряд со специально ор анизованными испытаниями возможна реализация натрно о моделирования птем обобщения опыта, наопленно о в ходе производственно о процесса, т. е. можно оворить о производственном эсперименте. Здесь на базе теории подобия обрабатывают статистичесий материал по производственном процесс и полчают е о обобщенные харатеристии. Необходимо помнить про отличия эсперимента от реально о протеания процесса. Оно залючается в том, что в эсперименте мо т появиться отдельные ритичесие ситации и определиться раницы стойчивости процесса. В ходе эсперимента новые фаторы и возмщающие воздействия вводятся в процесс фнционирования объета. Др им видом реально о моделирования является физичесое, отличающееся от натрно о тем, что исследование проводится на становах, оторые сохраняют природ явлений и обладают физичесим подобием. В процессе физичесо о моделирования задаются неоторые харатеристии внешней среды и исследется поведение либо реально о объета, либо е о модели при заданных или создаваемых иссственно воздействиях внешней среды. Физичесое моделирование может протеать в реальном и нереальном (псевдореальном) масштабах времени или рассматриваться без чета времени. В последнем слчае изчению подлежат та называемые «замороженные» процессы, фисиремые в неоторый момент времени. Наибольшю сложность и интерес с точи зрения орретности полчаемых резльтатов представляет физичесое моделирование в реальном масштабе времени. 42

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каовы причины появления автоматизированно(о правления? 2. Рассажите историю становления и развития теории автоматизированно(о правления. 3. Ка Вы понимаете смысл определений правления в широом смысле? 4. Что таое «ал(оритм правления»? 5. Сформлирйте понятие «процесс правления». 6. В аих взаимоотношениях находятся объет правления и правляющий ор(ан? 7. Перечислите задачи, решаемые системой правления. 8. В чем состоит принципиальная разница межд автоматичесим и автоматизированным правлениями? 9. Расройте понятие «система», «элемент», «подсистема». 10. Поясните содержание понятий «стртра» и «связь». 11. Что таое «иерархия»? 12. Что владывается в понятия «состояние», «поведение» и «модель» системы? 13. Расройте понятие «цель». Каова е(о роль в правлении? 14. Большая (сложная) система а основной вид систем в теории автоматизированно(о правления. 15. Назовите и поясните харатерные особенности больших систем. 16. Перечислите основные этапы правления. 17. Что является объетом теории автоматизированно(о правления? 18. Ка Вы понимаете предмет теории автоматичесо(о правления? 19. Расройте содержание трех цилов математичесих основ теории автоматизированно(о правления и ибернетии. 20. Рассажите о вероятностных методах в ибернетие. 21. Каие Вы знаете методы оптимизации, применяемые в ибернетие? 22. Дайте лассифиацию методов дисретной математии и поясните их роль в теории автоматизированно(о правления. 23. Охаратеризйте основные ибернетичесие модели вероятностной природы. 24. Каое различие Вы можете найти межд вероятностными и детерминированными моделями? 25. Каая роль в ибернетие отводится дисретным моделям? 26. Рассажите о важности ибернетичесих моделей в проетировании АСУ. 27. Что Вы знаете о теории иссственно(о интеллета? 28. Каова роль моделирования в теории автоматизированно(о правления? 29. По аим признаам лассифицирется моделирование? 30. Дайте лассифиацию основных видов моделирования. 31. Поясните роль математичесо(о моделирования. 32. Что таое имитационное и ситационное моделирование? 33. Рассажите, что Вы знаете о стртрно-системном моделировании.

43

Глава 2 МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Автоматизированные системы правления представляют собой сложные человео-машинные омплесы. Это совопность рпных подсистем, симбиоз данных и знаний, эономио-математичесих моделей, инстрментальных и техничесих средств, средств связи и ор технии, а таже специалистов, предназначенных для обработи информации и принятия решений. Поэтом в этой лаве приводится подробная лассифиация АС по различным признаам. Знание лассифиации АС позволяет стдентам свободно ориентироваться в большом мноообразии АСУ. Здесь же приводятся основные методоло ичесие принципы построения АС, оторые сщественно отличаются от методов проетирования в общем машиностроении, энеретие, радиотехние, элетроние. Во второй лаве таже рассмотрены этапы разработи АС, отражающие а порядо и последовательность создания АСУ, та и мно очисленный наопленный полвеовой опыт. Залючает лав списо задач, решаемых на всех стадиях проетирования АС. Таим образом, содержание второй лавы помо ает стдентам лбоо понять онцептальный процесс создания АСУ. При этом стдент должен яснить одн очень важню мысль: современные информационные техноло ии реализются в АС, составляя их лавню, содержательню (семантичесю) часть.

2.1. Классифиация автоматизированных систем В настоящее время АС полчили широчайшее распространение. Их лассифиация осществляется по ряд признаов. В зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные признаи лассифиации. При этом одна и та же АС может харатеризоваться одним или несольими признаами. В ачестве признаов лассифиации АС использются следющие признаи: — направление деятельности; — область и специфиа применения; — охватываемая территория; 44

— ор анизация информационных процессов; — назначение; — стртра и др. Урпненная (общая, лобальная) лассифиация АС. При самом общем ( лобальном) рассмотрении АС ее можно представить состоящей из двх частей: фнциональной и обеспечивающей. Например, автоматизированным системам ор анизационно о типа, таим, а автоматизированные системы правления предприятием (АСУП), системам правления объединением, фирмой, отраслью присще наличие очень большоо числа различных целей, оторые система стремится достичь одновременно. У АСУП можно выделить следющие цели: повышение вероятности выполнения плана, снижение себестоимости продции, повышение ачества продции, выход продции на межднародный рыно, повышение престижа предприятия в административно-территориальном районе и т. п. Межд целями мо т сществовать а взаимоподдержа, та и состязательность. Взаимоподдержа выражается в том, что достижение одной цели способствет достижению др ой (или др их) целей; состязательность выражается в том, что ради больше о достижения др их целей приходится постпиться степенью достижения данной цели. В свою очередь, аждая из лобальных целей может быть разбита на неоторое множество лоальных целей или целей более низо о ровня. Анало ично аждая из лоальных целей может быть разбита на неоторое множество подцелей следюще о ровня иерархии. Фнциональная подсистема — это часть автоматизированной системы, оторой поставлена в соответствие одна или несольо целей (подцелей) системы правления. Таим образом, фнциональная часть АС — это неоторый набор фнциональных подсистем. В самом простейшем слчае фнциональная подсистема состоит из правляющей части и объета правления (рис. 2.1).

Óïðàâëÿþùàÿ ÷àñòü (óïðàâëÿþùèé îðãàí)

Êîìàíäû Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Îáúåêò óïðàâëåíèÿ

Âíåøíÿÿ ñðåäà

Рис. 2.1. Общее представление фн циональной части АС

45

Глава 2 МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Автоматизированные системы правления представляют собой сложные человео-машинные омплесы. Это совопность рпных подсистем, симбиоз данных и знаний, эономио-математичесих моделей, инстрментальных и техничесих средств, средств связи и ор технии, а таже специалистов, предназначенных для обработи информации и принятия решений. Поэтом в этой лаве приводится подробная лассифиация АС по различным признаам. Знание лассифиации АС позволяет стдентам свободно ориентироваться в большом мноообразии АСУ. Здесь же приводятся основные методоло ичесие принципы построения АС, оторые сщественно отличаются от методов проетирования в общем машиностроении, энеретие, радиотехние, элетроние. Во второй лаве таже рассмотрены этапы разработи АС, отражающие а порядо и последовательность создания АСУ, та и мно очисленный наопленный полвеовой опыт. Залючает лав списо задач, решаемых на всех стадиях проетирования АС. Таим образом, содержание второй лавы помо ает стдентам лбоо понять онцептальный процесс создания АСУ. При этом стдент должен яснить одн очень важню мысль: современные информационные техноло ии реализются в АС, составляя их лавню, содержательню (семантичесю) часть.

2.1. Классифиация автоматизированных систем В настоящее время АС полчили широчайшее распространение. Их лассифиация осществляется по ряд признаов. В зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные признаи лассифиации. При этом одна и та же АС может харатеризоваться одним или несольими признаами. В ачестве признаов лассифиации АС использются следющие признаи: — направление деятельности; — область и специфиа применения; — охватываемая территория; 44

— ор анизация информационных процессов; — назначение; — стртра и др. Урпненная (общая, лобальная) лассифиация АС. При самом общем ( лобальном) рассмотрении АС ее можно представить состоящей из двх частей: фнциональной и обеспечивающей. Например, автоматизированным системам ор анизационно о типа, таим, а автоматизированные системы правления предприятием (АСУП), системам правления объединением, фирмой, отраслью присще наличие очень большоо числа различных целей, оторые система стремится достичь одновременно. У АСУП можно выделить следющие цели: повышение вероятности выполнения плана, снижение себестоимости продции, повышение ачества продции, выход продции на межднародный рыно, повышение престижа предприятия в административно-территориальном районе и т. п. Межд целями мо т сществовать а взаимоподдержа, та и состязательность. Взаимоподдержа выражается в том, что достижение одной цели способствет достижению др ой (или др их) целей; состязательность выражается в том, что ради больше о достижения др их целей приходится постпиться степенью достижения данной цели. В свою очередь, аждая из лобальных целей может быть разбита на неоторое множество лоальных целей или целей более низо о ровня. Анало ично аждая из лоальных целей может быть разбита на неоторое множество подцелей следюще о ровня иерархии. Фнциональная подсистема — это часть автоматизированной системы, оторой поставлена в соответствие одна или несольо целей (подцелей) системы правления. Таим образом, фнциональная часть АС — это неоторый набор фнциональных подсистем. В самом простейшем слчае фнциональная подсистема состоит из правляющей части и объета правления (рис. 2.1).

Óïðàâëÿþùàÿ ÷àñòü (óïðàâëÿþùèé îðãàí)

Êîìàíäû Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Îáúåêò óïðàâëåíèÿ

Âíåøíÿÿ ñðåäà

Рис. 2.1. Общее представление фн циональной части АС

45

Управляющая часть воздействет на объет правления посредством выдачи оманд, желая привести объет правления в неоторое требемое состояние. Команды — это распорядительная информация. Посоль правляющей части небезразлично состояние объета правления, то все да пристствет обратная связь, это — осведомительная информация. Взаимодействие правляющей части с объетом правления осществляется в неоторой среде, оторая в общем слчае вредит правлению. Применительно  АСУП традиционно выделяют следющие фнциональные подсистемы: — техничесой под отови производства; — технио-эономичесо о планирования; — оперативно о правления производством; — материально-техничесо о снабжения; — правления адрами; — правления ачеством продции; — финансовая подсистема и др. Цели этих подсистем следют из их названия. Применительно  АСУ ВУЗ можно выделить следющие фнциональные подсистемы: абитриент, расписание, тещая спеваемость, эзаменационная сессия и т. п. Пратичеси в любой подсистеме фнциональной части АС решаются следющие фнциональные задачи: — планирование, т. е. разработа расписания деятельности объета правления на неоторый алендарный отрезо времени; — онтроль, т. е. сбор первичной информации о состоянии объета правления и внешней среды; — ре лирование, т. е. сопоставление собранно о р а данных с неоторыми запланированными (или нормативными) величинами; — выдача правляющих воздействий — оманд, подаваемых на объет правления в слчае отлонения реальных параметров производственно о процесса от запланированных или нормативных величин. Применительно  АСУП правляющие воздействия мо т быть: — эономичесие (выдача заработной платы, премий, начисление штрафов); — техноло ичесие (введение ново о обордования, изменение сществющей техноло ии); — административные (объявления бла одарностей, административных взысаний и т. д.). 46

При решении любой из перечисленных лобальных фнциональных задач из стртры системы может быть выделена часть, оторая обеспечивает их решение — обеспечивающая часть АС. Она влючает в себя математичесое, информационное, прораммное, техничесое, лин вистичесое и др ие виды обеспечения АС. Ино да в литератре обеспечивающю часть называют автоматизированной системой обработи данных (или АСОД) или информационно-вычислительной системой (ИВС). Математичесое обеспечение — это набор математичесих формл, соотношений, ал оритмов, математичесих моделей, методи, предназначенных для решения задач правления и обработи информации. Информационное обеспечение применительно  АСУП — совопность единой системы лассифиаторов, одов техниоэономичесой информации, нифицированной системы доментации, а таже массивов информации, использемых в АС. Проще оворя, информационное обеспечение — это вся информация, использемая для решения задач правления и обработи информации. Про раммное обеспечение — это набор рабочих про рамм, паетов про рамм, паетов приладных про рамм, про раммных омплесов и т. п. Проще оворя, это все про раммы, использемые для решения задач правления и обработи информации с помощью ЭВМ. Техничесое обеспечение — все техничесие средства, использемые для автоматизированно о решения задач правления и обработи информации. Лин вистичесое обеспечение — это набор языовых средств, реализющий држественный интерфейс межд пользователем и ЭВМ в целях повышения эффетивности общения человеа с машиной. Классифиация АС по направлению деятельности (области применения) поазана на рис. 2.2. Ка видно из это о рисна, в промышленной сфере превалирет иерархичесое построение АС. С этих позиций прежде все о можно выделить два очень больших ласса систем — это АСУ техноло ичесими процессами (АСУТП) и АС ор анизационно о типа. В АСУТП объетом правления является техноло ичесий процесс, понимаемый в широом смысле это о понятия, это собственно техноло ичес47

Управляющая часть воздействет на объет правления посредством выдачи оманд, желая привести объет правления в неоторое требемое состояние. Команды — это распорядительная информация. Посоль правляющей части небезразлично состояние объета правления, то все да пристствет обратная связь, это — осведомительная информация. Взаимодействие правляющей части с объетом правления осществляется в неоторой среде, оторая в общем слчае вредит правлению. Применительно  АСУП традиционно выделяют следющие фнциональные подсистемы: — техничесой под отови производства; — технио-эономичесо о планирования; — оперативно о правления производством; — материально-техничесо о снабжения; — правления адрами; — правления ачеством продции; — финансовая подсистема и др. Цели этих подсистем следют из их названия. Применительно  АСУ ВУЗ можно выделить следющие фнциональные подсистемы: абитриент, расписание, тещая спеваемость, эзаменационная сессия и т. п. Пратичеси в любой подсистеме фнциональной части АС решаются следющие фнциональные задачи: — планирование, т. е. разработа расписания деятельности объета правления на неоторый алендарный отрезо времени; — онтроль, т. е. сбор первичной информации о состоянии объета правления и внешней среды; — ре лирование, т. е. сопоставление собранно о р а данных с неоторыми запланированными (или нормативными) величинами; — выдача правляющих воздействий — оманд, подаваемых на объет правления в слчае отлонения реальных параметров производственно о процесса от запланированных или нормативных величин. Применительно  АСУП правляющие воздействия мо т быть: — эономичесие (выдача заработной платы, премий, начисление штрафов); — техноло ичесие (введение ново о обордования, изменение сществющей техноло ии); — административные (объявления бла одарностей, административных взысаний и т. д.). 46

При решении любой из перечисленных лобальных фнциональных задач из стртры системы может быть выделена часть, оторая обеспечивает их решение — обеспечивающая часть АС. Она влючает в себя математичесое, информационное, прораммное, техничесое, лин вистичесое и др ие виды обеспечения АС. Ино да в литератре обеспечивающю часть называют автоматизированной системой обработи данных (или АСОД) или информационно-вычислительной системой (ИВС). Математичесое обеспечение — это набор математичесих формл, соотношений, ал оритмов, математичесих моделей, методи, предназначенных для решения задач правления и обработи информации. Информационное обеспечение применительно  АСУП — совопность единой системы лассифиаторов, одов техниоэономичесой информации, нифицированной системы доментации, а таже массивов информации, использемых в АС. Проще оворя, информационное обеспечение — это вся информация, использемая для решения задач правления и обработи информации. Про раммное обеспечение — это набор рабочих про рамм, паетов про рамм, паетов приладных про рамм, про раммных омплесов и т. п. Проще оворя, это все про раммы, использемые для решения задач правления и обработи информации с помощью ЭВМ. Техничесое обеспечение — все техничесие средства, использемые для автоматизированно о решения задач правления и обработи информации. Лин вистичесое обеспечение — это набор языовых средств, реализющий држественный интерфейс межд пользователем и ЭВМ в целях повышения эффетивности общения человеа с машиной. Классифиация АС по направлению деятельности (области применения) поазана на рис. 2.2. Ка видно из это о рисна, в промышленной сфере превалирет иерархичесое построение АС. С этих позиций прежде все о можно выделить два очень больших ласса систем — это АСУ техноло ичесими процессами (АСУТП) и АС ор анизационно о типа. В АСУТП объетом правления является техноло ичесий процесс, понимаемый в широом смысле это о понятия, это собственно техноло ичес47

Îáùåãîñóäàðñòâåííàÿ ÀÑ (ÎÃÀÑ) Î ò ð à ñ ë å â û å À Ñ (Î À Ñ Ó) Ïðîìûøëåííîé ñôåðû ÀÑ îáúåäèíåíèåì, êðóïíîé ôèðìîé

ÀÑÓÏ ÀÑÓ öåõîì

ÀÑÓ òåõíîëîãè÷åñêèì ïðîöåññîì

Íåïðîìûøëåííîé ñôåðû

Íàó÷íîé ñôåðû, îáðàçîâàíèÿ, êóëüòóðû

ÀÑ íà òðàíñïîðòå

ÀÑ ÍÈÈ, ÊÁ, âóçîâ, êóëüòóðû

ÀÑ â òîðãîâëå

ÀÑÍÈ

ÀÑ áàíêîâ, êðåäèòíîôèíàíñîâîé ñôåðû

ÑÀÏÐ

ÀÈÑ ñîöèàëüíûìè ïðîöåññàìè

Ýêñïåðòíûå ñèñòåìû

Íåïðåðûâíûì Äèñêðåòíûì Ïåðèîäè÷åñêèì

ÀÈÑ "Áèáëèîòåêà"

Рис. 2.2. Классифи ация АС по направлениию деятельности (области применения)

ий процесс, а таже, например, процесс правления полетом раеты или самолета, движением орабля, правление химичесим или ядерным реатором и т. п. В ор анизационных системах объетом правления является оллетив людей (предприятие, отрасль, дивизия и т. п.). Др ое различие межд этими системами залючается в виде основно о носителя информации. В АСУТП этим носителем является си нал (элетричесий, механичесий, идравличесий, радиоси нал и т. п.), в ор анизационных системах основной носитель — домент. Следющий ласс систем — инте рированные системы. Они представляют собой совопность одной ор анизационной системы и несольих АСУТП, причем ор анизационная система располаается на верхнем ровне иерархии, а АСУТП — на одном или несольих нижних ровнях. По сфере (специфие) применения АС различаются следющим образом (рис. 2.3). Из это о ласса АС историчеси первыми стали применяться АС на производстве. 48

Классифиация AC no ор анизации ÀÑ информационных процессов. В зависимости от ор анизации информационÀäìèíèñòðàòèâíûå ных процессов АС делятся на два больших ласса: правляющие и инÏðîèçâîäñòâåííûå формационные. В информационных Ìåäèöèíñêèå системах (ИС) правление отстствÓ÷åáíûå ет, например: автоматизированные Âîåííûå системы начных исследований — Êðèìèíàëèñòè÷åñêèå АСНИ, «Библиотеа», системы автоматизированно о проетирования — Ýêîëîãè÷åñêèå САПР, эспертные системы — ЭС Ìåòåîðîëîãè÷åñêèå и др. В отличие от чисто информациРис. 2.3. Классифи ация АС онных систем в таих АИС, а автопо специфи е применения матизированные системы правления техноло ичесими процессами — АСУТП, АСУ предприятиями — АСУП, правление занимает важное место и бывает либо автоматичесим, либо автоматизированным. Информационно-поисовые системы (ИПС) — в них объетом правления является процедра поиса требемой информации в очень больших объемах этой информации. Типичный пример — различные библиотечные системы, системы продажи билетов на транспортные средства и т. п. Системы автоматизированно о проетирования (САПР) — в них объетом правления является процесс проетирования изделий любой природы (стана, самолета, ЭВМ, АСУ и т. п.). Следющий ласс систем — АС начных исследований и омплесных испытаний (АСНИ). Здесь объетом правления является процесс исследования объета любой работы (исследования процесса работы дви ателя, полета самолета, работы реатора и т. п.). В последнее время ативно развиваются ибие автоматизированные производства (ГАП). ГАП — неоторая производственная единица, фнционирющая на основе безлюдной технолоии и находящаяся под правлением единой про раммы. Переналада производства (естественно, в неоторых пределах) с выпса одно о изделия на др ое сводится  замене тольо про раммно о обеспечения. Для всех этих лассов систем харатерны общие черты АС, а именно наличие всех вышеперечисленных видов обеспечения и человеа а основно о звена, принимающе о решения. Все вышеперечисленные лассы систем оперирют с данными, или, проще оворя, с неоторыми цифрами, хранящимися в памяти системы. 49

Îáùåãîñóäàðñòâåííàÿ ÀÑ (ÎÃÀÑ) Î ò ð à ñ ë å â û å À Ñ (Î À Ñ Ó) Ïðîìûøëåííîé ñôåðû ÀÑ îáúåäèíåíèåì, êðóïíîé ôèðìîé

ÀÑÓÏ ÀÑÓ öåõîì

ÀÑÓ òåõíîëîãè÷åñêèì ïðîöåññîì

Íåïðîìûøëåííîé ñôåðû

Íàó÷íîé ñôåðû, îáðàçîâàíèÿ, êóëüòóðû

ÀÑ íà òðàíñïîðòå

ÀÑ ÍÈÈ, ÊÁ, âóçîâ, êóëüòóðû

ÀÑ â òîðãîâëå

ÀÑÍÈ

ÀÑ áàíêîâ, êðåäèòíîôèíàíñîâîé ñôåðû

ÑÀÏÐ

ÀÈÑ ñîöèàëüíûìè ïðîöåññàìè

Ýêñïåðòíûå ñèñòåìû

Íåïðåðûâíûì Äèñêðåòíûì Ïåðèîäè÷åñêèì

ÀÈÑ "Áèáëèîòåêà"

Рис. 2.2. Классифи ация АС по направлениию деятельности (области применения)

ий процесс, а таже, например, процесс правления полетом раеты или самолета, движением орабля, правление химичесим или ядерным реатором и т. п. В ор анизационных системах объетом правления является оллетив людей (предприятие, отрасль, дивизия и т. п.). Др ое различие межд этими системами залючается в виде основно о носителя информации. В АСУТП этим носителем является си нал (элетричесий, механичесий, идравличесий, радиоси нал и т. п.), в ор анизационных системах основной носитель — домент. Следющий ласс систем — инте рированные системы. Они представляют собой совопность одной ор анизационной системы и несольих АСУТП, причем ор анизационная система располаается на верхнем ровне иерархии, а АСУТП — на одном или несольих нижних ровнях. По сфере (специфие) применения АС различаются следющим образом (рис. 2.3). Из это о ласса АС историчеси первыми стали применяться АС на производстве. 48

Классифиация AC no ор анизации ÀÑ информационных процессов. В зависимости от ор анизации информационÀäìèíèñòðàòèâíûå ных процессов АС делятся на два больших ласса: правляющие и инÏðîèçâîäñòâåííûå формационные. В информационных Ìåäèöèíñêèå системах (ИС) правление отстствÓ÷åáíûå ет, например: автоматизированные Âîåííûå системы начных исследований — Êðèìèíàëèñòè÷åñêèå АСНИ, «Библиотеа», системы автоматизированно о проетирования — Ýêîëîãè÷åñêèå САПР, эспертные системы — ЭС Ìåòåîðîëîãè÷åñêèå и др. В отличие от чисто информациРис. 2.3. Классифи ация АС онных систем в таих АИС, а автопо специфи е применения матизированные системы правления техноло ичесими процессами — АСУТП, АСУ предприятиями — АСУП, правление занимает важное место и бывает либо автоматичесим, либо автоматизированным. Информационно-поисовые системы (ИПС) — в них объетом правления является процедра поиса требемой информации в очень больших объемах этой информации. Типичный пример — различные библиотечные системы, системы продажи билетов на транспортные средства и т. п. Системы автоматизированно о проетирования (САПР) — в них объетом правления является процесс проетирования изделий любой природы (стана, самолета, ЭВМ, АСУ и т. п.). Следющий ласс систем — АС начных исследований и омплесных испытаний (АСНИ). Здесь объетом правления является процесс исследования объета любой работы (исследования процесса работы дви ателя, полета самолета, работы реатора и т. п.). В последнее время ативно развиваются ибие автоматизированные производства (ГАП). ГАП — неоторая производственная единица, фнционирющая на основе безлюдной технолоии и находящаяся под правлением единой про раммы. Переналада производства (естественно, в неоторых пределах) с выпса одно о изделия на др ое сводится  замене тольо про раммно о обеспечения. Для всех этих лассов систем харатерны общие черты АС, а именно наличие всех вышеперечисленных видов обеспечения и человеа а основно о звена, принимающе о решения. Все вышеперечисленные лассы систем оперирют с данными, или, проще оворя, с неоторыми цифрами, хранящимися в памяти системы. 49

2.2. Основные принципы построения автоматизированных систем

ÀÑ Óïðàâëåíèå ïðîèçâîäñòâîì

Îðãàíèçàöèÿ õîçÿéñòâåííîé è ýêîíîìè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè

Ïîäñèñòåìû

Ïîäñèñòåìû

Îïåðàòèâíîãî óïðàâëåíèÿ

Áóõãàëòåðñêîãî ó÷åòà

ÀÑÓ ÒÏ

Òðàíñïîðòà

Êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè

Ñíàáæåíèÿ

Äèàãíîñòèêè

Ñêëàäîâ

Ïëàíèðîâàíèÿ è ïðîãíîçèðîâàíèÿ

Êàäðîâ Ñîöèàëüíîé ñôåðû ïðåäïðèÿòèÿ Ïðîïóñêíîãî ðåæèìà

Рис. 2.4. Классифи ация АС по назначению

Интеллетальные системы (эспертные системы) в отличие от предыдщих систем оперирют со знаниями, хранящимися в бане знаний. Типичные примеры — это медицинсие эспертные системы, еоло ичесие эспертные системы и т. п. База знаний (или бан знаний) формирется в резльтате обобщения знаний ведщих ченых, пратиов, а таже информации, хранящейся в моно рафиях, статьях, ни ах, и т. п. Классифиация АС по назначению. Данная лассифиация приведена на рис. 2.4. Классифиация АС по территориальном призна. Эта лассифиация ÀÑ поазана на рис. 2.5. АС различаются Ãëîáàëüíûå таже по ровню развития в зависимости от поолений ЭВМ, на отоÐåãèîíàëüíûå рых они базирются. ÀÑ îêðóãà, îáëàñòè, êðàÿ, ðåñïóáëèêè Следет отметить информационные техноло ии (ИТ) и АС, с помоÊîðïîðàòèâíûå щью оторых ре лирются мироÃîðîäñêèå социальные процессы. Это ИТ и АС денежно-ассовых операций, распреÐàéîííûå деления мест на транспорте, в остиÃåîèíôîðìàöèîííûå ницах, метеороло ичесой и др ой Ëîêàëüíûå справочной информации. Разнообразие ИТ и АС постоянно Рис. 2.5. Классифи ация АС по территориальном призна  растет. 50

Наопленный опыт разработи и эсплатации АС позволяет сформлировать ряд принципов их построения, соблюдение оторых является необходимым словием создания эффетивных систем. Мы рассмотрим эти принципы применительно  системам правления производством, но они в полной мере применимы и  системам др их лассов. 1. Принцип системно о подхода. Это основопола ающий принцип. Сть е о залючается в том, что проетиремый объет должен рассматриваться с позиций более высоо о ровня. Та, например, проетиремая задача должна рассматриваться с позиций фнциональной подсистемы, в оторю она входит; проетиремая подсистема — с позиций системы и т. п. Проетирование автоматизированной системы должно начинаться с тщательно о системно о анализа объета правления, правляющей части и внешней среды. Необходимо выяснить все множество фаторов, под влиянием оторых находится система, а таже все множество фаторов, на оторые влияет сама система. Параллельно с этим необходимо выяснить все множество целей, стоящих перед проетиремой системой. Для аждой цели необходимо разработать один или несольо ритериев эффетивности, оторые являются численной мерой степени достижения целей. Необходимо всрыть весь омплес вопросов, оторые необходимо решить для то о, чтобы проетиремая система наилчшим образом соответствовала бы поставленным целям и ритериям эффетивности. Применительно  АС ор анизационно о правления производственными процессами в этот омплес вопросов должны влючаться не тольо техничесие вопросы, но таже вопросы эономичесие и ор анизационные. Внедрение АС должно сопровождаться совершенствованием эономичесих поазателей и методов эономичесо о стимлирования, а таже изменением сществющих и заоненных форм доментов, изменением маршртов их движения, изменением фнциональных обязанностей работниов аппарата правления и т. п. 2. Принцип новых задач. Сть е о залючается в том, что совершенно недостаточно о раничиться тем, чтобы переложить на ЭВМ и др ие техничесие средства сложившиеся формы, методы и задачи правления. Главное внимание следет делить тем о ромным возможностям, оторые отрывает использование современной вычислительной технии и про раммно о обеспечения. Особое внимание следет обратить на те задачи, оторые в сществющей системе прав51

2.2. Основные принципы построения автоматизированных систем

ÀÑ Óïðàâëåíèå ïðîèçâîäñòâîì

Îðãàíèçàöèÿ õîçÿéñòâåííîé è ýêîíîìè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè

Ïîäñèñòåìû

Ïîäñèñòåìû

Îïåðàòèâíîãî óïðàâëåíèÿ

Áóõãàëòåðñêîãî ó÷åòà

ÀÑÓ ÒÏ

Òðàíñïîðòà

Êîíòðîëÿ êà÷åñòâà ïðîäóêöèè

Ñíàáæåíèÿ

Äèàãíîñòèêè

Ñêëàäîâ

Ïëàíèðîâàíèÿ è ïðîãíîçèðîâàíèÿ

Êàäðîâ Ñîöèàëüíîé ñôåðû ïðåäïðèÿòèÿ Ïðîïóñêíîãî ðåæèìà

Рис. 2.4. Классифи ация АС по назначению

Интеллетальные системы (эспертные системы) в отличие от предыдщих систем оперирют со знаниями, хранящимися в бане знаний. Типичные примеры — это медицинсие эспертные системы, еоло ичесие эспертные системы и т. п. База знаний (или бан знаний) формирется в резльтате обобщения знаний ведщих ченых, пратиов, а таже информации, хранящейся в моно рафиях, статьях, ни ах, и т. п. Классифиация АС по назначению. Данная лассифиация приведена на рис. 2.4. Классифиация АС по территориальном призна. Эта лассифиация ÀÑ поазана на рис. 2.5. АС различаются Ãëîáàëüíûå таже по ровню развития в зависимости от поолений ЭВМ, на отоÐåãèîíàëüíûå рых они базирются. ÀÑ îêðóãà, îáëàñòè, êðàÿ, ðåñïóáëèêè Следет отметить информационные техноло ии (ИТ) и АС, с помоÊîðïîðàòèâíûå щью оторых ре лирются мироÃîðîäñêèå социальные процессы. Это ИТ и АС денежно-ассовых операций, распреÐàéîííûå деления мест на транспорте, в остиÃåîèíôîðìàöèîííûå ницах, метеороло ичесой и др ой Ëîêàëüíûå справочной информации. Разнообразие ИТ и АС постоянно Рис. 2.5. Классифи ация АС по территориальном призна  растет. 50

Наопленный опыт разработи и эсплатации АС позволяет сформлировать ряд принципов их построения, соблюдение оторых является необходимым словием создания эффетивных систем. Мы рассмотрим эти принципы применительно  системам правления производством, но они в полной мере применимы и  системам др их лассов. 1. Принцип системно о подхода. Это основопола ающий принцип. Сть е о залючается в том, что проетиремый объет должен рассматриваться с позиций более высоо о ровня. Та, например, проетиремая задача должна рассматриваться с позиций фнциональной подсистемы, в оторю она входит; проетиремая подсистема — с позиций системы и т. п. Проетирование автоматизированной системы должно начинаться с тщательно о системно о анализа объета правления, правляющей части и внешней среды. Необходимо выяснить все множество фаторов, под влиянием оторых находится система, а таже все множество фаторов, на оторые влияет сама система. Параллельно с этим необходимо выяснить все множество целей, стоящих перед проетиремой системой. Для аждой цели необходимо разработать один или несольо ритериев эффетивности, оторые являются численной мерой степени достижения целей. Необходимо всрыть весь омплес вопросов, оторые необходимо решить для то о, чтобы проетиремая система наилчшим образом соответствовала бы поставленным целям и ритериям эффетивности. Применительно  АС ор анизационно о правления производственными процессами в этот омплес вопросов должны влючаться не тольо техничесие вопросы, но таже вопросы эономичесие и ор анизационные. Внедрение АС должно сопровождаться совершенствованием эономичесих поазателей и методов эономичесо о стимлирования, а таже изменением сществющих и заоненных форм доментов, изменением маршртов их движения, изменением фнциональных обязанностей работниов аппарата правления и т. п. 2. Принцип новых задач. Сть е о залючается в том, что совершенно недостаточно о раничиться тем, чтобы переложить на ЭВМ и др ие техничесие средства сложившиеся формы, методы и задачи правления. Главное внимание следет делить тем о ромным возможностям, оторые отрывает использование современной вычислительной технии и про раммно о обеспечения. Особое внимание следет обратить на те задачи, оторые в сществющей системе прав51

ления вследствие большо о объема или вычислительных сложностей не решаются или решаются в неполной степени. 3. Принцип перво о роводителя. Успешная реализация двх первых принципов возможна лишь в том слчае, если разработа и внедрение АС находятся в непосредственном ведении первых лиц ор анизации заазчиа (диретор или лавный инженер). При этом на системотехниа возла ается задача чето о распределения фнций межд ор анизацией заазчиа и ор анизацией разработчиа. Фнциями заазчиа являются: — формлирова целей системы, ритериев эффетивности, общей онцепции системы (совместно с роводящим составом ор анизации разработчиа), — определение приоритетов и очередности ввода различных задач правления (совместно с разработчиами системы), — частие в разработе информационной базы системы, — реализация ор анизационных мероприятий (изменение стртры и фнций аппарата правления), выделение соответствющих площадей под техничесие средства системы, ор анизация финансирования разработи, выделение соответствющих штатных единиц для персонала, обслживающе о разработанню систем. Фнции разработчиа (помимо перечисленных выше): — разработа техничесо о задания на проетиремю систем (совместно с роводством ор анизации заазчиа), — разработа техничесо о проета (разработа стртры системы, ал оритмов решения задач, информационной базы аждой задачи, выбор омплеса техничесих средств), — разработа рабоче о проета (разработа форм доментов, рабочих про рамм, инстрций по эсплатации), — внедрение разработанной системы в эсплатацию (совместно с персоналом, эсплатирющим систем). 4. Принцип непрерывно о развития системы. Он предсматривает возможность введения новых задач и совершенствования же внедренных задач без хдшения ачества решения эсплатиремых задач и тем более без ислючения возможности решения хотя бы одной эсплатиремой задачи. Системы, обладающие этими ачествами, называют отрытыми системами. 5. Принцип размной типизации проета. Разрабатывая столь доро остоящие изделия, аим является автоматизированная система, системотехни, естественно, стремится  том, чтобы предла аемые им решения подходили бы а можно более широом р  заазчиов. Однао типизация, естественно, приводит  хдшению предла аемых решений, пос52

оль она не позволяет читывать всю специфи объета правления. На первых этапах разработи АС была попыта разработи ниверсальной про раммы для подсистемы материальнотехничесо о снабжения. Эта про рамма оазалась очень медленно действющей в сил своей ниверсальности. Применительно  этом пример принцип «размной типизации» залючается в размном величении сорости выполнения онретной про раммы по сравнению с ниверсальной. 6. Принцип автоматизации доментооборота. В автоматизированных системах совершенно недостаточно о раничиться выполнением расчетов на ЭВМ по тем или иным моделям, необходимо автоматизировать все стадии обработи информации, а именно сбор первичной информации, ее передач, обработ, хранение и доведение полченных резльтатов до онретных пользователей данной АС. 7. Принцип единой информационной базы. Сть е о залючается в том, что на ма нитных носителях наапливается и постоянно обновляется информация, необходимая для решения не отдельных, а всех задач правления. 8. Принцип одноратности ввода и мно оратности использования информации. Он непосредственно следет из предыдще о принципа. Информация о любом доменте, объете или событии должна вводиться в систем тольо один раз. Невыполнение это о принципа приводит  том, что, например, об одном и том же событии может появиться несольо противоречивых мнений, что засоряет память системы и неизбежно выводит ее из строя. Мно оратность использования означает, что на любой ровень правления, от министра до начальниа часта, информация должна постпать из единой информационной базы. При этом, онечно, формы представления этой информации, степень ее детализации и т. п. для аждо о ровня должны быть различными. 9. Принцип омплесности задач и рабочих про рамм. Большинство задач, решаемых в рассматриваемых системах, тесно связаны межд собой, например задачи подсистем технио-эономичесо о планирования и материально-техничесо о снабжения. Межд этими подсистемами идет постоянный обмен информацией и раздельное решение этих задач сщественно снижает эффетивность всей системы. 10. Принцип со ласованности пропсных способностей различных элементов системы. В простейшем слчае для последовательных частов системы пропсная способность аждо о последюще о элемента должна быть не меньше, чем  предыдще о. 53

ления вследствие большо о объема или вычислительных сложностей не решаются или решаются в неполной степени. 3. Принцип перво о роводителя. Успешная реализация двх первых принципов возможна лишь в том слчае, если разработа и внедрение АС находятся в непосредственном ведении первых лиц ор анизации заазчиа (диретор или лавный инженер). При этом на системотехниа возла ается задача чето о распределения фнций межд ор анизацией заазчиа и ор анизацией разработчиа. Фнциями заазчиа являются: — формлирова целей системы, ритериев эффетивности, общей онцепции системы (совместно с роводящим составом ор анизации разработчиа), — определение приоритетов и очередности ввода различных задач правления (совместно с разработчиами системы), — частие в разработе информационной базы системы, — реализация ор анизационных мероприятий (изменение стртры и фнций аппарата правления), выделение соответствющих площадей под техничесие средства системы, ор анизация финансирования разработи, выделение соответствющих штатных единиц для персонала, обслживающе о разработанню систем. Фнции разработчиа (помимо перечисленных выше): — разработа техничесо о задания на проетиремю систем (совместно с роводством ор анизации заазчиа), — разработа техничесо о проета (разработа стртры системы, ал оритмов решения задач, информационной базы аждой задачи, выбор омплеса техничесих средств), — разработа рабоче о проета (разработа форм доментов, рабочих про рамм, инстрций по эсплатации), — внедрение разработанной системы в эсплатацию (совместно с персоналом, эсплатирющим систем). 4. Принцип непрерывно о развития системы. Он предсматривает возможность введения новых задач и совершенствования же внедренных задач без хдшения ачества решения эсплатиремых задач и тем более без ислючения возможности решения хотя бы одной эсплатиремой задачи. Системы, обладающие этими ачествами, называют отрытыми системами. 5. Принцип размной типизации проета. Разрабатывая столь доро остоящие изделия, аим является автоматизированная система, системотехни, естественно, стремится  том, чтобы предла аемые им решения подходили бы а можно более широом р  заазчиов. Однао типизация, естественно, приводит  хдшению предла аемых решений, пос52

оль она не позволяет читывать всю специфи объета правления. На первых этапах разработи АС была попыта разработи ниверсальной про раммы для подсистемы материальнотехничесо о снабжения. Эта про рамма оазалась очень медленно действющей в сил своей ниверсальности. Применительно  этом пример принцип «размной типизации» залючается в размном величении сорости выполнения онретной про раммы по сравнению с ниверсальной. 6. Принцип автоматизации доментооборота. В автоматизированных системах совершенно недостаточно о раничиться выполнением расчетов на ЭВМ по тем или иным моделям, необходимо автоматизировать все стадии обработи информации, а именно сбор первичной информации, ее передач, обработ, хранение и доведение полченных резльтатов до онретных пользователей данной АС. 7. Принцип единой информационной базы. Сть е о залючается в том, что на ма нитных носителях наапливается и постоянно обновляется информация, необходимая для решения не отдельных, а всех задач правления. 8. Принцип одноратности ввода и мно оратности использования информации. Он непосредственно следет из предыдще о принципа. Информация о любом доменте, объете или событии должна вводиться в систем тольо один раз. Невыполнение это о принципа приводит  том, что, например, об одном и том же событии может появиться несольо противоречивых мнений, что засоряет память системы и неизбежно выводит ее из строя. Мно оратность использования означает, что на любой ровень правления, от министра до начальниа часта, информация должна постпать из единой информационной базы. При этом, онечно, формы представления этой информации, степень ее детализации и т. п. для аждо о ровня должны быть различными. 9. Принцип омплесности задач и рабочих про рамм. Большинство задач, решаемых в рассматриваемых системах, тесно связаны межд собой, например задачи подсистем технио-эономичесо о планирования и материально-техничесо о снабжения. Межд этими подсистемами идет постоянный обмен информацией и раздельное решение этих задач сщественно снижает эффетивность всей системы. 10. Принцип со ласованности пропсных способностей различных элементов системы. В простейшем слчае для последовательных частов системы пропсная способность аждо о последюще о элемента должна быть не меньше, чем  предыдще о. 53

54

0 8

7

2 1 0

Òåõíèêîýêîíîìè÷åñêîå îáîñíîâàíèå

3

4

Рис. 2.6. Урпненный сетевой рафи

14

13

12 6

Ýñêèçíûé ïðîåêò

9

10 5

Ðàáî÷èé ïðîåêò Òåõíè÷åñêèé ïðîåêò Òåõíè÷åñêîå çàäàíèå Ïëàí ìèíèñòåðñòâà

11

16

15

Ïðèåì â îïûòíóþ ýêñïëóàòàöèþ

17

18

Ïðèåì â ïðîìûøëåííóþ ýêñïëóàòàöèþ

Ïðîìûøëåííàÿ ýêñïëóàòàöèÿ Îïûòíàÿ ýêñïëóàòàöèÿ Ðàáî÷èé ïðîåêò Òåõíè÷åñêèé ïðîåêò Ïîäãîòîâêà ÒÇ (òåõíè÷åñêîãî çàäàíèÿ) Îáñëåäîâàíèå, ïîäãîòîâêà ÒÝÎ — òåõíèêîýêîíîìè÷åñêîãî îáîñíîâàíèÿ

Ðàáî÷åå ïðîåêòèðîâàíèå Òåõíè÷åñêîå ïðîåêòèðîâàíèå Ïðåäïðîåêòíàÿ

Ñòàäèè ñîçäàíèÿ ÀÑ

Чрезвычайно важно при разработе АС соблюдать определенный порядо этой разработи, отражающий мно очисленный наопленный опыт. Этапы разработи добно иллюстрировать в виде сетевых рафиов, в оторых ржи отражают события, а стрели — действия (процессы, операции). Подробный сетевой рафи может содержать до тысячи операций, поэтом рассмотрим рпненный сетевой рафи (рис. 2.6). Операция 0 → 1 . Ка правило, разработа АС начинается с предварительно о ознаомления с сществющей на данном объете системой правления. Целью это о ознаомления является определение целесообразности разработи АС на данном объете. Эт работ выполняет рппа (4—5 системотехниов высшей валифиации). На этом этапе в самом общем виде формлирются цели предпола аемой АС и намечаются возможные пти повышения эффетивности правления за счет автоматизации. Работа заанчивается предоставлением доладной записи роводств ор анизациям заазчиа и разработчиа. Этот этап может отстствовать, если имеется диретивное решение вышестоящей ор анизации (министерства, ведомства, фирмы и т. п.). Операция 1 → 2 — формирование оллетивов  разработчиа и заазчиа. Здесь осществляется рпненное изчение сществющей системы правления. В работе принимает частие старший состав системотехниов. Глобальная цель это о этапа — точнение целей правления, анализ ритериев эффетивности, с помощью оторых оличественно оценивается степень достижения целей, анализ о раничений а по режимам фнционирования системы, та и по ресрсам, необходимым на ее разработ (финансы, специалисты, техниа, время). В резльтате выпсается домент «Технио-эономичесое обоснование», тверждаемый  роводства ор анизаций заазчиа и разработчиа. Операция 2 → 3 — детальный анализ сществющей системы правления. Работа выполняется рядовым составом системотехниов. Здесь подробнейшим образом изчается ор анизационная стртра автоматизиремо о объета, е о фнциональная стртра, все формы доментов, цирлирющих в процессе правления, все информационные потои (способы достави доментов, частота постпления аждо о домента, трдоемость обработи аждо о домента и т. п.), методы принятия правленчесих решений, схема распределения ответственности, нормативная база объета автоматизации, схема всех материальных

Âíåäðåíèå â ýêñïëóàòàöèþ

2.3. Этапы разработи АС

55

54

0 8

7

2 1 0

Òåõíèêîýêîíîìè÷åñêîå îáîñíîâàíèå

3

4

Рис. 2.6. Урпненный сетевой рафи

14

13

12 6

Ýñêèçíûé ïðîåêò

9

10 5

Ðàáî÷èé ïðîåêò Òåõíè÷åñêèé ïðîåêò Òåõíè÷åñêîå çàäàíèå Ïëàí ìèíèñòåðñòâà

11

16

15

Ïðèåì â îïûòíóþ ýêñïëóàòàöèþ

17

18

Ïðèåì â ïðîìûøëåííóþ ýêñïëóàòàöèþ

Ïðîìûøëåííàÿ ýêñïëóàòàöèÿ Îïûòíàÿ ýêñïëóàòàöèÿ Ðàáî÷èé ïðîåêò Òåõíè÷åñêèé ïðîåêò Ïîäãîòîâêà ÒÇ (òåõíè÷åñêîãî çàäàíèÿ) Îáñëåäîâàíèå, ïîäãîòîâêà ÒÝÎ — òåõíèêîýêîíîìè÷åñêîãî îáîñíîâàíèÿ

Ðàáî÷åå ïðîåêòèðîâàíèå Òåõíè÷åñêîå ïðîåêòèðîâàíèå Ïðåäïðîåêòíàÿ

Ñòàäèè ñîçäàíèÿ ÀÑ

Чрезвычайно важно при разработе АС соблюдать определенный порядо этой разработи, отражающий мно очисленный наопленный опыт. Этапы разработи добно иллюстрировать в виде сетевых рафиов, в оторых ржи отражают события, а стрели — действия (процессы, операции). Подробный сетевой рафи может содержать до тысячи операций, поэтом рассмотрим рпненный сетевой рафи (рис. 2.6). Операция 0 → 1 . Ка правило, разработа АС начинается с предварительно о ознаомления с сществющей на данном объете системой правления. Целью это о ознаомления является определение целесообразности разработи АС на данном объете. Эт работ выполняет рппа (4—5 системотехниов высшей валифиации). На этом этапе в самом общем виде формлирются цели предпола аемой АС и намечаются возможные пти повышения эффетивности правления за счет автоматизации. Работа заанчивается предоставлением доладной записи роводств ор анизациям заазчиа и разработчиа. Этот этап может отстствовать, если имеется диретивное решение вышестоящей ор анизации (министерства, ведомства, фирмы и т. п.). Операция 1 → 2 — формирование оллетивов  разработчиа и заазчиа. Здесь осществляется рпненное изчение сществющей системы правления. В работе принимает частие старший состав системотехниов. Глобальная цель это о этапа — точнение целей правления, анализ ритериев эффетивности, с помощью оторых оличественно оценивается степень достижения целей, анализ о раничений а по режимам фнционирования системы, та и по ресрсам, необходимым на ее разработ (финансы, специалисты, техниа, время). В резльтате выпсается домент «Технио-эономичесое обоснование», тверждаемый  роводства ор анизаций заазчиа и разработчиа. Операция 2 → 3 — детальный анализ сществющей системы правления. Работа выполняется рядовым составом системотехниов. Здесь подробнейшим образом изчается ор анизационная стртра автоматизиремо о объета, е о фнциональная стртра, все формы доментов, цирлирющих в процессе правления, все информационные потои (способы достави доментов, частота постпления аждо о домента, трдоемость обработи аждо о домента и т. п.), методы принятия правленчесих решений, схема распределения ответственности, нормативная база объета автоматизации, схема всех материальных

Âíåäðåíèå â ýêñïëóàòàöèþ

2.3. Этапы разработи АС

55

потоов, начиная от постпления сырья и полфабриатов и ончая доведением отовой продции до потребителя. Операция 3 → 4 — разработа техничесо о задания (ТЗ) на создаваемю автоматизированню систем. ТЗ содержит описание основных целей создания системы, ритериев ее фнционирования, назначение и особенности данной системы. В ТЗ азывается состав и харатеристии омплесов решаемых задач, а таже состав информационно о, математичесо о, про раммноо, лин вистичесо о и техничесо о обеспечения. ТЗ — это официальный домент, определяющий требования и срои создания системы. ТЗ в обязательном поряде со ласется и тверждается  роводства ор анизаций разработчиа и заазчиа. Операция 4 → 5 — эсизное проетирование системы. Этот этап имеет место тольо при проетировании систем, не имеющих анало ов. Основные цели эсизно о проетирования: проинформировать роводство о возможных проетных решениях, под отовить сотрдниов ор анизации заазчиа  переобчению, точнить требования  стртре системы и ее обеспечивающим подсистемам. Наличие альтернативных вариантов при эсизном проетировании обязательно. Операция 4 → 6 . Специализированные рппы ведт разработ одной или несольих фнциональных подсистем (перечень задач, их постанова, ал оритмизация, информационный базис и т. п.). Операция 4 → 7 — обоснование и выбор омплеса техничесих средств. Операция 4 → 8 — предварительный расчет эономичесой эффетивности. Событие 9 — работа всех рпп сводится  выпс техничесо о проета, е о орретирове, со ласованию, тверждению. Операция 9 → 10 — разработа и отлада рабочих прорамм. Операция 10 → 11 — связная отлада омплесов про рамм по задачам. Операция 9 → 12 — разработа и выпс инстрций по эсплатации техничесих средств. Операция 9 → 13 — разработа и выпс рабочих инстрций персонал автоматизированной системы. Операция 9 → 14 — точненный расчет эономичесой эффетивности. Событие 11 — выпс рабоче о проета. 56

Операция 11 → 15 . Если техничесие средства были под отовлены заранее, то проводится опытная эсплатация системы, если нет, то операция 11 → 16 — монтаж и отлада техничесих средств. Операция 16 → 17 — опытная эсплатация системы на подотовленных средствах. Операция 17 → 18 — передача в промышленню эсплатацию. Операция 18 → 0 — возможна частичная модернизация и доработа системы. Если рассматривать процесс создания системы еще более рпненно, то можно выделить четыре ГОСТированных этапа (стадии): 1-я стадия — предпроетная (ее еще называют стадией ТЗ), здесь два рпных направления работ — это обследование и выпс ТЗ. 2-я стадия — стадия техничесо о проетирования. Основные работы: разработа стртры системы, разработа перечня задач, решаемых в аждой фнциональной подсистеме, постанова и ал оритмизация задач, обоснование и выбор омплеса техничесих средств, разработа схемы доментооборота, разработа стртры и состава информационно о, про раммно о и лин вистичесо о обеспечения, расчет эономичесой эффетивности. 3-я стадия — рабочее проетирование. Основные работы: про раммирование, отлада про рамм, выпс омплета прораммной доментации, выпс инстрций по эсплатации техничесих средств, выпс должностных инстрций, точненный расчет эономичесой эффетивности. 4-я стадия — внедрение. Здесь проводится опытная эсплатация системы совместно с разработчиами этой системы. Затем промышленная эсплатация, выполняемая силами работниов объета автоматизации.

2.4. Задачи, решаемые на стадиях проетирования АС Целью данно о пара рафа является достаточно формальное изложение задач проетирования, распределенных по этапам проетирования. Содержание это о раздела точняет, дополняет и детализирет материал предыдще о пара рафа. В табл. 2.1 приведены основные направления работ, выполняемых на стадии техничесо о задания. 57

потоов, начиная от постпления сырья и полфабриатов и ончая доведением отовой продции до потребителя. Операция 3 → 4 — разработа техничесо о задания (ТЗ) на создаваемю автоматизированню систем. ТЗ содержит описание основных целей создания системы, ритериев ее фнционирования, назначение и особенности данной системы. В ТЗ азывается состав и харатеристии омплесов решаемых задач, а таже состав информационно о, математичесо о, про раммноо, лин вистичесо о и техничесо о обеспечения. ТЗ — это официальный домент, определяющий требования и срои создания системы. ТЗ в обязательном поряде со ласется и тверждается  роводства ор анизаций разработчиа и заазчиа. Операция 4 → 5 — эсизное проетирование системы. Этот этап имеет место тольо при проетировании систем, не имеющих анало ов. Основные цели эсизно о проетирования: проинформировать роводство о возможных проетных решениях, под отовить сотрдниов ор анизации заазчиа  переобчению, точнить требования  стртре системы и ее обеспечивающим подсистемам. Наличие альтернативных вариантов при эсизном проетировании обязательно. Операция 4 → 6 . Специализированные рппы ведт разработ одной или несольих фнциональных подсистем (перечень задач, их постанова, ал оритмизация, информационный базис и т. п.). Операция 4 → 7 — обоснование и выбор омплеса техничесих средств. Операция 4 → 8 — предварительный расчет эономичесой эффетивности. Событие 9 — работа всех рпп сводится  выпс техничесо о проета, е о орретирове, со ласованию, тверждению. Операция 9 → 10 — разработа и отлада рабочих прорамм. Операция 10 → 11 — связная отлада омплесов про рамм по задачам. Операция 9 → 12 — разработа и выпс инстрций по эсплатации техничесих средств. Операция 9 → 13 — разработа и выпс рабочих инстрций персонал автоматизированной системы. Операция 9 → 14 — точненный расчет эономичесой эффетивности. Событие 11 — выпс рабоче о проета. 56

Операция 11 → 15 . Если техничесие средства были под отовлены заранее, то проводится опытная эсплатация системы, если нет, то операция 11 → 16 — монтаж и отлада техничесих средств. Операция 16 → 17 — опытная эсплатация системы на подотовленных средствах. Операция 17 → 18 — передача в промышленню эсплатацию. Операция 18 → 0 — возможна частичная модернизация и доработа системы. Если рассматривать процесс создания системы еще более рпненно, то можно выделить четыре ГОСТированных этапа (стадии): 1-я стадия — предпроетная (ее еще называют стадией ТЗ), здесь два рпных направления работ — это обследование и выпс ТЗ. 2-я стадия — стадия техничесо о проетирования. Основные работы: разработа стртры системы, разработа перечня задач, решаемых в аждой фнциональной подсистеме, постанова и ал оритмизация задач, обоснование и выбор омплеса техничесих средств, разработа схемы доментооборота, разработа стртры и состава информационно о, про раммно о и лин вистичесо о обеспечения, расчет эономичесой эффетивности. 3-я стадия — рабочее проетирование. Основные работы: про раммирование, отлада про рамм, выпс омплета прораммной доментации, выпс инстрций по эсплатации техничесих средств, выпс должностных инстрций, точненный расчет эономичесой эффетивности. 4-я стадия — внедрение. Здесь проводится опытная эсплатация системы совместно с разработчиами этой системы. Затем промышленная эсплатация, выполняемая силами работниов объета автоматизации.

2.4. Задачи, решаемые на стадиях проетирования АС Целью данно о пара рафа является достаточно формальное изложение задач проетирования, распределенных по этапам проетирования. Содержание это о раздела точняет, дополняет и детализирет материал предыдще о пара рафа. В табл. 2.1 приведены основные направления работ, выполняемых на стадии техничесо о задания. 57

Стадия техничес о о задания

Та б л и ц а 2 . 1

Этапы

Основные направления работ

Системный анализ проблемной области

1. Изчение целей проетиремой системы 2. Изчение оранизационной стртры 3. Изчение источниов и потребителей информации 4. Изчение входной, промежточной и выходной информации 5. Изчение методов обработи данных, решения задач и принятия решений

Разработа техничесоо задания

1. Формлирова цели и назначения разработи 2. Формлирова техничесих требований  общей стртре, автоматизированным подсистемам и задачам, омплес техничесих средств, математичесом и прораммном обеспечениям, информационном обеспечению, линвистичесом обеспечению, средствам сбора и передачи информации, технолоичесом процесс обработи информации 3. Формлирова специальных требований 4. Доментирование

Продолжение табл. Этапы

Основные направления работ

Разработа прораммноо обеспечения

1. Разработа стртры общео прораммноо обеспечения 2. Разработа стртры операционной системы и методов оранизации вычислительноо процесса 3. Разработа алоритмов обмена информацией с внешними абонентами по аналам связи 4. Разработа алоритмов фнциональноо онтроля прораммноо омплеса техничесих средств 5. Разработа алоритмов разраничения достпа  информации 6. Разработа состава и стртры специальноо прораммноо обеспечения 7. Разработа паета приладных прорамм 8. Доментирование

Проетирование омплеса техничесих средств

1. Обоснование и выбор состава и стртры омплеса техничесих средств 2. Разработа вычислительной системы 3. Разработа системы сбора и телеобработи 4. Разработа системы отображения информации 5. Оцена надежности омплеса техничесих средств 6. Доментирование

В табл. 2.2 отражены задачи стадии техничесоо проетирования. Стадия техничес о о прое тирования

Та б л и ц а 2 . 2

Этапы

Основные направления работ

Проработа общесистемных решений

1. Разработа общей стртрной схемы 2. Разработа способов сопряжения с внешними абонентами и дрими системами 3. Разработа общео алоритма фнционирования 4. Доментирование

Разработа фнциональных подсистем и задач

1. Разработа целевоо назначения и общей харатеристии подсистемы 2. Разработа фнциональной схемы 3. Разработа информационной базы 4. Разработа математичесой модели 5. Алоритмизация 6. Доментирование

Разработа информационноо обеспечения

1. Разработа состава и стртры информационной базы 2. Распределение информации на машинных носителях 3. Оранизация обмена данными 4. Оранизация сбора, передачи и обработи информации 5. Разработа системы лассифиации и одирования информации 6. Разработа форм доментов 7. Доментирование

58

В табл. 2.3 отражены основные направления работ, выполняемых на стадии рабоче о проетирования. Стадия рабоче о прое тирования

Та б л и ц а 2 . 3

Этапы

Основные направления работ

Разработа прораммноо обеспечения

1. Разработа тестов прорамм 2. Разработа онтрольноо примера 3. Разработа прораммной доментации: роводства прораммиста, роводства оператора, эсплатационной прораммы и др. 4. Доментирование

Разработа техничесоо процесса фнционирования объета проетирования

1. Разработа технолоичесих процессов: сбора и передачи информации, обработи данных, оцени зарзи омплеса техничесих средств 2. Доментирование

Разработа омплеса техничесих средств

1. Проетирование общео вида техничесих стройств 2. Изотовление сборочных чертежей 3. Изотовление принципиальных схем 4. Разработа техничесой доментации: техничесоо описания, инстрции по эсплатации 5. Доментирование

59

Стадия техничес о о задания

Та б л и ц а 2 . 1

Этапы

Основные направления работ

Системный анализ проблемной области

1. Изчение целей проетиремой системы 2. Изчение оранизационной стртры 3. Изчение источниов и потребителей информации 4. Изчение входной, промежточной и выходной информации 5. Изчение методов обработи данных, решения задач и принятия решений

Разработа техничесоо задания

1. Формлирова цели и назначения разработи 2. Формлирова техничесих требований  общей стртре, автоматизированным подсистемам и задачам, омплес техничесих средств, математичесом и прораммном обеспечениям, информационном обеспечению, линвистичесом обеспечению, средствам сбора и передачи информации, технолоичесом процесс обработи информации 3. Формлирова специальных требований 4. Доментирование

Продолжение табл. Этапы

Основные направления работ

Разработа прораммноо обеспечения

1. Разработа стртры общео прораммноо обеспечения 2. Разработа стртры операционной системы и методов оранизации вычислительноо процесса 3. Разработа алоритмов обмена информацией с внешними абонентами по аналам связи 4. Разработа алоритмов фнциональноо онтроля прораммноо омплеса техничесих средств 5. Разработа алоритмов разраничения достпа  информации 6. Разработа состава и стртры специальноо прораммноо обеспечения 7. Разработа паета приладных прорамм 8. Доментирование

Проетирование омплеса техничесих средств

1. Обоснование и выбор состава и стртры омплеса техничесих средств 2. Разработа вычислительной системы 3. Разработа системы сбора и телеобработи 4. Разработа системы отображения информации 5. Оцена надежности омплеса техничесих средств 6. Доментирование

В табл. 2.2 отражены задачи стадии техничесоо проетирования. Стадия техничес о о прое тирования

Та б л и ц а 2 . 2

Этапы

Основные направления работ

Проработа общесистемных решений

1. Разработа общей стртрной схемы 2. Разработа способов сопряжения с внешними абонентами и дрими системами 3. Разработа общео алоритма фнционирования 4. Доментирование

Разработа фнциональных подсистем и задач

1. Разработа целевоо назначения и общей харатеристии подсистемы 2. Разработа фнциональной схемы 3. Разработа информационной базы 4. Разработа математичесой модели 5. Алоритмизация 6. Доментирование

Разработа информационноо обеспечения

1. Разработа состава и стртры информационной базы 2. Распределение информации на машинных носителях 3. Оранизация обмена данными 4. Оранизация сбора, передачи и обработи информации 5. Разработа системы лассифиации и одирования информации 6. Разработа форм доментов 7. Доментирование

58

В табл. 2.3 отражены основные направления работ, выполняемых на стадии рабоче о проетирования. Стадия рабоче о прое тирования

Та б л и ц а 2 . 3

Этапы

Основные направления работ

Разработа прораммноо обеспечения

1. Разработа тестов прорамм 2. Разработа онтрольноо примера 3. Разработа прораммной доментации: роводства прораммиста, роводства оператора, эсплатационной прораммы и др. 4. Доментирование

Разработа техничесоо процесса фнционирования объета проетирования

1. Разработа технолоичесих процессов: сбора и передачи информации, обработи данных, оцени зарзи омплеса техничесих средств 2. Доментирование

Разработа омплеса техничесих средств

1. Проетирование общео вида техничесих стройств 2. Изотовление сборочных чертежей 3. Изотовление принципиальных схем 4. Разработа техничесой доментации: техничесоо описания, инстрции по эсплатации 5. Доментирование

59

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Глава 3

Системный анализ является междисциплинарной наой, обобщающей методоло ию исследования сложных техничесих, биоло ичесих и социальных систем. Для проведения анализа и синтеза сложных систем использется широий спетр математичесих методов и моделей. Основ математичесо о аппарата системно о анализа составляют линейное и нелинейное про раммирование, теория принятия решений, теория и р и исследования операций, имитационное и ситационное моделирование, теория массово о обслживания, теория надежности, теория статистичесих решений и др. В настоящее время методы системно о анализа полчили широое применение при перспетивном и тещем планировании, проетировании различных сложных систем и объетов, правлении производственными и техноло ичесими процессами, про нозировании отраслей промышленности и сельсо о хозяйства. Особенно часто  методам системно о анализа обращаются при решении задач распределения трдовых ресрсов и запасов, выбора средств транспортирови рзов, составления маршртов и расписаний перевозо, размещения новых производственных омплесов, сбора информации в АСУ и цело о ряда др их задач. Причем при решении задач системно о анализа наряд со стро им математичесим аппаратом применяются эвристичесие, интитивные и ачественные методы. Та а в процессе исследования реальной системы обычно приходится сталиваться с разнообразными проблемами, а быть профессионалом в аждом из них одном челове невозможно, то специалист, занимающийся системным анализом, должен иметь соответствющее образование и опыт, необходимые для анализа онретных проблем. Это предъявляет особые требования  системным аналитиам в области широты эрдиции и мышления, мения привлеать  работе зих специалистов, оранизации оллетивной деятельности.

КАТЕГОРИАЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

3.1. Системность а общее свойство материи

Та а большие (сложные) системы в середине ХХ веа стали объетом изчения, проетирования и правления, то потребовалось обобщение методов исследования таих систем. Появилась объетивная необходимость в возниновении приладной наи, станавливающей связь межд абстратной теорией систем и системной пратиой. Это оформилось в начню дисциплин — системный анализ.

Современные начные данные и современные системные представления позволяют оворить о мире а о бесонечной иерархичесой системе систем. Причем части системы находятся в развитии, на разных стадиях развития, на разных ровнях системной иерархии и ор анизации. Системность а всеобщее свойство материи проявляется через следющие составляющие: системность пратичесой деятельности, системность познавательной деятельности и системность среды, оржающей человеа.

1. По аим признаам лассифицирются автоматизированные системы? 2. Рассажите о представлении автоматизированных систем в виде фнциональной части. 3. Каие подсистемы входят в обеспечивающю часть АС ? 4. Ка лассифицирются АС по области применения? 5. Объясните лассифиацию АС по специфие применения. 6. Приведите примеры АС с различной ор(анизацией информационных процессов. 7. Дайте харатеристи АС по назначению. 8. Каие АС по территориальном призна вы знаете? 9. Что таое принципы системно(о подхода и новых задач в методоло(ии построения АС? 10. В чем залючается принцип перво(о роводителя? 11. Ка Вы понимаете принципы непрерывно(о развития системы и размной типизации проета АС? 12. Сочетаются ли межд собой принципы автоматизации доментооборота и единой информационной базы АС? 13. Каие сществют этапы разработи АС? 14. Объясните харатер работ на предпроетной стадии создания АС. 15. Перечислите основные направления работ, выполняемых разработчиом АС на стадии техничесо(о задания. 16. Каов перечень пяти основных подэтапов стадии техничесо(о проетирования АС? 17. Дайте харатеристи направлениям работ на стадии создания техничесо(о проета. 18. Что таое рабочий проет АС и аие работы харатерны для этой стадии разработи АС? 19. В чем разница техничесо(о и рабоче(о проетирования АС? 20. Чем харатерен этап внедрения АС в эсплатацию?

60

61

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Глава 3

Системный анализ является междисциплинарной наой, обобщающей методоло ию исследования сложных техничесих, биоло ичесих и социальных систем. Для проведения анализа и синтеза сложных систем использется широий спетр математичесих методов и моделей. Основ математичесо о аппарата системно о анализа составляют линейное и нелинейное про раммирование, теория принятия решений, теория и р и исследования операций, имитационное и ситационное моделирование, теория массово о обслживания, теория надежности, теория статистичесих решений и др. В настоящее время методы системно о анализа полчили широое применение при перспетивном и тещем планировании, проетировании различных сложных систем и объетов, правлении производственными и техноло ичесими процессами, про нозировании отраслей промышленности и сельсо о хозяйства. Особенно часто  методам системно о анализа обращаются при решении задач распределения трдовых ресрсов и запасов, выбора средств транспортирови рзов, составления маршртов и расписаний перевозо, размещения новых производственных омплесов, сбора информации в АСУ и цело о ряда др их задач. Причем при решении задач системно о анализа наряд со стро им математичесим аппаратом применяются эвристичесие, интитивные и ачественные методы. Та а в процессе исследования реальной системы обычно приходится сталиваться с разнообразными проблемами, а быть профессионалом в аждом из них одном челове невозможно, то специалист, занимающийся системным анализом, должен иметь соответствющее образование и опыт, необходимые для анализа онретных проблем. Это предъявляет особые требования  системным аналитиам в области широты эрдиции и мышления, мения привлеать  работе зих специалистов, оранизации оллетивной деятельности.

КАТЕГОРИАЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

3.1. Системность а общее свойство материи

Та а большие (сложные) системы в середине ХХ веа стали объетом изчения, проетирования и правления, то потребовалось обобщение методов исследования таих систем. Появилась объетивная необходимость в возниновении приладной наи, станавливающей связь межд абстратной теорией систем и системной пратиой. Это оформилось в начню дисциплин — системный анализ.

Современные начные данные и современные системные представления позволяют оворить о мире а о бесонечной иерархичесой системе систем. Причем части системы находятся в развитии, на разных стадиях развития, на разных ровнях системной иерархии и ор анизации. Системность а всеобщее свойство материи проявляется через следющие составляющие: системность пратичесой деятельности, системность познавательной деятельности и системность среды, оржающей человеа.

1. По аим признаам лассифицирются автоматизированные системы? 2. Рассажите о представлении автоматизированных систем в виде фнциональной части. 3. Каие подсистемы входят в обеспечивающю часть АС ? 4. Ка лассифицирются АС по области применения? 5. Объясните лассифиацию АС по специфие применения. 6. Приведите примеры АС с различной ор(анизацией информационных процессов. 7. Дайте харатеристи АС по назначению. 8. Каие АС по территориальном призна вы знаете? 9. Что таое принципы системно(о подхода и новых задач в методоло(ии построения АС? 10. В чем залючается принцип перво(о роводителя? 11. Ка Вы понимаете принципы непрерывно(о развития системы и размной типизации проета АС? 12. Сочетаются ли межд собой принципы автоматизации доментооборота и единой информационной базы АС? 13. Каие сществют этапы разработи АС? 14. Объясните харатер работ на предпроетной стадии создания АС. 15. Перечислите основные направления работ, выполняемых разработчиом АС на стадии техничесо(о задания. 16. Каов перечень пяти основных подэтапов стадии техничесо(о проетирования АС? 17. Дайте харатеристи направлениям работ на стадии создания техничесо(о проета. 18. Что таое рабочий проет АС и аие работы харатерны для этой стадии разработи АС? 19. В чем разница техничесо(о и рабоче(о проетирования АС? 20. Чем харатерен этап внедрения АС в эсплатацию?

60

61

Рассмотрим пратичесю деятельность человеа, т. е. е о ативное и целенаправленное воздействие на оржающю сред. Поажем, что человечесая пратиа системна. Отметим очевидные и обязательные признаи системности: стртрированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность ор анизации всей системы определенной цели. По отношению  человечесой деятельности эти признаи очевидны. Всяое осознанное действие преследет определенню цель. Во всяом действии достаточно просто видеть е о составные части, более мелие действия. При этом ле о бедиться, что эти составные части должны выполняться не в произвольном поряде, а в определенной их последовательности. Это и есть та самая определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, оторая и является признаом системности. Название для тао о построения деятельности — ал оритмичность. Понятие ал оритма вознило сначала в математие и означало задание точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или др ими математичесими объетами. В настоящее время понятие ал оритма применяется  различным отраслям деятельности. Та оворят не тольо об ал оритмах принятия правленчесих решений, об ал оритмах обчения, ал оритмах написания про рамм, но и об ал оритмах изобретательства. Ал оритмизются таие виды деятельности, а и ра в шахматы, доазательство теорем и т. п. При этом делается отход от математичесо о понимания ал оритма. Важно сознавать, что в ал оритме должна сохраняться ло ичесая последовательность действий. При этом допсается, что в ал оритме определенно о вида деятельности мо т пристствовать неформализованные виды действия. Важно лишь, чтобы определенные этапы ал оритма спешно, хотя бы и не осознанно, выполнялись человеом. Подавляющее большинство элементов творчесой деятельности, совершаемой человеом, являются неосознанной реализацией определенных ал оритмизиремых заономерностей, т. е. реализацией неосознаваемых, но объетивно сществющих и формализемых ритериев. Таим образом, во-первых, всяая деятельность ал оритмична. Во-вторых, не все да ал оритм реальной деятельности осознается, ряд процессов челове выполняет интитивно, т. е. е о способность решать неоторые задачи доведена до автоматизма. Это есть призна профессионализма, оторый вовсе не означает, что в действиях профессионала отстствет ал оритм. В-третьих, в слчае недовлетворенности ре62

зльтатом деятельности возможню причин недачи следет исать в несовершенстве ал оритма, т. е. пытаться выявить ал оритм, исследовать е о, исать «слабые места», странять их, т. е. совершенствовать ал оритм и, следовательно, повышать системность деятельности. Таим образом, явная ал оритмизация любой пратичесой деятельности является важным средством ее развития. Системными являются таже резльтаты пратичесой деятельности. Следет отметить, что роль системных представлений в пратие постоянно величивается, что растет сама системность человечесой деятельности. Данный тезис можно пояснить на примере проетирования техничесих объетов. Если раньше перед разработчиами новых образцов технии ставилась задача создания работоспособно о объета, то в настоящее время пратиа ставит задач создания новых объетов с неоторыми оптимальными свойствами. Т. е.  разрабатываемым образцам еще на этапе проетирования предъявляются требования оптимальности. Цели, оторые ставятся перед разработчиами, таим образом, являются более лобальными, более сложными. Далее отметим, что системным является само мышление. Успешное решение поставленной задачи зависит от то о, насольо системно подходит специалист  ее анализ. Недачи в решении тех или иных проблем связаны с отходом от системности, с и норированием части сщественных взаимосвязей омпонентов системы. Разрешение вознишей проблемы осществляется птем перехода на новый, более высоий ровень системности. В связи с этим можно отметить, что системность не стольо состояние, сольо процесс. Свойство системности присще процесс познания. Системны знания, наопленные человечеством. В ачестве особенности процесса познания отметим наличие аналитичесо о и синтетичесо о образов мышления. Анализ — это процесс, состоящий в разделении цело о на части, в представлении сложно о в виде совопности более простых омпонентов. Но чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс — синтез. Это относится а  индивидальном мышлению, та и  общечеловечесом знанию. Аналитичность человечесо о знания находит свое отражение в сществовании различных на, в продолжающейся их дифференциации, во все более лбоом изчении все более зих вопросов. Вместе с тем мы наблюдаем и обратный процесс синтеза знаний. Процесс синтеза проявляется в возниновении междисциплинарных на, таих а физичесая химия, биофизиа, 63

Рассмотрим пратичесю деятельность человеа, т. е. е о ативное и целенаправленное воздействие на оржающю сред. Поажем, что человечесая пратиа системна. Отметим очевидные и обязательные признаи системности: стртрированность системы, взаимосвязанность составляющих ее частей, подчиненность ор анизации всей системы определенной цели. По отношению  человечесой деятельности эти признаи очевидны. Всяое осознанное действие преследет определенню цель. Во всяом действии достаточно просто видеть е о составные части, более мелие действия. При этом ле о бедиться, что эти составные части должны выполняться не в произвольном поряде, а в определенной их последовательности. Это и есть та самая определенная, подчиненная цели взаимосвязанность составных частей, оторая и является признаом системности. Название для тао о построения деятельности — ал оритмичность. Понятие ал оритма вознило сначала в математие и означало задание точно определенной последовательности однозначно понимаемых операций над числами или др ими математичесими объетами. В настоящее время понятие ал оритма применяется  различным отраслям деятельности. Та оворят не тольо об ал оритмах принятия правленчесих решений, об ал оритмах обчения, ал оритмах написания про рамм, но и об ал оритмах изобретательства. Ал оритмизются таие виды деятельности, а и ра в шахматы, доазательство теорем и т. п. При этом делается отход от математичесо о понимания ал оритма. Важно сознавать, что в ал оритме должна сохраняться ло ичесая последовательность действий. При этом допсается, что в ал оритме определенно о вида деятельности мо т пристствовать неформализованные виды действия. Важно лишь, чтобы определенные этапы ал оритма спешно, хотя бы и не осознанно, выполнялись человеом. Подавляющее большинство элементов творчесой деятельности, совершаемой человеом, являются неосознанной реализацией определенных ал оритмизиремых заономерностей, т. е. реализацией неосознаваемых, но объетивно сществющих и формализемых ритериев. Таим образом, во-первых, всяая деятельность ал оритмична. Во-вторых, не все да ал оритм реальной деятельности осознается, ряд процессов челове выполняет интитивно, т. е. е о способность решать неоторые задачи доведена до автоматизма. Это есть призна профессионализма, оторый вовсе не означает, что в действиях профессионала отстствет ал оритм. В-третьих, в слчае недовлетворенности ре62

зльтатом деятельности возможню причин недачи следет исать в несовершенстве ал оритма, т. е. пытаться выявить ал оритм, исследовать е о, исать «слабые места», странять их, т. е. совершенствовать ал оритм и, следовательно, повышать системность деятельности. Таим образом, явная ал оритмизация любой пратичесой деятельности является важным средством ее развития. Системными являются таже резльтаты пратичесой деятельности. Следет отметить, что роль системных представлений в пратие постоянно величивается, что растет сама системность человечесой деятельности. Данный тезис можно пояснить на примере проетирования техничесих объетов. Если раньше перед разработчиами новых образцов технии ставилась задача создания работоспособно о объета, то в настоящее время пратиа ставит задач создания новых объетов с неоторыми оптимальными свойствами. Т. е.  разрабатываемым образцам еще на этапе проетирования предъявляются требования оптимальности. Цели, оторые ставятся перед разработчиами, таим образом, являются более лобальными, более сложными. Далее отметим, что системным является само мышление. Успешное решение поставленной задачи зависит от то о, насольо системно подходит специалист  ее анализ. Недачи в решении тех или иных проблем связаны с отходом от системности, с и норированием части сщественных взаимосвязей омпонентов системы. Разрешение вознишей проблемы осществляется птем перехода на новый, более высоий ровень системности. В связи с этим можно отметить, что системность не стольо состояние, сольо процесс. Свойство системности присще процесс познания. Системны знания, наопленные человечеством. В ачестве особенности процесса познания отметим наличие аналитичесо о и синтетичесо о образов мышления. Анализ — это процесс, состоящий в разделении цело о на части, в представлении сложно о в виде совопности более простых омпонентов. Но чтобы познать целое, сложное, необходим и обратный процесс — синтез. Это относится а  индивидальном мышлению, та и  общечеловечесом знанию. Аналитичность человечесо о знания находит свое отражение в сществовании различных на, в продолжающейся их дифференциации, во все более лбоом изчении все более зих вопросов. Вместе с тем мы наблюдаем и обратный процесс синтеза знаний. Процесс синтеза проявляется в возниновении междисциплинарных на, таих а физичесая химия, биофизиа, 63

биохимия и т. п. Наонец, наиболее высоая форма синтеза знаний реализется в виде на о самых общих свойствах природы. К числ таих синтетичесих на относится в первю очередь философия, оторая выявляет и отражает общие свойства всех форм сществования материи. К синтетичесим можно таже отнести математи — дисциплин, изчающю всеобщие отношения, взаимосвязи и взаимодействия объетов. К числ синтетичесих можно отнести и системные наи: ибернети, теорию систем, теорию ор анизации и т. п. В этих дисциплинах ор аничесим образом соединяются техничесие, естественноначные и манитарные знания. В ачестве методоло ичесо о подхода  анализ явлений и процессов с точи зрения их системности развился диалетичесий метод. Именно диалетичесий метод рассматривает объет а омплес взаимодействющих и взаимосвязанных омпонентов, развивающихся во времени. Диалетиа является методом познания, обеспечивающим со ласование системности знаний и системности мира на любом ровне абстрации. Свойство системности присще резльтатам познания. В техничесих наах это реализется в построении адеватных моделей, являющихся отражением исследемых объетов, моделей, описывающих динамичесое поведение материальных объетов. Системна таже среда, оржающая человеа. Свойство системности является естественным свойством природы. Ка же отмечалось, оржающий нас мир есть бесонечная система систем, иерархичесая ор анизация все более сложных объетов. Причем а в живой, та и неживой природе действют свои заоны ор анизации, являющиеся объетивными биоло ичесими или физичесими заонами. Системно человечесое общество в целом. Системность человечесо о общества выражается во взаимосвязи развития отдельных стртр (национальных, осдарственных, рели иозных образований) и в их взаимном влиянии др на др а. Причем следет отметить, что ровень системности человечесо о общества постоянно величивается. Системность необходимо, таим образом, рассматривать в историчесом аспете. Если в древнем мире племена жили достаточно отдаленно др от др а и ровень общения межд ними был минимален, то в современном обществе события происходящие в одних осдарствах находят отли и имеют влияние в различных частях мира. Системны взаимодействия человеа со средой. В данном аспете системность выражается в необходимости омплесно о чета всех особенностей и возможных воздействий фаторов вне64

шней среды на ее состояние в последющие моменты. В слчае недостаточной проработи данных вопросов, и норирования ряда фаторов, наблюдается возниновение проблемы в развитии природы, не ативное воздействие на хозяйственню и льтрню деятельность человеа. Примеров том можно привести множество. Сажем, строительство идроэлетростанций в равнинной части онтинента привело  заболачиванию мест,  вывод земель из севооборота,  наршению эоло ичесой ситации в данном ре ионе, а в неоторых слчаях привело  изменению лимата. Применение различных химиатов ненадлежаще о ачества и в необоснованном оличестве привело  непоправимым последствиям в развитии ре иона Аральсо о моря. Примеры тао о плана можно продолжать и продолжать. Таим образом, можно сделать вывод, что и норирование системности взаимодействия человеа со средой приводит  возниновению проблемы в развитии среды обитания и, соответственно, во взаимодействии природы и общества.

3.2. Место системноо анализа в системных представлениях Применения системных представлений для анализа сложных объетов и процессов рассматривают системные направления, влючающие в себя: системный подход, системные исследования, системный анализ (системоло ию, системотехни и т. п.). За ислючением системотехнии, область оторой о раничена техничесими системами, все др ие термины часто потребляются а синонимы. Однао в последнее время системные исследования начали применять в эономие, социоло ии, психолоии и др их наах. Системный подход. Этот термин начал применяться в первых работах, в оторых элементы общей теории систем использовались для пратичесих приложений. Использя этот термин, подчеривали необходимость исследования объета с разных сторон, омплесно, в отличие от ранее принято о разделения исследований на физичесие, химичесие и др. Оазалось, что с помощью мно оаспетных исследований можно полчить более правильное представление о реальных объетах, выявить их новые свойства, лчше определить взаимоотношения объета с внешней средой, др ими объетами. Заимствованные при этом понятия теории систем вводились не стро о, не исследовался вопрос, аим лассом систем лчше отобразить объет, аие свойства и заономерности это о ласса следет читывать при 65

биохимия и т. п. Наонец, наиболее высоая форма синтеза знаний реализется в виде на о самых общих свойствах природы. К числ таих синтетичесих на относится в первю очередь философия, оторая выявляет и отражает общие свойства всех форм сществования материи. К синтетичесим можно таже отнести математи — дисциплин, изчающю всеобщие отношения, взаимосвязи и взаимодействия объетов. К числ синтетичесих можно отнести и системные наи: ибернети, теорию систем, теорию ор анизации и т. п. В этих дисциплинах ор аничесим образом соединяются техничесие, естественноначные и манитарные знания. В ачестве методоло ичесо о подхода  анализ явлений и процессов с точи зрения их системности развился диалетичесий метод. Именно диалетичесий метод рассматривает объет а омплес взаимодействющих и взаимосвязанных омпонентов, развивающихся во времени. Диалетиа является методом познания, обеспечивающим со ласование системности знаний и системности мира на любом ровне абстрации. Свойство системности присще резльтатам познания. В техничесих наах это реализется в построении адеватных моделей, являющихся отражением исследемых объетов, моделей, описывающих динамичесое поведение материальных объетов. Системна таже среда, оржающая человеа. Свойство системности является естественным свойством природы. Ка же отмечалось, оржающий нас мир есть бесонечная система систем, иерархичесая ор анизация все более сложных объетов. Причем а в живой, та и неживой природе действют свои заоны ор анизации, являющиеся объетивными биоло ичесими или физичесими заонами. Системно человечесое общество в целом. Системность человечесо о общества выражается во взаимосвязи развития отдельных стртр (национальных, осдарственных, рели иозных образований) и в их взаимном влиянии др на др а. Причем следет отметить, что ровень системности человечесо о общества постоянно величивается. Системность необходимо, таим образом, рассматривать в историчесом аспете. Если в древнем мире племена жили достаточно отдаленно др от др а и ровень общения межд ними был минимален, то в современном обществе события происходящие в одних осдарствах находят отли и имеют влияние в различных частях мира. Системны взаимодействия человеа со средой. В данном аспете системность выражается в необходимости омплесно о чета всех особенностей и возможных воздействий фаторов вне64

шней среды на ее состояние в последющие моменты. В слчае недостаточной проработи данных вопросов, и норирования ряда фаторов, наблюдается возниновение проблемы в развитии природы, не ативное воздействие на хозяйственню и льтрню деятельность человеа. Примеров том можно привести множество. Сажем, строительство идроэлетростанций в равнинной части онтинента привело  заболачиванию мест,  вывод земель из севооборота,  наршению эоло ичесой ситации в данном ре ионе, а в неоторых слчаях привело  изменению лимата. Применение различных химиатов ненадлежаще о ачества и в необоснованном оличестве привело  непоправимым последствиям в развитии ре иона Аральсо о моря. Примеры тао о плана можно продолжать и продолжать. Таим образом, можно сделать вывод, что и норирование системности взаимодействия человеа со средой приводит  возниновению проблемы в развитии среды обитания и, соответственно, во взаимодействии природы и общества.

3.2. Место системноо анализа в системных представлениях Применения системных представлений для анализа сложных объетов и процессов рассматривают системные направления, влючающие в себя: системный подход, системные исследования, системный анализ (системоло ию, системотехни и т. п.). За ислючением системотехнии, область оторой о раничена техничесими системами, все др ие термины часто потребляются а синонимы. Однао в последнее время системные исследования начали применять в эономие, социоло ии, психолоии и др их наах. Системный подход. Этот термин начал применяться в первых работах, в оторых элементы общей теории систем использовались для пратичесих приложений. Использя этот термин, подчеривали необходимость исследования объета с разных сторон, омплесно, в отличие от ранее принято о разделения исследований на физичесие, химичесие и др. Оазалось, что с помощью мно оаспетных исследований можно полчить более правильное представление о реальных объетах, выявить их новые свойства, лчше определить взаимоотношения объета с внешней средой, др ими объетами. Заимствованные при этом понятия теории систем вводились не стро о, не исследовался вопрос, аим лассом систем лчше отобразить объет, аие свойства и заономерности это о ласса следет читывать при 65

онретных исследованиях и т. п. Иными словами, термин «системный подход» пратичеси использовался вместо терминов «омплесный подход», «омплесные исследования». Ярим примером реализации системно о подхода является знаменитый «План ГОЭЛРО» элетрифиации России после раждансой войны 1918—1922 . Системные исследования. В работах под этим названием понятия теории систем использются более онстртивно: определяется ласс систем, вводится понятие стртры, а ино да и правила ее формирования и т. п. Это был следющий ша в системных направлениях. В поисах онстртивных реомендаций появились системные направления с разными названиями: системотехниа, системоло ия и др. Для их обобщения стал применяться термин «системные исследования». Часто в работах использовался аппарат исследования операций, оторый  том времени был больше развит, чем методы онретных системных исследований. Системный анализ. В настоящее время системный анализ является наиболее онстртивным направлением. Этот термин применяется неоднозначно. В одних источниах он определяется а «приложение системных онцепции  фнциям правления, связанным с планированием». В др их — а синоним термина «анализ систем» (Э. Квейд) или термина «системные исследования» (С. Ян ). Однао независимо от то о, применяется он тольо  определению стртры целей системы,  планированию или  исследованию системы в целом, влючая и фнциональню и обеспечивающю части, работы по системном анализ сщественно отличаются от рассмотренных выше тем, что в них все да предла ается методоло ия проведения исследований, делается попыта выделить этапы исследования и предложить методи выполнения этих этапов в онретных словиях. В этих работах все да деляется особое внимание определению целей системы, вопросам формализации представления целей. Неоторые авторы даже подчеривают это в определении: системный анализ — это методоло ия исследования целенаправленных систем (Д. Киланд, В. Кин ). Термин «системный анализ» впервые появился в связи с задачами военно о правления в исследованиях RAND Corporation (1948), а в отечественной литератре полчил широое распространение после выхода в 1969 . ни и С. Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем». В начале работы по системном анализ в большинстве слчаев базировались на идеях теории оптимизации и исследования 66

операций. При этом особое внимание делялось стремлению в той или иной форме полчить выражение, связывающее цель со средствами, анало ичное ритерию фнционирования или поазателю эффетивности, т. е. отобразить объет в виде хорошо оранизованной системы. Та, например, в ранних роводящих материалах по разработе АСУ реомендовалось представлять цели в виде набора задач и составлять матрицы, связывающие задачи с методами и средствами достижения. Правда, при пратичесом применении это о подхода довольно быстро выяснялась е о недостаточность, и исследователи стали прежде все о обращать внимание на необходимость построения моделей, не просто фисирющих цели, омпоненты связи межд ними, а позволяющих наапливать информацию, вводить новые омпоненты, выявлять новые связи и т. д., т. е. отображать объет в виде развивающейся системы, не все да предла ая, а это делать. Позднее системный анализ начинают определять а «процесс последовательно о разбиения изчаемо о явления на подпроцессы» (С. Ян ) и основное внимание деляют поис приемов, позволяющих ор анизовать решение сложной проблемы птем расчленения ее на подпроблемы и этапы, для оторых становится возможным подобрать методы исследования и исполнителей. В большинстве работ стремились представить мно остпенчатое расчленение в виде иерархичесих стртр типа «дерева», но в ряде слчаев разрабатывались методии полчения вариантов стртр, определяемых временными последовательностями фнций. В настоящее время системный анализ развивается применительно  проблемам планирования и правления, и в связи с силением внимания  про раммно-целевым принципам в планировании этот термин стал пратичеси неотделим от терминов «целеобразование» и «про раммно-целевое планирование и правление». В работах это о периода системы анализирются а целое, рассматривается роль процессов целеобразования в развитии цело о, роль человеа. При этом оазалось, что в системном анализе не хватает средств: развиты в основном средства расчленения на части, но почти нет реомендаций а при расчленении не тратить целое. Поэтом наблюдается силение внимания  роли неформализованных методов при проведении системно о анализа. Вопросы сочетания и взаимодействия формальных и неформальных методов при проведении системно о анализа не решены. Но развитие это о начно о направления идет по пти их решения. 67

онретных исследованиях и т. п. Иными словами, термин «системный подход» пратичеси использовался вместо терминов «омплесный подход», «омплесные исследования». Ярим примером реализации системно о подхода является знаменитый «План ГОЭЛРО» элетрифиации России после раждансой войны 1918—1922 . Системные исследования. В работах под этим названием понятия теории систем использются более онстртивно: определяется ласс систем, вводится понятие стртры, а ино да и правила ее формирования и т. п. Это был следющий ша в системных направлениях. В поисах онстртивных реомендаций появились системные направления с разными названиями: системотехниа, системоло ия и др. Для их обобщения стал применяться термин «системные исследования». Часто в работах использовался аппарат исследования операций, оторый  том времени был больше развит, чем методы онретных системных исследований. Системный анализ. В настоящее время системный анализ является наиболее онстртивным направлением. Этот термин применяется неоднозначно. В одних источниах он определяется а «приложение системных онцепции  фнциям правления, связанным с планированием». В др их — а синоним термина «анализ систем» (Э. Квейд) или термина «системные исследования» (С. Ян ). Однао независимо от то о, применяется он тольо  определению стртры целей системы,  планированию или  исследованию системы в целом, влючая и фнциональню и обеспечивающю части, работы по системном анализ сщественно отличаются от рассмотренных выше тем, что в них все да предла ается методоло ия проведения исследований, делается попыта выделить этапы исследования и предложить методи выполнения этих этапов в онретных словиях. В этих работах все да деляется особое внимание определению целей системы, вопросам формализации представления целей. Неоторые авторы даже подчеривают это в определении: системный анализ — это методоло ия исследования целенаправленных систем (Д. Киланд, В. Кин ). Термин «системный анализ» впервые появился в связи с задачами военно о правления в исследованиях RAND Corporation (1948), а в отечественной литератре полчил широое распространение после выхода в 1969 . ни и С. Оптнера «Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем». В начале работы по системном анализ в большинстве слчаев базировались на идеях теории оптимизации и исследования 66

операций. При этом особое внимание делялось стремлению в той или иной форме полчить выражение, связывающее цель со средствами, анало ичное ритерию фнционирования или поазателю эффетивности, т. е. отобразить объет в виде хорошо оранизованной системы. Та, например, в ранних роводящих материалах по разработе АСУ реомендовалось представлять цели в виде набора задач и составлять матрицы, связывающие задачи с методами и средствами достижения. Правда, при пратичесом применении это о подхода довольно быстро выяснялась е о недостаточность, и исследователи стали прежде все о обращать внимание на необходимость построения моделей, не просто фисирющих цели, омпоненты связи межд ними, а позволяющих наапливать информацию, вводить новые омпоненты, выявлять новые связи и т. д., т. е. отображать объет в виде развивающейся системы, не все да предла ая, а это делать. Позднее системный анализ начинают определять а «процесс последовательно о разбиения изчаемо о явления на подпроцессы» (С. Ян ) и основное внимание деляют поис приемов, позволяющих ор анизовать решение сложной проблемы птем расчленения ее на подпроблемы и этапы, для оторых становится возможным подобрать методы исследования и исполнителей. В большинстве работ стремились представить мно остпенчатое расчленение в виде иерархичесих стртр типа «дерева», но в ряде слчаев разрабатывались методии полчения вариантов стртр, определяемых временными последовательностями фнций. В настоящее время системный анализ развивается применительно  проблемам планирования и правления, и в связи с силением внимания  про раммно-целевым принципам в планировании этот термин стал пратичеси неотделим от терминов «целеобразование» и «про раммно-целевое планирование и правление». В работах это о периода системы анализирются а целое, рассматривается роль процессов целеобразования в развитии цело о, роль человеа. При этом оазалось, что в системном анализе не хватает средств: развиты в основном средства расчленения на части, но почти нет реомендаций а при расчленении не тратить целое. Поэтом наблюдается силение внимания  роли неформализованных методов при проведении системно о анализа. Вопросы сочетания и взаимодействия формальных и неформальных методов при проведении системно о анализа не решены. Но развитие это о начно о направления идет по пти их решения. 67

3.3. Развитие системноо анализа С позиций современных начных представлений системность все да была методом любой наи. Возможно, что принципы системности применялись не все да осознанно, но, тем не менее, любой ченый прошло о, оторый возможно и не помышлял о системном подходе, та или иначе имел дело с системами и моделями объетов или процессов. Ранее все о системные проблемы были осознаны философами. Следет отметить, что обсждение системных проблем в таих дисциплинах, а философия, ло иа, математиа, осществлялось еще древними чеными. Первым в явной форме вопрос о начном подходе  правлению сложными системами поставил М.А. Ампер. Он впервые выделил ибернети а специальню на об правлении осдарством, обозначил ее место в ряд др их на и сформлировал ее системные особенности. Идеи системности применительно  правлению осдарством развивались в работах польсо о чено о Б. Трентовсо о. Он отмечал, что действительно эффетивное правление должно читывать все важнейшие внешние и внтренние фаторы, влияющие на объет правления. В своих работах Трентовсий отмечал, что при выработе правляюще о воздействия необходимо читывать национальные особенности населения с четом временно о аспета: «При одной и той же политичесой идеоло ии ибернет (в современной терминоло ии, лицо, принимающее решение) должен правлять различно в Австрии, России или Прссии. Точно та же и в одной и той же стране он должен правлять завтра иначе, чем се одня». Трентовсий рассматривает общество а систем, оторая развивается птем разрешения противоречий. И все-таи общество середины 19- о столетия было не отово  восприятию системных представлений. Прошло еще более полвеа, прежде чем системная проблематиа прочно заняла свое место в начных пблиациях. К числ основоположниов теории систем можно заслженно отнести российсо о чено о, аадемиа Е.С. Федорова. Основные начные резльтаты были дости нты им в области минерало ии. Он становил, что сществет тольо 230 типов ристалличесой решети, тем не менее любое вещество при определенных словиях может ристаллизоваться. Таим образом, было поазано, что велиое мно ообразие ристаллов и минералов использет для свое о строения о раниченное оличество типов стртр. Далее им были отмечены анало ичные заономерности в области архитетрных и мзыальных онстрций, языовых построений, строения вещества и ряда др их систем. 68

Развивая системные представления, Федоров становил ряд дрих заономерностей развития систем, в частности им было замечено таое свойство систем, а самоор анизация, способность  приспособлению,  повышению стройности. Следющим этапом в развитии системных представлений явились работы А.А. Бо данова, оторый в начале ХХ веа начал создавать теорию ор анизации (тетоло ию). Основная идея теории Бо данова залючается в том, что все сществющие объеты и процессы имеют определенный ровень ор анизованности. Далее им отмечено, что ровень ор анизованности тем выше, чем сильнее свойства цело о отличаются от простой сммы свойств омплетющих элементов. Именно анализ свойств цело о и е о частей был впоследствии заложен в ачестве основной харатеристии понятия сложной системы. Засл ой Бо данова явилось таже то, что он изчает не тольо статичесое состояние стртр, а занимается исследованием динамичесо о поведения объетов, деляет внимание вопросам развития ор анизации, подчеривает значение обратных связей, азывает на необходимость чета собственных целей ор анизации, отмечает роль отрытых систем. Он подчеривает роль моделирования и математичесих методов а потенциальных методов решения задач теории ор анизации. Позднее идеи теории ор анизации развивались в трдах выдающихся представителей отечественно о естествознания И.И. Шмальазена, В.Н. Белемишева и ряда др их специалистов, влад оторых во мно их отношениях явился решающим в формировании вышеназванной теории. Влад рссих и советсих исследователей в развитие теории систем и формирование системных представлений явился определяющим, посоль большинство развиваемых ныне идей связано с работами Бо данова и трдами е о последователей. Однао нельзя не отметить таже и зарбежных ченых, работы оторых являются основопола ающими в области развития теории систем и системно о анализа. В первю очередь следет обратить внимание на трды австрийсо о чено о Л. Берталанфи, оторый в 50-х одах двадцато о столетия ор анизовал в Канаде центр системных исследований. Им было опблиовано большое оличество работ, в оторых он исследовал взаимодействие систем с оржающей средой. Он подчеривает большое значение обмена системы веществом, энер ией и энтропией с внешним миром, отмечает, что в системе станавливается динамичесое равновесие, оторое может быть направлено в сторон сложнения ор анизации, фнционирование системы является не просто отлиом на изменение внешних словий, а сохранением старо о или ста69

3.3. Развитие системноо анализа С позиций современных начных представлений системность все да была методом любой наи. Возможно, что принципы системности применялись не все да осознанно, но, тем не менее, любой ченый прошло о, оторый возможно и не помышлял о системном подходе, та или иначе имел дело с системами и моделями объетов или процессов. Ранее все о системные проблемы были осознаны философами. Следет отметить, что обсждение системных проблем в таих дисциплинах, а философия, ло иа, математиа, осществлялось еще древними чеными. Первым в явной форме вопрос о начном подходе  правлению сложными системами поставил М.А. Ампер. Он впервые выделил ибернети а специальню на об правлении осдарством, обозначил ее место в ряд др их на и сформлировал ее системные особенности. Идеи системности применительно  правлению осдарством развивались в работах польсо о чено о Б. Трентовсо о. Он отмечал, что действительно эффетивное правление должно читывать все важнейшие внешние и внтренние фаторы, влияющие на объет правления. В своих работах Трентовсий отмечал, что при выработе правляюще о воздействия необходимо читывать национальные особенности населения с четом временно о аспета: «При одной и той же политичесой идеоло ии ибернет (в современной терминоло ии, лицо, принимающее решение) должен правлять различно в Австрии, России или Прссии. Точно та же и в одной и той же стране он должен правлять завтра иначе, чем се одня». Трентовсий рассматривает общество а систем, оторая развивается птем разрешения противоречий. И все-таи общество середины 19- о столетия было не отово  восприятию системных представлений. Прошло еще более полвеа, прежде чем системная проблематиа прочно заняла свое место в начных пблиациях. К числ основоположниов теории систем можно заслженно отнести российсо о чено о, аадемиа Е.С. Федорова. Основные начные резльтаты были дости нты им в области минерало ии. Он становил, что сществет тольо 230 типов ристалличесой решети, тем не менее любое вещество при определенных словиях может ристаллизоваться. Таим образом, было поазано, что велиое мно ообразие ристаллов и минералов использет для свое о строения о раниченное оличество типов стртр. Далее им были отмечены анало ичные заономерности в области архитетрных и мзыальных онстрций, языовых построений, строения вещества и ряда др их систем. 68

Развивая системные представления, Федоров становил ряд дрих заономерностей развития систем, в частности им было замечено таое свойство систем, а самоор анизация, способность  приспособлению,  повышению стройности. Следющим этапом в развитии системных представлений явились работы А.А. Бо данова, оторый в начале ХХ веа начал создавать теорию ор анизации (тетоло ию). Основная идея теории Бо данова залючается в том, что все сществющие объеты и процессы имеют определенный ровень ор анизованности. Далее им отмечено, что ровень ор анизованности тем выше, чем сильнее свойства цело о отличаются от простой сммы свойств омплетющих элементов. Именно анализ свойств цело о и е о частей был впоследствии заложен в ачестве основной харатеристии понятия сложной системы. Засл ой Бо данова явилось таже то, что он изчает не тольо статичесое состояние стртр, а занимается исследованием динамичесо о поведения объетов, деляет внимание вопросам развития ор анизации, подчеривает значение обратных связей, азывает на необходимость чета собственных целей ор анизации, отмечает роль отрытых систем. Он подчеривает роль моделирования и математичесих методов а потенциальных методов решения задач теории ор анизации. Позднее идеи теории ор анизации развивались в трдах выдающихся представителей отечественно о естествознания И.И. Шмальазена, В.Н. Белемишева и ряда др их специалистов, влад оторых во мно их отношениях явился решающим в формировании вышеназванной теории. Влад рссих и советсих исследователей в развитие теории систем и формирование системных представлений явился определяющим, посоль большинство развиваемых ныне идей связано с работами Бо данова и трдами е о последователей. Однао нельзя не отметить таже и зарбежных ченых, работы оторых являются основопола ающими в области развития теории систем и системно о анализа. В первю очередь следет обратить внимание на трды австрийсо о чено о Л. Берталанфи, оторый в 50-х одах двадцато о столетия ор анизовал в Канаде центр системных исследований. Им было опблиовано большое оличество работ, в оторых он исследовал взаимодействие систем с оржающей средой. Он подчеривает большое значение обмена системы веществом, энер ией и энтропией с внешним миром, отмечает, что в системе станавливается динамичесое равновесие, оторое может быть направлено в сторон сложнения ор анизации, фнционирование системы является не просто отлиом на изменение внешних словий, а сохранением старо о или ста69

новлением ново о внтренне о равновесия системы. В своих работах Берталанфи исследет общие заономерности, присщие любым достаточно сложным ор анизациям материи а биоло ичесой, та и общественной природы. Берталанфи и ор анизованная им шола последователей в своих трдах пытаются придать общей теории систем формальный харатер. Массовое распространение системных представлений, осознание системности мира, общества и человечесой деятельности связано с именем америансо о математиа Н. Винера. В 1948 . он опблиовал ни  «Кибернетиа» и далее «Кибернетиа и общество». В своих трдах он развивает идеи правления и связи в животном мире и машинах, анализирет с позиций ибернетии процессы, происходящие в обществе. Н.Винером и е о последователями было азано, что предметом ибернетии является исследование систем. Причем отмечается, что хотя при изчении системы на аом-то этапе потребется проводить чет ее онретных свойств, для ибернетии в принципе несщественно, аова природа системы. То есть для изчения систем различных типов, бдь она физичесой, биоло ичесой, эономичесой, оранизационной или вовсе представленной в виде модели, ибернетиа предла ает единые подходы  ее исследованию. Сщественное место в развитии ибернетии занимают советсие ченые. Можно отметить мно очисленные работы аадемиа А.И. Бер а, Харевича, Н.П. Бслено, Н.Н. Моисеева. Фндаментальный влад в развитие ибернетии внес таже аадеми А.Н. Колмо оров. Та, в период, о да в Советсом Союзе ибернети считали лженаой и в стране шли орячие дисссии о ее сти, были сформлированы достаточно общие и полные определения ибернетии. Приведем эти определения: «Кибернетиа — это наа об оптимальном правлении сложными динамичесими системами» (А.И. Бер ); «Кибернетиа — это наа о системах, воспринимающих, хранящих, перерабатывающих и использющих информацию» (А.Н. Колмо оров). Наонец, отметим достижения в области исследования систем бель ийсой шолы во лаве с И. При ожиным. Ученые этой шолы исследовали механизм самоор анизации систем. Они отмечают, что в резльтате взаимодействия с оржающей средой система может перейти в неравновесное состояние. В резльтате тао о взаимодействия изменяется ор анизованность системы. Переломные точи, в оторых наблюдается нестойчивость неравновесных состояний, называются точами бифрации. Таим образом, со ласно теории И. При ожина, материя не является пассивной сбстанцией, ей присща спонтанная ативность. 70

Системный анализ а дисциплина сформировался в резльтате возниновения необходимости исследовать и проетировать сложные системы, правлять ими в словиях неполноты информации, о раниченности ресрсов и дефицита времени. Системный анализ является дальнейшим развитием цело о ряда дисциплин, таих а исследование операций, теория оптимально о правления, теория принятия решений, эспертный анализ, теория ор анизации эсплатации систем и т. д. Для спешно о решения поставленных задач системный анализ использет всю совопность формальных и неформальных процедр. Перечисленные теоретичесие дисциплины являются базой и методоло ичесой основой системно о анализа. Таим образом, системный анализ — междисциплинарный рс, обобщающий методоло ию исследования сложных техничесих, биоло ичесих и социальных систем. Широое распространение идей и методов системно о анализа, а лавное — спешно о их применения на пратие, стало возможным тольо с внедрением и повсеместным использованием ЭВМ. Именно применение ЭВМ а инстрмента решения сложных задач позволило перейти от построения теоретичесих моделей систем  широом их пратичесом применению. В связи с этим Н.Н. Моисеев считает, что системный анализ — это совопность методов, основанных на использовании ЭВМ и ориентированных на исследование сложных систем — техничесих, эономичесих, эоло ичесих и т. д. Центральной проблемой системно о анализа является проблема принятия решения. Применительно  задачам исследования, проетирования и правления сложными системами проблема принятия решения связана с выбором определенной альтернативы в словиях различно о рода неопределенности. Неопределенность обсловлена мно оритериальностью задач оптимизации, неопределенностью целей развития систем, неоднозначностью сценариев развития системы, недостаточностью априорной информации о системе, воздействием слчайных фаторов в ходе динамичесо о развития системы и прочими словиями. Учитывая данные обстоятельства, системный анализ можно определить а дисциплин, занимающюся проблемами принятия решений в словиях, о да выбор альтернативы требет анализа сложной информации различной физичесой природы. Главным содержанием дисциплины «Системный анализ» являются сложные проблемы принятия решений, при изчении оторых неформальные процедры, представления здраво о смысла и способы описания ситаций и рают не меньшю роль, чем формальный математичесий аппарат. 71

новлением ново о внтренне о равновесия системы. В своих работах Берталанфи исследет общие заономерности, присщие любым достаточно сложным ор анизациям материи а биоло ичесой, та и общественной природы. Берталанфи и ор анизованная им шола последователей в своих трдах пытаются придать общей теории систем формальный харатер. Массовое распространение системных представлений, осознание системности мира, общества и человечесой деятельности связано с именем америансо о математиа Н. Винера. В 1948 . он опблиовал ни  «Кибернетиа» и далее «Кибернетиа и общество». В своих трдах он развивает идеи правления и связи в животном мире и машинах, анализирет с позиций ибернетии процессы, происходящие в обществе. Н.Винером и е о последователями было азано, что предметом ибернетии является исследование систем. Причем отмечается, что хотя при изчении системы на аом-то этапе потребется проводить чет ее онретных свойств, для ибернетии в принципе несщественно, аова природа системы. То есть для изчения систем различных типов, бдь она физичесой, биоло ичесой, эономичесой, оранизационной или вовсе представленной в виде модели, ибернетиа предла ает единые подходы  ее исследованию. Сщественное место в развитии ибернетии занимают советсие ченые. Можно отметить мно очисленные работы аадемиа А.И. Бер а, Харевича, Н.П. Бслено, Н.Н. Моисеева. Фндаментальный влад в развитие ибернетии внес таже аадеми А.Н. Колмо оров. Та, в период, о да в Советсом Союзе ибернети считали лженаой и в стране шли орячие дисссии о ее сти, были сформлированы достаточно общие и полные определения ибернетии. Приведем эти определения: «Кибернетиа — это наа об оптимальном правлении сложными динамичесими системами» (А.И. Бер ); «Кибернетиа — это наа о системах, воспринимающих, хранящих, перерабатывающих и использющих информацию» (А.Н. Колмо оров). Наонец, отметим достижения в области исследования систем бель ийсой шолы во лаве с И. При ожиным. Ученые этой шолы исследовали механизм самоор анизации систем. Они отмечают, что в резльтате взаимодействия с оржающей средой система может перейти в неравновесное состояние. В резльтате тао о взаимодействия изменяется ор анизованность системы. Переломные точи, в оторых наблюдается нестойчивость неравновесных состояний, называются точами бифрации. Таим образом, со ласно теории И. При ожина, материя не является пассивной сбстанцией, ей присща спонтанная ативность. 70

Системный анализ а дисциплина сформировался в резльтате возниновения необходимости исследовать и проетировать сложные системы, правлять ими в словиях неполноты информации, о раниченности ресрсов и дефицита времени. Системный анализ является дальнейшим развитием цело о ряда дисциплин, таих а исследование операций, теория оптимально о правления, теория принятия решений, эспертный анализ, теория ор анизации эсплатации систем и т. д. Для спешно о решения поставленных задач системный анализ использет всю совопность формальных и неформальных процедр. Перечисленные теоретичесие дисциплины являются базой и методоло ичесой основой системно о анализа. Таим образом, системный анализ — междисциплинарный рс, обобщающий методоло ию исследования сложных техничесих, биоло ичесих и социальных систем. Широое распространение идей и методов системно о анализа, а лавное — спешно о их применения на пратие, стало возможным тольо с внедрением и повсеместным использованием ЭВМ. Именно применение ЭВМ а инстрмента решения сложных задач позволило перейти от построения теоретичесих моделей систем  широом их пратичесом применению. В связи с этим Н.Н. Моисеев считает, что системный анализ — это совопность методов, основанных на использовании ЭВМ и ориентированных на исследование сложных систем — техничесих, эономичесих, эоло ичесих и т. д. Центральной проблемой системно о анализа является проблема принятия решения. Применительно  задачам исследования, проетирования и правления сложными системами проблема принятия решения связана с выбором определенной альтернативы в словиях различно о рода неопределенности. Неопределенность обсловлена мно оритериальностью задач оптимизации, неопределенностью целей развития систем, неоднозначностью сценариев развития системы, недостаточностью априорной информации о системе, воздействием слчайных фаторов в ходе динамичесо о развития системы и прочими словиями. Учитывая данные обстоятельства, системный анализ можно определить а дисциплин, занимающюся проблемами принятия решений в словиях, о да выбор альтернативы требет анализа сложной информации различной физичесой природы. Главным содержанием дисциплины «Системный анализ» являются сложные проблемы принятия решений, при изчении оторых неформальные процедры, представления здраво о смысла и способы описания ситаций и рают не меньшю роль, чем формальный математичесий аппарат. 71

3.4. Методии и процедры системноо анализа 3.4.1. Принципы, этапы и процедры системноо анализа В системном анализе можно выделить три лавных направления. Эти три направления соответствют трем этапам, оторые все да пристствют в исследовании сложных систем. Перечислим их: 1. Постанова задачи исследования. 2. Построение модели исследемо о объета. 3. Решение поставленной математичесой задачи. Постанова задачи исследования. На данном этапе формлирется цель анализа. Цель исследования предпола ается внешним фатором по отношению  системе. Таим образом, цель становится самостоятельным объетом исследования. Цель должна быть формализована. Задача системно о анализа состоит в проведении необходимо о анализа неопределенностей, о раничений и формлировании, в онечном счете, неоторой оптимизационной задачи: f (x) → max, x ⊂ G. (3.1) Здесь x — элемент неоторо о нормированно о пространства G, определяемо о природой модели, G ⊂ E , де E — множество, оторое может иметь соль  одно сложню природ, определяемю стртрой модели и особенностями исследемой системы. Таим образом, задача системно о анализа на этом этапе тратется а неоторая оптимизационная проблема. Анализиря требования  системе, т. е. цели, оторые предпола ает дости нть исследователь, и те неопределенности, оторые при этом неизбежно пристствют, исследователь должен сформлировать цель анализа на язые математии. Язы оптимизации оазывается здесь естественным и добным, но вовсе не единственно возможным. Построение модели, т. е. формализация изчаемой системы, процесса или явления. Построение модели есть описание процесса на язые математии. При построении модели осществляется математичесое описание явлений и процессов, происходящих в системе. Посоль знание все да относительно, то описание на любом язые отражает лишь неоторые стороны происходящих процессов и нио да не является абсолютно полным. С др ой стороны, следет отметить, что при построении модели необходимо делять основное внимание тем сторонам изчаемо о процесса, оторые интересют исследователя. Глбоо ошибочным является желание при построении модели системы отразить все стороны сществования системы. При проведении системно о анализа, а правило, интересются динамичес72

им поведением системы. Причем, при описании динамии с точи зрения проводимо о исследования есть первостепенные параметры и взаимодействия, а есть несщественные в данном исследовании параметры. Таим образом, ачество модели определяется соответствием выполненно о описания тем требованиям, оторые предъявляются  исследованию, соответствием полчаемых с помощью модели резльтатов ход наблюдаемо о процесса или явления. Построение математичесой модели есть основа все о системно о анализа, центральный этап исследования или проетирования любой системы. От ачества модели зависит резльтат все о системно о анализа. Решение поставленной математичесой задачи. Тольо этот третий этап анализа можно отнести собственно  этап, использющем в полной степени математичесие методы. Хотя без знания математии и возможностей ее аппарата спешное выполнение двх первых этапов невозможно, та а и при построении модели системы, и при формлировании цели и задач анализа широое применение должны находить методы формализации. Однао отметим, что именно на завершающем этапе системно о анализа мо т потребоваться тоние математичесие методы. Но следет иметь в вид, что задачи системно о анализа мо т иметь ряд особенностей, оторые приводят  необходимости применения наряд с формальными процедрами эвристичесих подходов. Причины, по оторым обращаются  эвристичесим методам, в первю очередь связаны с недостатом априорной информации о процессах, происходящих в анализиремой системе. Таже  таовым причинам можно отнести большю размерность ветора Х и сложность стртры множества G. В данном слчае трдности, возниающие в резльтате необходимости применения неформальных процедр анализа, зачастю являются определяющими. Успешное решение задач системно о анализа требет использования на аждом этапе исследования неформальных рассждений. Ввид это о провера ачества решения, е о соответствие исходной цели исследования превращается в важнейшю теоретичесю проблем. Сформлированные три этапа проведения системно о анализа являются а бы основой решения любой задачи проведения системных исследований. Сть их состоит в том, что необходимо построить модель исследемой системы, т. е. дать формализованное описание изчаемо о объета, сформлировать ритерий решения задачи системно о анализа, т. е. поставить задач исследования и далее решить поставленню задач. Уазанные три этапа проведения системно о анализа являются рпненной схемой решения задачи. В действительности задачи системно о анализа 73

3.4. Методии и процедры системноо анализа 3.4.1. Принципы, этапы и процедры системноо анализа В системном анализе можно выделить три лавных направления. Эти три направления соответствют трем этапам, оторые все да пристствют в исследовании сложных систем. Перечислим их: 1. Постанова задачи исследования. 2. Построение модели исследемо о объета. 3. Решение поставленной математичесой задачи. Постанова задачи исследования. На данном этапе формлирется цель анализа. Цель исследования предпола ается внешним фатором по отношению  системе. Таим образом, цель становится самостоятельным объетом исследования. Цель должна быть формализована. Задача системно о анализа состоит в проведении необходимо о анализа неопределенностей, о раничений и формлировании, в онечном счете, неоторой оптимизационной задачи: f (x) → max, x ⊂ G. (3.1) Здесь x — элемент неоторо о нормированно о пространства G, определяемо о природой модели, G ⊂ E , де E — множество, оторое может иметь соль  одно сложню природ, определяемю стртрой модели и особенностями исследемой системы. Таим образом, задача системно о анализа на этом этапе тратется а неоторая оптимизационная проблема. Анализиря требования  системе, т. е. цели, оторые предпола ает дости нть исследователь, и те неопределенности, оторые при этом неизбежно пристствют, исследователь должен сформлировать цель анализа на язые математии. Язы оптимизации оазывается здесь естественным и добным, но вовсе не единственно возможным. Построение модели, т. е. формализация изчаемой системы, процесса или явления. Построение модели есть описание процесса на язые математии. При построении модели осществляется математичесое описание явлений и процессов, происходящих в системе. Посоль знание все да относительно, то описание на любом язые отражает лишь неоторые стороны происходящих процессов и нио да не является абсолютно полным. С др ой стороны, следет отметить, что при построении модели необходимо делять основное внимание тем сторонам изчаемо о процесса, оторые интересют исследователя. Глбоо ошибочным является желание при построении модели системы отразить все стороны сществования системы. При проведении системно о анализа, а правило, интересются динамичес72

им поведением системы. Причем, при описании динамии с точи зрения проводимо о исследования есть первостепенные параметры и взаимодействия, а есть несщественные в данном исследовании параметры. Таим образом, ачество модели определяется соответствием выполненно о описания тем требованиям, оторые предъявляются  исследованию, соответствием полчаемых с помощью модели резльтатов ход наблюдаемо о процесса или явления. Построение математичесой модели есть основа все о системно о анализа, центральный этап исследования или проетирования любой системы. От ачества модели зависит резльтат все о системно о анализа. Решение поставленной математичесой задачи. Тольо этот третий этап анализа можно отнести собственно  этап, использющем в полной степени математичесие методы. Хотя без знания математии и возможностей ее аппарата спешное выполнение двх первых этапов невозможно, та а и при построении модели системы, и при формлировании цели и задач анализа широое применение должны находить методы формализации. Однао отметим, что именно на завершающем этапе системно о анализа мо т потребоваться тоние математичесие методы. Но следет иметь в вид, что задачи системно о анализа мо т иметь ряд особенностей, оторые приводят  необходимости применения наряд с формальными процедрами эвристичесих подходов. Причины, по оторым обращаются  эвристичесим методам, в первю очередь связаны с недостатом априорной информации о процессах, происходящих в анализиремой системе. Таже  таовым причинам можно отнести большю размерность ветора Х и сложность стртры множества G. В данном слчае трдности, возниающие в резльтате необходимости применения неформальных процедр анализа, зачастю являются определяющими. Успешное решение задач системно о анализа требет использования на аждом этапе исследования неформальных рассждений. Ввид это о провера ачества решения, е о соответствие исходной цели исследования превращается в важнейшю теоретичесю проблем. Сформлированные три этапа проведения системно о анализа являются а бы основой решения любой задачи проведения системных исследований. Сть их состоит в том, что необходимо построить модель исследемой системы, т. е. дать формализованное описание изчаемо о объета, сформлировать ритерий решения задачи системно о анализа, т. е. поставить задач исследования и далее решить поставленню задач. Уазанные три этапа проведения системно о анализа являются рпненной схемой решения задачи. В действительности задачи системно о анализа 73

являются достаточно сложными. Поэтом перечисление этапов не может быть самоцелью. Пратиющем системотехни требется представлять методи выполнения аждо о из этапов. В данном разделе сосредоточим внимание на содержании и последовательности операций выполнения системно о анализа. Использование правильной методии арантирет исследователю, что он не бдет исать решения неверно поставленной задачи. Грамотное проведение системно о анализа предпреждает таже и возможность неверно о решения правильно поставленной задачи. Если исследовательсая рппа роводствовалась правильной методиой, то разработанные модели адеватны изчаемой проблеме и допстимы с точи зрения реализации вычислительно о процесса, выполняются о раничения на выделяемые средства и срои выполнения работ, а внедрение резльтатов системно о анализа осществляется валифицированно и эффетивно. В этом слчае работы по системном анализ дости ают цели. Методиа системно о анализа. Методии, реализющие принципы системно о анализа в онретных словиях, направлены на то, чтобы формализовать процесс исследования системы, процесс постави и решения проблемы. Методиа системно о анализа разрабатывается и применяется в тех слчаях, о да  исследователя нет достаточных сведений о системе, оторые позволили бы выбрать адеватный метод формализованно о представления системы. Общим для всех методи системно о анализа является формирование вариантов представления системы (процесса решения задачи) и выбор наилчше о варианта. Положив в основ методии системно о анализа эти два этапа, их затем можно разделить на подэтапы. Например, первый этап можно разделить следющим образом: 1. Отделение (или о раничение) системы от среды. 2. Выбор подхода  представлению системы. 3. Формирование вариантов (или одно о варианта — что часто делают, если система отображена в виде иерархичесой стртры) представления системы. Второй этап можно представить следющими подэтапами: 1. Выбор подхода  оцене вариантов. 2. Выбор ритериев оцени и о раничений. 3. Проведение оцени. 4. Обработа резльтатов оцени. 5. Анализ полченных резльтатов и выбор наилчше о варианта (или орретирова варианта, если он был один). В настоящее время трдно привести примеры методи, в оторых все этапы были бы проработаны равноценно. Например, в за74

рбежных методиах (ПАТТЕРН, ПРОФИЛЕ, ППБ и др.), предназначенных, а правило, для анализа относительно хорошо стртрированных военно-техничесих проблем, обычно более детально проработаны методы проведения одно о этапа — этапа оцени и анализа стртры. Принятый обычно за основ при проведении второ о этапа метод эспертных оцено не все да (например, в области образования, медицины и др их проблем, связанных с человеом) дается реализовать на пратие. Поэтом перспетивным представляется сочетание эспертных оцено с оличественными. В принципе за основ при разработе методии системно о анализа можно взять этапы проведения любо о начно о исследования или этапы исследования и разработи, принятые в теории автоматичесо о правления. Однао специфичесой особенностью любой методии системно о анализа является то, что она должна опираться на понятие системы и использовать заономерности построения, фнционирования и развития систем. Здесь необходимо подчернть, что при пратичесом применении методи системно о анализа рассматривается следющее: часто после выполнения то о или ино о этапа (подэтапа) возниает необходимость возвратиться  предыдщем или еще более раннем этап, а ино да и повторить процедр системно о анализа полностью. Это проявление заономерности саморе лирования, самоор анизации, оторю при разработе методии можно читывать сознательно, ввести правила, определяющие, в аих слчаях необходим возврат  предыдщим этапам. Отметим таже, что методиа проведения системно о анализа и роводящие принципы не являются ниверсальными, аждое исследование имеет свои особенности и требет от исполнителей интиции, инициативы и воображения, чтобы правильно определить цели проета и добиться спеха в их достижении. Перейдем  формлированию последовательности работ по проведению системно о анализа. Ка же было отмечено, специалисты по системном анализ приводят различные схемы е о выполнению. Схемы проведения системно о анализа представляются в виде ал оритмов. То обстоятельство, что системный анализ оперирет не тольо формализованными, но и неформализованными процедрами не означает, что нельзя оворить об ал оритмах системно о анализа. Неодноратно имели место попыти создать достаточно общий, ниверсальный ал оритм системно о анализа. Тщательный анализ имеющихся в литератре ал оритмов поазывает, что они имеют большю степень общности в целом и различия в частностях, деталях. Далее изложим основные процедры ал оритма проведения системно о анализа, оторые являются обобщением последовательнос75

являются достаточно сложными. Поэтом перечисление этапов не может быть самоцелью. Пратиющем системотехни требется представлять методи выполнения аждо о из этапов. В данном разделе сосредоточим внимание на содержании и последовательности операций выполнения системно о анализа. Использование правильной методии арантирет исследователю, что он не бдет исать решения неверно поставленной задачи. Грамотное проведение системно о анализа предпреждает таже и возможность неверно о решения правильно поставленной задачи. Если исследовательсая рппа роводствовалась правильной методиой, то разработанные модели адеватны изчаемой проблеме и допстимы с точи зрения реализации вычислительно о процесса, выполняются о раничения на выделяемые средства и срои выполнения работ, а внедрение резльтатов системно о анализа осществляется валифицированно и эффетивно. В этом слчае работы по системном анализ дости ают цели. Методиа системно о анализа. Методии, реализющие принципы системно о анализа в онретных словиях, направлены на то, чтобы формализовать процесс исследования системы, процесс постави и решения проблемы. Методиа системно о анализа разрабатывается и применяется в тех слчаях, о да  исследователя нет достаточных сведений о системе, оторые позволили бы выбрать адеватный метод формализованно о представления системы. Общим для всех методи системно о анализа является формирование вариантов представления системы (процесса решения задачи) и выбор наилчше о варианта. Положив в основ методии системно о анализа эти два этапа, их затем можно разделить на подэтапы. Например, первый этап можно разделить следющим образом: 1. Отделение (или о раничение) системы от среды. 2. Выбор подхода  представлению системы. 3. Формирование вариантов (или одно о варианта — что часто делают, если система отображена в виде иерархичесой стртры) представления системы. Второй этап можно представить следющими подэтапами: 1. Выбор подхода  оцене вариантов. 2. Выбор ритериев оцени и о раничений. 3. Проведение оцени. 4. Обработа резльтатов оцени. 5. Анализ полченных резльтатов и выбор наилчше о варианта (или орретирова варианта, если он был один). В настоящее время трдно привести примеры методи, в оторых все этапы были бы проработаны равноценно. Например, в за74

рбежных методиах (ПАТТЕРН, ПРОФИЛЕ, ППБ и др.), предназначенных, а правило, для анализа относительно хорошо стртрированных военно-техничесих проблем, обычно более детально проработаны методы проведения одно о этапа — этапа оцени и анализа стртры. Принятый обычно за основ при проведении второ о этапа метод эспертных оцено не все да (например, в области образования, медицины и др их проблем, связанных с человеом) дается реализовать на пратие. Поэтом перспетивным представляется сочетание эспертных оцено с оличественными. В принципе за основ при разработе методии системно о анализа можно взять этапы проведения любо о начно о исследования или этапы исследования и разработи, принятые в теории автоматичесо о правления. Однао специфичесой особенностью любой методии системно о анализа является то, что она должна опираться на понятие системы и использовать заономерности построения, фнционирования и развития систем. Здесь необходимо подчернть, что при пратичесом применении методи системно о анализа рассматривается следющее: часто после выполнения то о или ино о этапа (подэтапа) возниает необходимость возвратиться  предыдщем или еще более раннем этап, а ино да и повторить процедр системно о анализа полностью. Это проявление заономерности саморе лирования, самоор анизации, оторю при разработе методии можно читывать сознательно, ввести правила, определяющие, в аих слчаях необходим возврат  предыдщим этапам. Отметим таже, что методиа проведения системно о анализа и роводящие принципы не являются ниверсальными, аждое исследование имеет свои особенности и требет от исполнителей интиции, инициативы и воображения, чтобы правильно определить цели проета и добиться спеха в их достижении. Перейдем  формлированию последовательности работ по проведению системно о анализа. Ка же было отмечено, специалисты по системном анализ приводят различные схемы е о выполнению. Схемы проведения системно о анализа представляются в виде ал оритмов. То обстоятельство, что системный анализ оперирет не тольо формализованными, но и неформализованными процедрами не означает, что нельзя оворить об ал оритмах системно о анализа. Неодноратно имели место попыти создать достаточно общий, ниверсальный ал оритм системно о анализа. Тщательный анализ имеющихся в литератре ал оритмов поазывает, что они имеют большю степень общности в целом и различия в частностях, деталях. Далее изложим основные процедры ал оритма проведения системно о анализа, оторые являются обобщением последовательнос75

ти этапов проведения системно о анализа и отражают общие заономерности проведения работ системно о анализа. При этом нельзя тверждать, что предла аемая схема работ по проведению системноо анализа является ниверсальной. Ал оритм является пра матичесой моделью деятельности. Было бы неправильно тверждать, что один ал оритм является более правильным, чем др ой, что реализация одно о из них является системным анализом, а др о о нет. Выбрав онретный ал оритм выполнения работ по системном анализ, необходимо следовать предписаниям именно данно о ал оритма. Если бы был выбран др ой ал оритм, то работы велись бы со ласно схеме действий, предписываемых моделью др о о алоритма. Следет заметить, что различные ал оритмы системно о анализа мо т быть взаимозависимыми. Та, ряд этапов мо т совпадать. С др ой стороны, в одних из них может деляться большее внимание одним вопросам, в др их расширенное решение находят др ие стороны. Соотношение ал оритмов проведения системно о анализа таое же, а ал оритмов про раммирования. Одна и та же, сажем, вычислительная задача может быть решена различными способами. Сществют различные численные методы реализации одних и тех же процедр, разная валифиация исполнителей, опыт работы, предпочтения в использовании тех или иных процедр, в онце онцов, сществют разные языи про раммирования. Естественно, что разные про раммисты реализют одн и т же вычислительню задач с помощью разных про рамм. Одна про рамма бдет изящна, др ая старомодна, но все они бдт решать одн и т же задач. Точно та же системный аналити может использовать тот или иной ал оритм системных исследований. Важно, чтобы все они позволяли решать задачи системно о анализа и приводили  достижению поставленной цели. Основные процедры системно о анализа следющие: — определение целей системно о анализа; — изчение стртры системы, анализ ее омпонентов, выявление взаимосвязей межд отдельными элементами; — сбор данных о фнционировании системы, исследование информационных потоов, наблюдения и эсперименты над анализиремой системой; — построение моделей; — провера адеватности моделей, анализ неопределенности и чвствительности; — исследование ресрсных возможностей; — формирование ритериев; — енерирование альтернатив; — реализация выбора и принятия решений; — внедрение резльтатов анализа. 76

3.4.2. Определение целей системноо анализа Формлирование проблемы. Для традиционных на начальный этап работы залючается в постанове формальной задачи, оторю надо решать. В исследовании сложной системы это промежточный резльтат, отором предшествет длительная работа по стртрированию исходной проблемы. Начальный пнт определения целей в системном анализе связан с формлированием проблемы. Здесь следет отметить следющю особенность задач системно о анализа. Необходимость системно о анализа возниает то да, о да заазчи же сформлировал свою проблем, то есть проблема не тольо сществет, но и требет решения. Однао системный аналити должен отдавать себе отчет в том, что сформлированная заазчиом проблема представляет собой приблизительный, рабочий вариант. Причины, по оторым исходню формлиров проблемы необходимо считать в ачестве перво о приближения, состоят в следющем. Система, для оторой формлирется цель проведения системно о анализа, не является изолированной. Она связана с др ими системами, входит а часть в состав неоторой надсистемы. Например, автоматизированная система правления отделом или цехом на предприятии является стртрной единицей АСУ все о предприятия, точно таже а АСУ предприятия имеет связи с отраслевой системой. Сама система, в свою очередь, состоит из подсистем. И поэтом, формлиря проблем для рассматриваемой системы, необходимо читывать, а решение данной проблемы отразится на системах, с оторыми связана данная система. Неизбежно планиремые изменения затронт и подсистемы, входящие в состав данной системы, и надсистем, содержащю данню систем. Таим образом,  любой реальной проблеме следет относиться не а  отдельно взятой, а а  объет из числа взаимосвязанных проблем. Др ая причина то о, что  сформлированной заазчиом проблеме следет относиться а  первоначальном рабочем вариант, состоит в том, что она (проблема) является е о рабочей моделью, е о вз лядом на проблемню ситацию. В реальной жизни необходимо читывать позиции всех заинтересованных сторон. Учет мнений всех заинтересованных сторон приводит  дополнениям, точнениям первоначально о варианта описанной проблемы. Следовательно, системное исследование проблемы должно начинаться с ее расширения до системы проблем, связанных с исследемой, без чета оторых она не может быть решена. Это расширение должно происходить а с четом связей 77

ти этапов проведения системно о анализа и отражают общие заономерности проведения работ системно о анализа. При этом нельзя тверждать, что предла аемая схема работ по проведению системноо анализа является ниверсальной. Ал оритм является пра матичесой моделью деятельности. Было бы неправильно тверждать, что один ал оритм является более правильным, чем др ой, что реализация одно о из них является системным анализом, а др о о нет. Выбрав онретный ал оритм выполнения работ по системном анализ, необходимо следовать предписаниям именно данно о ал оритма. Если бы был выбран др ой ал оритм, то работы велись бы со ласно схеме действий, предписываемых моделью др о о алоритма. Следет заметить, что различные ал оритмы системно о анализа мо т быть взаимозависимыми. Та, ряд этапов мо т совпадать. С др ой стороны, в одних из них может деляться большее внимание одним вопросам, в др их расширенное решение находят др ие стороны. Соотношение ал оритмов проведения системно о анализа таое же, а ал оритмов про раммирования. Одна и та же, сажем, вычислительная задача может быть решена различными способами. Сществют различные численные методы реализации одних и тех же процедр, разная валифиация исполнителей, опыт работы, предпочтения в использовании тех или иных процедр, в онце онцов, сществют разные языи про раммирования. Естественно, что разные про раммисты реализют одн и т же вычислительню задач с помощью разных про рамм. Одна про рамма бдет изящна, др ая старомодна, но все они бдт решать одн и т же задач. Точно та же системный аналити может использовать тот или иной ал оритм системных исследований. Важно, чтобы все они позволяли решать задачи системно о анализа и приводили  достижению поставленной цели. Основные процедры системно о анализа следющие: — определение целей системно о анализа; — изчение стртры системы, анализ ее омпонентов, выявление взаимосвязей межд отдельными элементами; — сбор данных о фнционировании системы, исследование информационных потоов, наблюдения и эсперименты над анализиремой системой; — построение моделей; — провера адеватности моделей, анализ неопределенности и чвствительности; — исследование ресрсных возможностей; — формирование ритериев; — енерирование альтернатив; — реализация выбора и принятия решений; — внедрение резльтатов анализа. 76

3.4.2. Определение целей системноо анализа Формлирование проблемы. Для традиционных на начальный этап работы залючается в постанове формальной задачи, оторю надо решать. В исследовании сложной системы это промежточный резльтат, отором предшествет длительная работа по стртрированию исходной проблемы. Начальный пнт определения целей в системном анализе связан с формлированием проблемы. Здесь следет отметить следющю особенность задач системно о анализа. Необходимость системно о анализа возниает то да, о да заазчи же сформлировал свою проблем, то есть проблема не тольо сществет, но и требет решения. Однао системный аналити должен отдавать себе отчет в том, что сформлированная заазчиом проблема представляет собой приблизительный, рабочий вариант. Причины, по оторым исходню формлиров проблемы необходимо считать в ачестве перво о приближения, состоят в следющем. Система, для оторой формлирется цель проведения системно о анализа, не является изолированной. Она связана с др ими системами, входит а часть в состав неоторой надсистемы. Например, автоматизированная система правления отделом или цехом на предприятии является стртрной единицей АСУ все о предприятия, точно таже а АСУ предприятия имеет связи с отраслевой системой. Сама система, в свою очередь, состоит из подсистем. И поэтом, формлиря проблем для рассматриваемой системы, необходимо читывать, а решение данной проблемы отразится на системах, с оторыми связана данная система. Неизбежно планиремые изменения затронт и подсистемы, входящие в состав данной системы, и надсистем, содержащю данню систем. Таим образом,  любой реальной проблеме следет относиться не а  отдельно взятой, а а  объет из числа взаимосвязанных проблем. Др ая причина то о, что  сформлированной заазчиом проблеме следет относиться а  первоначальном рабочем вариант, состоит в том, что она (проблема) является е о рабочей моделью, е о вз лядом на проблемню ситацию. В реальной жизни необходимо читывать позиции всех заинтересованных сторон. Учет мнений всех заинтересованных сторон приводит  дополнениям, точнениям первоначально о варианта описанной проблемы. Следовательно, системное исследование проблемы должно начинаться с ее расширения до системы проблем, связанных с исследемой, без чета оторых она не может быть решена. Это расширение должно происходить а с четом связей 77

данной системы с над- и подсистемами, та и с точи зрения  лбления данной проблемы, ее детализации. Для формлирования системы проблем необходимо сформировать перечень заинтересованных лиц, та или иначе связанных с работами по системном анализ. В данный перечень следет влючать, во-первых, лиента, оторый ставит проблем, заазывает и оплачивает системный анализ. Именно заазчи формлирет исходню проблем системно о анализа. Далее влючаются лица, принимающие решения, от полномочий оторых зависит решение проблемы. Необходимо читывать мнения ативных частниов решения проблемы, посоль на них ля т основные работы по реализации принятых решений. Следющий онтин ент — пассивные частнии, те, на ом сажтся последствия решения проблемы. На этапе формлирования проблемы необходимо читывать,  аим изменениям приведт внедрения мероприятий проведенно о системно о анализа и а это отразится на пассивных частниах. И, наонец, требется влючать в перечень само о системно о аналитиа и е о сотрдниов, лавным образом для то о, чтобы предсмотреть возможность минимизации е о влияния на остальных заинтересованных лиц. При формлировании системы проблем системный аналити должен следовать неоторым реомендациям. Во-первых, за основ должно браться мнение заазчиа. Ка правило, в ачестве таово о выстпает роводитель ор анизации, для оторой проводится системный анализ. Ка было отмечено выше, именно он енерирет исходню формлиров проблемы. Далее системный аналити, ознаомившись со сформлированной проблемой, должен яснить задачи, оторые были поставлены перед роводителем, о раничения и обстоятельства, влияющие на поведение роводителя, противоречивые цели, межд оторыми он старается найти омпромисс. Насольо это возможно, следет выяснить личные ачества роводителя, е о слонности и предбеждения. Далее системный аналити должен изчить ор анизацию, для оторой проводится системный анализ. Необходимо тщательно ознаомиться с сществющей иерархией правления, фнциями различных рпп, а таже предыдщими исследованиями соответствющих вопросов, если таовые проводились. Аналити должен воздерживаться от высазывания свое о предвзято о мнения о проблеме и от попыто втиснть ее в рами своих прежних представлений ради то о, чтобы использовать желательный для себя подход  ее решению. Наонец, аналити не должен оставлять непроверенными тверждения и замечания роводителя. Ка же отмечалось, проблем, сформлированню 78

роводителем, необходимо, во-первых, расширять до омплеса проблем, со ласованных с над- и подсистемами, и, во-вторых, со ласовывать ее со всеми заинтересованными лицами. Следет таже отметить, что аждая из заинтересованных сторон имеет свое видение проблемы, отношение  ней. Поэтом при формлировании омплеса проблем необходимо читывать, аие изменения и почем хочет внести та или др ая сторона. Кроме то о, проблем необходимо рассматривать всесторонне, в том числе и во временном, историчесом плане. Требется предвидеть, а сформлированные проблемы мо т измениться с течением времени или в связи с тем, что исследование заинтересет роводителей др о о ровня. Формлиря омплес проблем, системный аналити должен дать развернтю артин то о, то заинтересован в том или ином решении. Определение целей. После то о а сформлирована проблема, оторю требется преодолеть в ходе выполнения системно о анализа, переходят  определению цели. Определить цель системно о анализа — это означает ответить на вопрос, что надо сделать для снятия проблемы. Сформлировать цель — значит азать направление, в отором следет дви аться, чтобы разрешить сществющю проблем, поазать пти, оторые водят от сществющей проблемной ситации. Формлиря цель, требется все да отдавать отчет в том, что она имеет ативню роль в правлении. В определении было отражено, что цель — это желаемый резльтат развития системы. Таим образом, сформлированная цель системно о анализа бдет определять весь дальнейший омплес работ. Следовательно, цели должны быть реалистичными. Задание реалистичных целей направит всю деятельность по выполнению системно о анализа на полчение определенно о полезно о резльтата. Важно таже отметить, что представление о цели зависит от стадии познания объета, и по мере развития представлений о нем цель может переформлироваться. Изменение целей во времени может происходить не тольо по форме, в сил все лчше о понимания сти явлений, происходящих в исследемой системе, но и по содержанию, вследствие изменения объетивных словий и сбъетивных станово, влияющих на выбор целей. Срои изменения представлений о целях, старения целей различны и зависят от ровня иерархии рассмотрения объета. Цели более высоих ровней дол овечнее. Динамичность целей должна читываться в системном анализе. При формлировании цели нжно читывать, что на нее оазывают влияние а внешние по отношению  системе фаторы, та и внтренние фаторы. При этом внтренние фаторы явля79

данной системы с над- и подсистемами, та и с точи зрения  лбления данной проблемы, ее детализации. Для формлирования системы проблем необходимо сформировать перечень заинтересованных лиц, та или иначе связанных с работами по системном анализ. В данный перечень следет влючать, во-первых, лиента, оторый ставит проблем, заазывает и оплачивает системный анализ. Именно заазчи формлирет исходню проблем системно о анализа. Далее влючаются лица, принимающие решения, от полномочий оторых зависит решение проблемы. Необходимо читывать мнения ативных частниов решения проблемы, посоль на них ля т основные работы по реализации принятых решений. Следющий онтин ент — пассивные частнии, те, на ом сажтся последствия решения проблемы. На этапе формлирования проблемы необходимо читывать,  аим изменениям приведт внедрения мероприятий проведенно о системно о анализа и а это отразится на пассивных частниах. И, наонец, требется влючать в перечень само о системно о аналитиа и е о сотрдниов, лавным образом для то о, чтобы предсмотреть возможность минимизации е о влияния на остальных заинтересованных лиц. При формлировании системы проблем системный аналити должен следовать неоторым реомендациям. Во-первых, за основ должно браться мнение заазчиа. Ка правило, в ачестве таово о выстпает роводитель ор анизации, для оторой проводится системный анализ. Ка было отмечено выше, именно он енерирет исходню формлиров проблемы. Далее системный аналити, ознаомившись со сформлированной проблемой, должен яснить задачи, оторые были поставлены перед роводителем, о раничения и обстоятельства, влияющие на поведение роводителя, противоречивые цели, межд оторыми он старается найти омпромисс. Насольо это возможно, следет выяснить личные ачества роводителя, е о слонности и предбеждения. Далее системный аналити должен изчить ор анизацию, для оторой проводится системный анализ. Необходимо тщательно ознаомиться с сществющей иерархией правления, фнциями различных рпп, а таже предыдщими исследованиями соответствющих вопросов, если таовые проводились. Аналити должен воздерживаться от высазывания свое о предвзято о мнения о проблеме и от попыто втиснть ее в рами своих прежних представлений ради то о, чтобы использовать желательный для себя подход  ее решению. Наонец, аналити не должен оставлять непроверенными тверждения и замечания роводителя. Ка же отмечалось, проблем, сформлированню 78

роводителем, необходимо, во-первых, расширять до омплеса проблем, со ласованных с над- и подсистемами, и, во-вторых, со ласовывать ее со всеми заинтересованными лицами. Следет таже отметить, что аждая из заинтересованных сторон имеет свое видение проблемы, отношение  ней. Поэтом при формлировании омплеса проблем необходимо читывать, аие изменения и почем хочет внести та или др ая сторона. Кроме то о, проблем необходимо рассматривать всесторонне, в том числе и во временном, историчесом плане. Требется предвидеть, а сформлированные проблемы мо т измениться с течением времени или в связи с тем, что исследование заинтересет роводителей др о о ровня. Формлиря омплес проблем, системный аналити должен дать развернтю артин то о, то заинтересован в том или ином решении. Определение целей. После то о а сформлирована проблема, оторю требется преодолеть в ходе выполнения системно о анализа, переходят  определению цели. Определить цель системно о анализа — это означает ответить на вопрос, что надо сделать для снятия проблемы. Сформлировать цель — значит азать направление, в отором следет дви аться, чтобы разрешить сществющю проблем, поазать пти, оторые водят от сществющей проблемной ситации. Формлиря цель, требется все да отдавать отчет в том, что она имеет ативню роль в правлении. В определении было отражено, что цель — это желаемый резльтат развития системы. Таим образом, сформлированная цель системно о анализа бдет определять весь дальнейший омплес работ. Следовательно, цели должны быть реалистичными. Задание реалистичных целей направит всю деятельность по выполнению системно о анализа на полчение определенно о полезно о резльтата. Важно таже отметить, что представление о цели зависит от стадии познания объета, и по мере развития представлений о нем цель может переформлироваться. Изменение целей во времени может происходить не тольо по форме, в сил все лчше о понимания сти явлений, происходящих в исследемой системе, но и по содержанию, вследствие изменения объетивных словий и сбъетивных станово, влияющих на выбор целей. Срои изменения представлений о целях, старения целей различны и зависят от ровня иерархии рассмотрения объета. Цели более высоих ровней дол овечнее. Динамичность целей должна читываться в системном анализе. При формлировании цели нжно читывать, что на нее оазывают влияние а внешние по отношению  системе фаторы, та и внтренние фаторы. При этом внтренние фаторы явля79

ются таими же объетивно влияющими на процесс формирования цели фаторами, а и внешние. Далее следет отметить, что даже на самом верхнем ровне иерархии системы имеет место множественность целей. Анализиря проблем, необходимо читывать цели всех заинтересованных сторон. Среди множества целей желательно попытаться найти или сформировать лобальню цель. Если это о сделать не дается, то следет проранжировать цели в поряде их предпочтения для снятия проблемы в анализиремой системе. Исследование целей заинтересованных в проблеме лиц должно предсматривать возможность их точнения, расширения или даже замены. Это обстоятельство является основной причиной итеративности системно о анализа. На выбор целей сбъета решающее влияние оазывает та система ценностей, оторой он придерживается. Поэтом при формировании целей необходимым этапом работ является выявление системы ценностей, оторой придерживается лицо, принимающее решение. Та, например, различают техноратичесю и манистичесю системы ценностей. Со ласно первой системе природа провоз лашается а источни неисчерпаемых ресрсов, челове — царь природы. Всем известен тезис Мичрина: «Мы не можем ждать милостей от природы. Взять их  нее — наша задача». Гманистичесая система ценностей оворит о том, что природные ресрсы о раничены, что челове должен жить в армонии с природой и т. д. Подробный анализ этих систем ценностей выполнен В.П. Зинчено (1988 .). Пратиа развития человечесо о общества поазывает, что следование техноратичесой системе ценностей приводит  па бным последствиям. С др ой стороны, полный отаз от техноратичесих ценностей тоже не имеет оправдания. Необходимо не противопоставлять эти системы, а размно дополнять их и формлировать цели развития системы с четом обеих систем ценностей.

3.4.3. Анализ стртры системы Любая задача системно о анализа начинается с построения модели исследемой системы. Для решения задачи построения модели необходимо вначале произвести изчение стртры системы, выполнить анализ ее омпонентов, выявить взаимосвязи межд отдельными элементами. Чтобы обоснованно проводить анализ стртры системы, необходимо рассмотреть ряд понятий и определений, харатеризющих строение и фнционирование системы. Стртра отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее стройство, строение. 80

При описании системы недостаточно перечислить элементы, из оторых она состоит. Требется отобразить систем птем расчленения ее на подсистемы, омпоненты и элементы и поазать, аим птем обеспечивается в объете выполнение поставленной цели. Для выполнения таой процедры и вводят понятие стртры. Таим образом, стртра отражает наиболее сщественные взаимоотношения межд элементами и их рппами, оторые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают сществование системы и ее основных свойств. Стртра харатеризет ор анизованность системы, стойчивю порядоченность ее элементов и связей. Стртра системы — состав системы и схема связей межд ее элементами. Понятие стртры можно определить следющим образом: совопность отношений, заданных на множестве подсистем и элементов, образющих неоторю систем, называется стртрой этой системы. Следющее понятие, оторое бдем рассматривать, — связь. Данное понятие входит в любое определение системы наряд с понятием элемент и обеспечивает возниновение и сохранение стртры и целостных свойств системы. Понятие «связь» харатеризет одновременно и статичесое строение системы, и динамичесое ее поведение. Связь определяют а о раничение степени свободы элементов. Связь харатеризется направлением, силой и харатером. По первом призна связи делят на направленные и ненаправленные. По втором призна различают сильные и слабые связи. По харатер выделяют связи подчинения, равноправные, енетичесие, связи правления. Различают таже связи по направленности процессов — прямые и обратные. Обратные связи мо т быть положительными, сохраняющими тенденции происходящих в системе изменений то о или ино о параметра, и отрицательными — противодействющими тенденциям изменения выходно о параметра. Обратная связь направлена на сохранение, стабилизацию требемо о значения параметра. Обратная связь является основой приспособления систем  изменяющимся словиям сществования, основой саморе лирования и развития систем. Следющее понятие — цель системы — важное понятие, лежащее в основе развития систем. Цели системы — желательные состояния или резльтаты поведения системы. Глобальная цель системы — онечное состояние,  отором стремится система в сил своей стртрной ор анизации. Цель можно таже определить следющим образом: цель — это сбъетивный образ (абстратная модель) несществюще о, но желаемо о состояния среды, оторое решило бы вознишю проблем. В пратичесих применениях цель — это идеальное стремление, оторое позволяет оллетив видеть перспетивы или реальные возможности, 81

ются таими же объетивно влияющими на процесс формирования цели фаторами, а и внешние. Далее следет отметить, что даже на самом верхнем ровне иерархии системы имеет место множественность целей. Анализиря проблем, необходимо читывать цели всех заинтересованных сторон. Среди множества целей желательно попытаться найти или сформировать лобальню цель. Если это о сделать не дается, то следет проранжировать цели в поряде их предпочтения для снятия проблемы в анализиремой системе. Исследование целей заинтересованных в проблеме лиц должно предсматривать возможность их точнения, расширения или даже замены. Это обстоятельство является основной причиной итеративности системно о анализа. На выбор целей сбъета решающее влияние оазывает та система ценностей, оторой он придерживается. Поэтом при формировании целей необходимым этапом работ является выявление системы ценностей, оторой придерживается лицо, принимающее решение. Та, например, различают техноратичесю и манистичесю системы ценностей. Со ласно первой системе природа провоз лашается а источни неисчерпаемых ресрсов, челове — царь природы. Всем известен тезис Мичрина: «Мы не можем ждать милостей от природы. Взять их  нее — наша задача». Гманистичесая система ценностей оворит о том, что природные ресрсы о раничены, что челове должен жить в армонии с природой и т. д. Подробный анализ этих систем ценностей выполнен В.П. Зинчено (1988 .). Пратиа развития человечесо о общества поазывает, что следование техноратичесой системе ценностей приводит  па бным последствиям. С др ой стороны, полный отаз от техноратичесих ценностей тоже не имеет оправдания. Необходимо не противопоставлять эти системы, а размно дополнять их и формлировать цели развития системы с четом обеих систем ценностей.

3.4.3. Анализ стртры системы Любая задача системно о анализа начинается с построения модели исследемой системы. Для решения задачи построения модели необходимо вначале произвести изчение стртры системы, выполнить анализ ее омпонентов, выявить взаимосвязи межд отдельными элементами. Чтобы обоснованно проводить анализ стртры системы, необходимо рассмотреть ряд понятий и определений, харатеризющих строение и фнционирование системы. Стртра отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее стройство, строение. 80

При описании системы недостаточно перечислить элементы, из оторых она состоит. Требется отобразить систем птем расчленения ее на подсистемы, омпоненты и элементы и поазать, аим птем обеспечивается в объете выполнение поставленной цели. Для выполнения таой процедры и вводят понятие стртры. Таим образом, стртра отражает наиболее сщественные взаимоотношения межд элементами и их рппами, оторые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают сществование системы и ее основных свойств. Стртра харатеризет ор анизованность системы, стойчивю порядоченность ее элементов и связей. Стртра системы — состав системы и схема связей межд ее элементами. Понятие стртры можно определить следющим образом: совопность отношений, заданных на множестве подсистем и элементов, образющих неоторю систем, называется стртрой этой системы. Следющее понятие, оторое бдем рассматривать, — связь. Данное понятие входит в любое определение системы наряд с понятием элемент и обеспечивает возниновение и сохранение стртры и целостных свойств системы. Понятие «связь» харатеризет одновременно и статичесое строение системы, и динамичесое ее поведение. Связь определяют а о раничение степени свободы элементов. Связь харатеризется направлением, силой и харатером. По первом призна связи делят на направленные и ненаправленные. По втором призна различают сильные и слабые связи. По харатер выделяют связи подчинения, равноправные, енетичесие, связи правления. Различают таже связи по направленности процессов — прямые и обратные. Обратные связи мо т быть положительными, сохраняющими тенденции происходящих в системе изменений то о или ино о параметра, и отрицательными — противодействющими тенденциям изменения выходно о параметра. Обратная связь направлена на сохранение, стабилизацию требемо о значения параметра. Обратная связь является основой приспособления систем  изменяющимся словиям сществования, основой саморе лирования и развития систем. Следющее понятие — цель системы — важное понятие, лежащее в основе развития систем. Цели системы — желательные состояния или резльтаты поведения системы. Глобальная цель системы — онечное состояние,  отором стремится система в сил своей стртрной ор анизации. Цель можно таже определить следющим образом: цель — это сбъетивный образ (абстратная модель) несществюще о, но желаемо о состояния среды, оторое решило бы вознишю проблем. В пратичесих применениях цель — это идеальное стремление, оторое позволяет оллетив видеть перспетивы или реальные возможности, 81

обеспечивающие своевременное завершение очередно о этапа на пти  идеальным стремлениям. Цель дости ается птем решения задач. Задачи системы — цели, оторые желательно достичь  определенном момент времени в пределах определенно о периода фнционирования системы. Для описания системы создается ее модель. Модель — это отражение стртры системы, ее элементов и взаимосвязей направленное на отображение определенной рппы свойств. Создание модели системы позволяет предсазывать ее поведение в определенном диапазоне словий. Формы представления стртр. Стртрные представления являются средством исследования систем. Одн и т же систем можно представить различными стртрами, необходимый выбор оторых обсловлен содержанием исследований, проводимых на данном этапе. Принятый способ описания стртр — рафичесое изображение. В таом рафе элементы, омпоненты, подсистемы и прочие объеты системы отображаются в виде вершин рафа, связи межд объетами представляют в виде д . Рассмотрим основные способы представления стртр. Сетевые стртры представляют отображение взаимосвязи объетов межд собой. Их применяют для представления ор анизационных стртр, для изображения стртрных схем систем, для представления информационно о обеспечения и т. д. С помощью сетевых стртр отображаются пространственные взаимосвязи межд элементами, а правило, одно о иерархичесо о ровня. Примером сетевой стртры может слжить стртрная схема ЭВМ (рис 3.1), элементами оторой являются

ÓBв

ÀËÓ

ÂÇÓ

ÎÇÓ

стройство ввода информации, оперативное запоминающее стройство, внешнее запоминающее стройство, арифметио-ло ичесое стройство, стройство вывода информации, стройство правления и пр. На рисне стрелами поазаны связи межд элементами. Различают следющие виды сетевых стртр. Линейные стртры со стро о порядоченным взаимоотношением элементов «один  одном». Примером линейной стртры может слжить схема одно о из аналов (любо о) аварийной защиты энер облоа ядерной энер етичесой станови (ЯЭУ). Каналы строятся по принцип линейно о соединения рппы стройств: датчи — бло питания — вторичный прибор, ре истрирющий информацию с датчиа (рис. 3.2). Древовидная стртра представляет собой объединение мноих линейных подстртр. Примером может слжить схема подсистемы аварийной защиты энер облоа ЯЭУ. Подсистема состоит из рппы однотипных аналов, аждый из оторых дблирет работ др их (рис 3.3). Кольцевая стртра (циличесая) имеет замнтые онтры в соответствющих рафах. С помощью циличесих стртр изображаются схемы цирляции информации в системах. Обобщенная сетевая стртра харатеризется мно очисленными межэлементными связями. Иерархичесие стртры представляют собой деомпозицию системы в пространстве. Применяются, прежде все о, для описания подчиненности элементов в стртрах правления. Термин иерархия означает соподчиненность, порядо подчинения низших по должности лиц высшим. В настоящее время онцепция ÊÍÊ

ÓÓ

ÏÓ

ÁÏ

ÓÇÑ

Рис. 3.2. Схема анала аварийной защиты энер,обло а ЯЭУ: КНК — амера нейтронная омпенсирющая (датчи нейтронно(о потоа), БП — бло питания, УЗС — стройство защиты по сорости нарастания мощности (вторичный прибор)

ÓВыв

Рис. 3.1. Упрощенная стр трная схема ЭВМ: УВв — стройство ввода информации, ВЗУ — внешнее запоминающее стройство, АЛУ — арифметио-ло(ичесое стройство, ОЗУ — оперативное запоминающее стройство, УУ — стройство правления, ПУ — пльт правления, УВыв — стройство вывода информации

82

ÊÍÊ

ÁÏ

ÓÇÑ

ÊÍÊ

ÁÏ

ÓÇÑ

Ñõåìà ëîãèêè

Рис. 3.3. Схема подсистемы аварийной защиты энер,обло а ЯЭУ: схема ло(ии — ло(ичесая схема выработи си(нала аварийной защиты

83

обеспечивающие своевременное завершение очередно о этапа на пти  идеальным стремлениям. Цель дости ается птем решения задач. Задачи системы — цели, оторые желательно достичь  определенном момент времени в пределах определенно о периода фнционирования системы. Для описания системы создается ее модель. Модель — это отражение стртры системы, ее элементов и взаимосвязей направленное на отображение определенной рппы свойств. Создание модели системы позволяет предсазывать ее поведение в определенном диапазоне словий. Формы представления стртр. Стртрные представления являются средством исследования систем. Одн и т же систем можно представить различными стртрами, необходимый выбор оторых обсловлен содержанием исследований, проводимых на данном этапе. Принятый способ описания стртр — рафичесое изображение. В таом рафе элементы, омпоненты, подсистемы и прочие объеты системы отображаются в виде вершин рафа, связи межд объетами представляют в виде д . Рассмотрим основные способы представления стртр. Сетевые стртры представляют отображение взаимосвязи объетов межд собой. Их применяют для представления ор анизационных стртр, для изображения стртрных схем систем, для представления информационно о обеспечения и т. д. С помощью сетевых стртр отображаются пространственные взаимосвязи межд элементами, а правило, одно о иерархичесо о ровня. Примером сетевой стртры может слжить стртрная схема ЭВМ (рис 3.1), элементами оторой являются

ÓBв

ÀËÓ

ÂÇÓ

ÎÇÓ

стройство ввода информации, оперативное запоминающее стройство, внешнее запоминающее стройство, арифметио-ло ичесое стройство, стройство вывода информации, стройство правления и пр. На рисне стрелами поазаны связи межд элементами. Различают следющие виды сетевых стртр. Линейные стртры со стро о порядоченным взаимоотношением элементов «один  одном». Примером линейной стртры может слжить схема одно о из аналов (любо о) аварийной защиты энер облоа ядерной энер етичесой станови (ЯЭУ). Каналы строятся по принцип линейно о соединения рппы стройств: датчи — бло питания — вторичный прибор, ре истрирющий информацию с датчиа (рис. 3.2). Древовидная стртра представляет собой объединение мноих линейных подстртр. Примером может слжить схема подсистемы аварийной защиты энер облоа ЯЭУ. Подсистема состоит из рппы однотипных аналов, аждый из оторых дблирет работ др их (рис 3.3). Кольцевая стртра (циличесая) имеет замнтые онтры в соответствющих рафах. С помощью циличесих стртр изображаются схемы цирляции информации в системах. Обобщенная сетевая стртра харатеризется мно очисленными межэлементными связями. Иерархичесие стртры представляют собой деомпозицию системы в пространстве. Применяются, прежде все о, для описания подчиненности элементов в стртрах правления. Термин иерархия означает соподчиненность, порядо подчинения низших по должности лиц высшим. В настоящее время онцепция ÊÍÊ

ÓÓ

ÏÓ

ÁÏ

ÓÇÑ

Рис. 3.2. Схема анала аварийной защиты энер,обло а ЯЭУ: КНК — амера нейтронная омпенсирющая (датчи нейтронно(о потоа), БП — бло питания, УЗС — стройство защиты по сорости нарастания мощности (вторичный прибор)

ÓВыв

Рис. 3.1. Упрощенная стр трная схема ЭВМ: УВв — стройство ввода информации, ВЗУ — внешнее запоминающее стройство, АЛУ — арифметио-ло(ичесое стройство, ОЗУ — оперативное запоминающее стройство, УУ — стройство правления, ПУ — пльт правления, УВыв — стройство вывода информации

82

ÊÍÊ

ÁÏ

ÓÇÑ

ÊÍÊ

ÁÏ

ÓÇÑ

Ñõåìà ëîãèêè

Рис. 3.3. Схема подсистемы аварийной защиты энер,обло а ЯЭУ: схема ло(ии — ло(ичесая схема выработи си(нала аварийной защиты

83

Öåíòðàëüíûé ïðîöåññîð Àðèôìåòèêî-ëîãè÷åñêîå óñòðîéñòâî Ðåãèñòðîâàÿ ïàìÿòü

Ðåãèñòð ôëàãîâ

Âûïîëíÿåìàÿ îïåðàöèÿ

Óñòðîéñòâî óïðàâëåíèÿ Ïðîãðàììíûé ñ÷åò÷èê

Ðåãèñòð àäðåñà

Ðåãèñòð êîìàíäû

Ãåíåðàòîð òàêòîâîé ÷àñòîòû

Ïóëüò óïðàâëåíèÿ

Рис. 3.4. Фра,мент схемы ЭВМ

иерархии распространена на любой со ласованный по подчиненности порядо объетов. В иерархичесих стртрах важно лишь выделение ровней соподчиненности, а межд ровнями и межд омпонентами в пределах ровня, в принципе, мо т быть любые взаимоотношения. Примером применения иерархичесой стртры может слжить изображение схемы ЭВМ с детализацией на аждом новом ровне иерархии (рис 3.4). Таим образом, рассмотрены основные понятия, с помощью оторых осществляется решение задачи анализа системы. Для решения задачи в том виде, в отором она была сформлирована в п. 3.4.1, на данном этапе необходимо произвести изчение стртры системы, анализ ее омпонентов, выявление взаимосвязей межд отдельными элементами, т. е. осществить стртрню деомпозицию системы. Основное содержание процедр, выполняемых на данном этапе, состоит в том, чтобы под отовить информацию  проведению работ по построению модели системы.

3.4.4. Сбор данных о фнционировании системы Решение задачи, сформлированной в предыдщем пара рафе, а именно: изчение стртры системы, анализ ее омпонентов, выявление взаимосвязей межд отдельными элементами, — преследет цель отразить статичесое состояние системы. Однао при проведении системно о анализа исследователя интересют вопросы, асающиеся изчения свойств системы. Свойства системы реализются в процессе ее фнционирования, т. е. в процессе динамичесо о поведения системы. Чтобы построить модель системы, оторая имела бы возможность отражать свойства и харатеристии системы, реализющиеся в процессе ее фнционирования во времени, необходимо, помимо стртры 84

системы, знать ее параметры. Поэтом следющим этапом работ при проведении системно о анализа является сбор данных о фнционировании системы и исследование информационных потоов. Основное содержание данно о этапа состоит в идентифиации параметров системы с целью последюще о влючения их в модель. Этот этап связан с определением числовых значений параметров системы в режиме ее фнционирования. Параметры системы подразделяются на внтренние и внешние. Внешние параметры системы — харатеристии фнционирования системы, слжащие поазателями ачества ее работы а едино о цело о. В ачестве примера внешних параметров рассмотрим параметры автоматизированной системы. К таовым относятся: — общая производительность системы по обработе данных; — объем передаваемой информации; — достоверность выходной эспериментальной информации; — точность полчения резльтатов (для информации, заданной оличественно); — оличественные харатеристии надежности системы; — объем использемой в системе аппаратры (объем памяти, оличество преобразователей формы информации, оличество внешних стройств и т. д.); — время задержи с момента постпления в систем исходных данных до момента выдачи оончательных резльтатов (во время решения определенной задачи); — стоимость системы (с четом разработи математичесо о обеспечения); — поазатели добства системы в эсплатации (наличие элементов «психоло ичесо о омфорта») и др. Внтренние параметры системы — харатеристии, поазывающие особенности техничесих решений, принятых при ор анизации системы в целом и отдельных техничесих средств, входящих в состав системы, а таже в совопности влияющие на значения внешних параметров системы. Примерами внтренних параметров автоматизированных систем являются: — вид и харатеристии си налов для представления информации в системе, в аналах связи — при обмене информацией межд отдельными звеньями системы; — способ одирования информации; вид приоритетности при приеме и обработе информации от различных источниов; — способ ор анизации про раммы-диспетчера; — быстродействие отдельных элементов и т. д. 85

Öåíòðàëüíûé ïðîöåññîð Àðèôìåòèêî-ëîãè÷åñêîå óñòðîéñòâî Ðåãèñòðîâàÿ ïàìÿòü

Ðåãèñòð ôëàãîâ

Âûïîëíÿåìàÿ îïåðàöèÿ

Óñòðîéñòâî óïðàâëåíèÿ Ïðîãðàììíûé ñ÷åò÷èê

Ðåãèñòð àäðåñà

Ðåãèñòð êîìàíäû

Ãåíåðàòîð òàêòîâîé ÷àñòîòû

Ïóëüò óïðàâëåíèÿ

Рис. 3.4. Фра,мент схемы ЭВМ

иерархии распространена на любой со ласованный по подчиненности порядо объетов. В иерархичесих стртрах важно лишь выделение ровней соподчиненности, а межд ровнями и межд омпонентами в пределах ровня, в принципе, мо т быть любые взаимоотношения. Примером применения иерархичесой стртры может слжить изображение схемы ЭВМ с детализацией на аждом новом ровне иерархии (рис 3.4). Таим образом, рассмотрены основные понятия, с помощью оторых осществляется решение задачи анализа системы. Для решения задачи в том виде, в отором она была сформлирована в п. 3.4.1, на данном этапе необходимо произвести изчение стртры системы, анализ ее омпонентов, выявление взаимосвязей межд отдельными элементами, т. е. осществить стртрню деомпозицию системы. Основное содержание процедр, выполняемых на данном этапе, состоит в том, чтобы под отовить информацию  проведению работ по построению модели системы.

3.4.4. Сбор данных о фнционировании системы Решение задачи, сформлированной в предыдщем пара рафе, а именно: изчение стртры системы, анализ ее омпонентов, выявление взаимосвязей межд отдельными элементами, — преследет цель отразить статичесое состояние системы. Однао при проведении системно о анализа исследователя интересют вопросы, асающиеся изчения свойств системы. Свойства системы реализются в процессе ее фнционирования, т. е. в процессе динамичесо о поведения системы. Чтобы построить модель системы, оторая имела бы возможность отражать свойства и харатеристии системы, реализющиеся в процессе ее фнционирования во времени, необходимо, помимо стртры 84

системы, знать ее параметры. Поэтом следющим этапом работ при проведении системно о анализа является сбор данных о фнционировании системы и исследование информационных потоов. Основное содержание данно о этапа состоит в идентифиации параметров системы с целью последюще о влючения их в модель. Этот этап связан с определением числовых значений параметров системы в режиме ее фнционирования. Параметры системы подразделяются на внтренние и внешние. Внешние параметры системы — харатеристии фнционирования системы, слжащие поазателями ачества ее работы а едино о цело о. В ачестве примера внешних параметров рассмотрим параметры автоматизированной системы. К таовым относятся: — общая производительность системы по обработе данных; — объем передаваемой информации; — достоверность выходной эспериментальной информации; — точность полчения резльтатов (для информации, заданной оличественно); — оличественные харатеристии надежности системы; — объем использемой в системе аппаратры (объем памяти, оличество преобразователей формы информации, оличество внешних стройств и т. д.); — время задержи с момента постпления в систем исходных данных до момента выдачи оончательных резльтатов (во время решения определенной задачи); — стоимость системы (с четом разработи математичесо о обеспечения); — поазатели добства системы в эсплатации (наличие элементов «психоло ичесо о омфорта») и др. Внтренние параметры системы — харатеристии, поазывающие особенности техничесих решений, принятых при ор анизации системы в целом и отдельных техничесих средств, входящих в состав системы, а таже в совопности влияющие на значения внешних параметров системы. Примерами внтренних параметров автоматизированных систем являются: — вид и харатеристии си налов для представления информации в системе, в аналах связи — при обмене информацией межд отдельными звеньями системы; — способ одирования информации; вид приоритетности при приеме и обработе информации от различных источниов; — способ ор анизации про раммы-диспетчера; — быстродействие отдельных элементов и т. д. 85

О раничения, наладываемые на внтренние параметры, связаны с онечностью распространения элетрома нитных волн, с онечностью возможных типов использемых блоов и элементов аппаратры системы, с дисретностью числа ячее запоминающих стройств и т. д. Разделение на внешние и внтренние параметры весьма словно. Обычно  внешним относят те параметры, на оторые задаются о раничения, определяемые назначением системы или вызванные словиями ее фнционирования. При описании параметров системы определению подлежат: идентифиатор параметра, единицы измерения, диапазон изменения, ачественные харатеристии (однозначный — мно означный, ре лиремый — не ре лиремый), место применения в модели. Параметры отражают свойства системы. Одни из них определить достаточно просто. Например, таие параметры, а объем памяти, оличество внешних стройств, стоимость системы, способ одирования информации, вид приоритетности, при приеме и обработе информации от различных источниов можно полчить на основании изчения доментации на систем. Др ие же параметры определяются опосредованно, на основании обработи информации, полченной в резльтате наблюдений за работой системы. К таим параметрам относятся параметры, харатеризющие надежность системы, ачество фнционирования, точность полчения оличественных резльтатов и т. п. Наблюдения с целью сбора данных мо т проводиться в процессе фнционирования системы, либо же для сбора данных ор анизются специальные эспериментальные исследования. В таом слчае оворят, что данные полчены в резльтате пассивно о эсперимента. Во втором слчае имеет место ативный эсперимент. Ативный эсперимент проводится по специально составленном план с использованием методов планирования эсперимента. При этом предсматривается возможность изменения входных параметров, влияющих на процесс фнционирования системы. Исследется изменение выходных параметров системы в зависимости от ровней входных параметров. Резльтаты испытаний фисирются с помощью измерений, т. е. изображения резльтатов опыта в виде символов, номеров или чисел. Измерение — это ал оритмичесая операция, оторая данном наблюдаемом состоянию системы или процесса ставит в соответствие определенное обозначение: число, номер или символ. Таое соответствие обеспечивает то, что резльтаты измерений содержат информацию об исследемой системе. Требемая информация в виде оцено параметров полчается птем преобразования резльтатов измерения, или, а еще оворят, с помощью обработи эспериментальных данных. 86

Современное понимание измерений сщественно шире тольо оличественных измерений. Есть наблюдаемые явления, в принципе не допсающие числовой меры, но оторые можно фисировать в «слабых» шалах, и эти резльтаты читывают в моделях, полчая ачественные, но вполне начные выводы. Расплывчатость неоторых наблюдений признана их неотъемлемым свойством, отором придана стро ая математичесая форма, и разработан формальный аппарат работы с таими наблюдениями. По решности измерений таже являются неотъемлемым, естественным и неизбежным свойством процесса измерения. Причинами это о являются наличие неопределенностей в процессе наблюдения, вантование резльтатов измерения, шмы аппаратры и т. д. Широое распространение полчили статистичесие измерения, т. е. оценивание фнционалов распределения вероятностей по зафисированным наблюдениям значений реализации слчайно о процесса. Этот ласс измерений имеет особое значение потом, что большое число входных и выходных поазателей реализется в виде слчайных величин.

3.4.5. Исследование информационных потоов В слчае, о да анализирют социотехничесие системы (оранизационные, человео-машинные, автоматизированные), помимо определения параметров системы для построения модели важное значение приобретают вопросы исследования информационных потоов, цирлирющих в системе. Анализ информационных потоов позволяет выявить схем работы объетов правления, обеспечивает информационное отображение объета правления, взаимосвязь межд е о элементами, стртр и динами информационных потоов. Изчаются формы доментов и недоментированных сообщений. В процессе изчения информационных потоов анализирются следющие рппы доментов: 1. Официальные положения и инстрции, ре ламентирющие фнции подразделений и определяющие срои и процедры обработи информации и принятия решений. 2. Входные доменты, источнии оторых находятся вне системы. 3. Систематичеси обновляемые записи в виде артоте или ни , использемые в процессе работы. 4. Промежточные доменты, полчаемые и использемые в процессе обработи данных. 5. Выходные доменты. 87

О раничения, наладываемые на внтренние параметры, связаны с онечностью распространения элетрома нитных волн, с онечностью возможных типов использемых блоов и элементов аппаратры системы, с дисретностью числа ячее запоминающих стройств и т. д. Разделение на внешние и внтренние параметры весьма словно. Обычно  внешним относят те параметры, на оторые задаются о раничения, определяемые назначением системы или вызванные словиями ее фнционирования. При описании параметров системы определению подлежат: идентифиатор параметра, единицы измерения, диапазон изменения, ачественные харатеристии (однозначный — мно означный, ре лиремый — не ре лиремый), место применения в модели. Параметры отражают свойства системы. Одни из них определить достаточно просто. Например, таие параметры, а объем памяти, оличество внешних стройств, стоимость системы, способ одирования информации, вид приоритетности, при приеме и обработе информации от различных источниов можно полчить на основании изчения доментации на систем. Др ие же параметры определяются опосредованно, на основании обработи информации, полченной в резльтате наблюдений за работой системы. К таим параметрам относятся параметры, харатеризющие надежность системы, ачество фнционирования, точность полчения оличественных резльтатов и т. п. Наблюдения с целью сбора данных мо т проводиться в процессе фнционирования системы, либо же для сбора данных ор анизются специальные эспериментальные исследования. В таом слчае оворят, что данные полчены в резльтате пассивно о эсперимента. Во втором слчае имеет место ативный эсперимент. Ативный эсперимент проводится по специально составленном план с использованием методов планирования эсперимента. При этом предсматривается возможность изменения входных параметров, влияющих на процесс фнционирования системы. Исследется изменение выходных параметров системы в зависимости от ровней входных параметров. Резльтаты испытаний фисирются с помощью измерений, т. е. изображения резльтатов опыта в виде символов, номеров или чисел. Измерение — это ал оритмичесая операция, оторая данном наблюдаемом состоянию системы или процесса ставит в соответствие определенное обозначение: число, номер или символ. Таое соответствие обеспечивает то, что резльтаты измерений содержат информацию об исследемой системе. Требемая информация в виде оцено параметров полчается птем преобразования резльтатов измерения, или, а еще оворят, с помощью обработи эспериментальных данных. 86

Современное понимание измерений сщественно шире тольо оличественных измерений. Есть наблюдаемые явления, в принципе не допсающие числовой меры, но оторые можно фисировать в «слабых» шалах, и эти резльтаты читывают в моделях, полчая ачественные, но вполне начные выводы. Расплывчатость неоторых наблюдений признана их неотъемлемым свойством, отором придана стро ая математичесая форма, и разработан формальный аппарат работы с таими наблюдениями. По решности измерений таже являются неотъемлемым, естественным и неизбежным свойством процесса измерения. Причинами это о являются наличие неопределенностей в процессе наблюдения, вантование резльтатов измерения, шмы аппаратры и т. д. Широое распространение полчили статистичесие измерения, т. е. оценивание фнционалов распределения вероятностей по зафисированным наблюдениям значений реализации слчайно о процесса. Этот ласс измерений имеет особое значение потом, что большое число входных и выходных поазателей реализется в виде слчайных величин.

3.4.5. Исследование информационных потоов В слчае, о да анализирют социотехничесие системы (оранизационные, человео-машинные, автоматизированные), помимо определения параметров системы для построения модели важное значение приобретают вопросы исследования информационных потоов, цирлирющих в системе. Анализ информационных потоов позволяет выявить схем работы объетов правления, обеспечивает информационное отображение объета правления, взаимосвязь межд е о элементами, стртр и динами информационных потоов. Изчаются формы доментов и недоментированных сообщений. В процессе изчения информационных потоов анализирются следющие рппы доментов: 1. Официальные положения и инстрции, ре ламентирющие фнции подразделений и определяющие срои и процедры обработи информации и принятия решений. 2. Входные доменты, источнии оторых находятся вне системы. 3. Систематичеси обновляемые записи в виде артоте или ни , использемые в процессе работы. 4. Промежточные доменты, полчаемые и использемые в процессе обработи данных. 5. Выходные доменты. 87

Анализ информационных потоов осществляется с помощью специально разработанных методов: рафичесо о, метода с использованием сетевой модели, рафоаналитичесо о и метода с использованием рафов типа «дерево». Графичесий метод применяется для описания потоов информации лавным образом на мароровне, о да решается задача анализа общей схемы работы объетов правления. Здесь отношения межд элементами потоа, в виде оторых выстпают доменты, изображают стртрно-информационно-временной схемой. На схеме приводятся ратие пояснения, описывающие движение информации и материальных потоов. Метод с использованием сетевой модели состоит в следющем. В ачестве события сетевой модели фи рирет определенный домент. Если домент представляет собой резльтат выполнения аой-либо работы, то он является онечным, если же он бдет использоваться в дальнейшем ходе выполнения работ, таой домент бдет начальным. Под работой понимается определенная задача или фнция, выполняемая элементом ор ана правления. Графоаналитичесий метод основан на анализе матрицы смежности информационно о рафа. В данном слчае исходными для анализа информационных потоов являются данные о парных отношениях межд наборами информационных элементов, формализемые в виде матрицы смежности. Под информационными элементами понимают различные типы входных, промежточных и выходных данных. Матрица смежности — вадратная бинарная матрица с оличеством стро (и столбцов), равным оличеств информационных элементов. В аждой позиции матрицы смежности записывают единиц, если межд соответствющими элементами матрицы сществет отношение, то есть информация одно о домента использется при формировании др о о, и в соответствющей позиции ставится ноль, если отношения нет. Далее матрице смежности ставится в соответствие раф информационных взаимосвязей. Множеством вершин рафа является множество информационных элементов, д и отражают взаимосвязи межд элементами. Д а пристствет, если в матрице смежности отношение межд элементами отмечено единицей, и отстствет в противном слчае. Анализ рафа позволяет выявить информационню зависимость межд входными, промежточными и выходными доментами, харатер зависимости, становить направление движения информации. Графоаналитичесий метод является развитием метода с использованием сетевой модели и позволяет проводить более детальный анализ информационных потоов. 88

Метод с использованием рафов типа «дерево» применяют для описания системы потоов информации. Строится раф взаимосвязи поазателей и та называемые рафы расчетов, описывающие преобразование информации в процессе формирования отдельных поазателей. При построении дерева взаимосвязи поазателей ребра ориентирют с четом иерархии от исходных  резльтирющим. Таой подход позволяет строить рафы с более высоой степенью рпнения. Полченный омплес рафов отражает процесс движения и преобразования информации в системе.

3.4.6. Построение моделей системы Материалы, изложенные в предыдщих двх пара рафах, решают задачи изчения стртры системы, выявления параметров, харатеризющих фнционирование системы и влияющих на эффетивность и ачество ее работы, анализа информационных потоов, цирлирющих в системе. Данные этапы являются предварительными этапами работы по построению модели системы, цель этих этапов — выявление основных стртрных элементов, динамичесих и информационных омпонент системы. После выяснения этих вопросов переходят  решению основной задачи — построению модели системы. Построение математичесой модели системы есть процесс формализации определенных сторон сществования, жизнедеятельности системы, ее поведения с точи зрения онретной решаемой задачи. Различают статичесие и динамичесие модели. Статичесая модель отражает онретное состояние объета. Примером статичесой модели является стртрная схема системы. Динамичесая модель описывает процесс изменения состояний системы. При решении задач системно о анализа цели исследования залючаются в изчении харатеристи системы, про нозировании птей развития системы, сравнении вариантов развития и т. п., т. е. интересются, в основном, вопросами динамичесо о поведения систем. Следовательно, можно сазать, что динамичесие модели находят более широое применение, чем статичесие. Следющий вопрос, на отором следет остановиться при обсждении подходов  построению математичесой модели, это целевое предназначение модели. Перед тем а пристпать  созданию математичесой модели, необходимо яснить сщество решаемой задачи, для оторой создается данная модель. Ошибочной бдет разработа модели системы, описывающая все сто89

Анализ информационных потоов осществляется с помощью специально разработанных методов: рафичесо о, метода с использованием сетевой модели, рафоаналитичесо о и метода с использованием рафов типа «дерево». Графичесий метод применяется для описания потоов информации лавным образом на мароровне, о да решается задача анализа общей схемы работы объетов правления. Здесь отношения межд элементами потоа, в виде оторых выстпают доменты, изображают стртрно-информационно-временной схемой. На схеме приводятся ратие пояснения, описывающие движение информации и материальных потоов. Метод с использованием сетевой модели состоит в следющем. В ачестве события сетевой модели фи рирет определенный домент. Если домент представляет собой резльтат выполнения аой-либо работы, то он является онечным, если же он бдет использоваться в дальнейшем ходе выполнения работ, таой домент бдет начальным. Под работой понимается определенная задача или фнция, выполняемая элементом ор ана правления. Графоаналитичесий метод основан на анализе матрицы смежности информационно о рафа. В данном слчае исходными для анализа информационных потоов являются данные о парных отношениях межд наборами информационных элементов, формализемые в виде матрицы смежности. Под информационными элементами понимают различные типы входных, промежточных и выходных данных. Матрица смежности — вадратная бинарная матрица с оличеством стро (и столбцов), равным оличеств информационных элементов. В аждой позиции матрицы смежности записывают единиц, если межд соответствющими элементами матрицы сществет отношение, то есть информация одно о домента использется при формировании др о о, и в соответствющей позиции ставится ноль, если отношения нет. Далее матрице смежности ставится в соответствие раф информационных взаимосвязей. Множеством вершин рафа является множество информационных элементов, д и отражают взаимосвязи межд элементами. Д а пристствет, если в матрице смежности отношение межд элементами отмечено единицей, и отстствет в противном слчае. Анализ рафа позволяет выявить информационню зависимость межд входными, промежточными и выходными доментами, харатер зависимости, становить направление движения информации. Графоаналитичесий метод является развитием метода с использованием сетевой модели и позволяет проводить более детальный анализ информационных потоов. 88

Метод с использованием рафов типа «дерево» применяют для описания системы потоов информации. Строится раф взаимосвязи поазателей и та называемые рафы расчетов, описывающие преобразование информации в процессе формирования отдельных поазателей. При построении дерева взаимосвязи поазателей ребра ориентирют с четом иерархии от исходных  резльтирющим. Таой подход позволяет строить рафы с более высоой степенью рпнения. Полченный омплес рафов отражает процесс движения и преобразования информации в системе.

3.4.6. Построение моделей системы Материалы, изложенные в предыдщих двх пара рафах, решают задачи изчения стртры системы, выявления параметров, харатеризющих фнционирование системы и влияющих на эффетивность и ачество ее работы, анализа информационных потоов, цирлирющих в системе. Данные этапы являются предварительными этапами работы по построению модели системы, цель этих этапов — выявление основных стртрных элементов, динамичесих и информационных омпонент системы. После выяснения этих вопросов переходят  решению основной задачи — построению модели системы. Построение математичесой модели системы есть процесс формализации определенных сторон сществования, жизнедеятельности системы, ее поведения с точи зрения онретной решаемой задачи. Различают статичесие и динамичесие модели. Статичесая модель отражает онретное состояние объета. Примером статичесой модели является стртрная схема системы. Динамичесая модель описывает процесс изменения состояний системы. При решении задач системно о анализа цели исследования залючаются в изчении харатеристи системы, про нозировании птей развития системы, сравнении вариантов развития и т. п., т. е. интересются, в основном, вопросами динамичесо о поведения систем. Следовательно, можно сазать, что динамичесие модели находят более широое применение, чем статичесие. Следющий вопрос, на отором следет остановиться при обсждении подходов  построению математичесой модели, это целевое предназначение модели. Перед тем а пристпать  созданию математичесой модели, необходимо яснить сщество решаемой задачи, для оторой создается данная модель. Ошибочной бдет разработа модели системы, описывающая все сто89

роны, все аспеты сществования и развития системы. Таая модель бдет излишне ромозда и сорее все о непри одна для проведения аих-либо серьезных исследований. Модель все да должна быть онретной, нацеленной на решение поставленной задачи. Для оцени харатеристи надежности системы необходимо строить модель надежностню, для решения задач про нозирования развития производственных процессов необходимо строить производственню модель, для решения эономичесих задач — эономичесю модель. Если перед системными аналитиами ставится задача исследования ряда аспетов, то целесообразнее создавать несольо моделей, а не пытаться разрабатывать всеобъемлющю одн модель. Правда, в этом слчае необходимо, чтобы разные модели, отражающие различные аспеты сществования и развития системы, были взаимосвязаны по входным и выходным параметрам и харатеристиам системы. Таая взаимосвязь дости ается птем проведения итеративных расчетов на моделях. То есть осществляется последовательный расчет моделей. Те параметры, оторые известны до проведения расчетов, задаются в ачестве входных в аждой из моделей, де их пристствие необходимо. Недостающие параметры полчаются расчетным птем и последовательно влючаются в модели от первой  последющим по мере проведения расчетов. На начальном этапе эти параметры заменяются оценами, принадлежащими области определения параметра. По мере полчения резльтатов модели должны точняться и процесс расчетов по точненным моделям должен повторяться. В этом залючается итеративность процесса. Расчеты преращаются, о да исследователь отмечает сходимость процессов точнения параметров. Далее рассмотрим типы математичесих моделей. Выделяют два ласса моделей: аналитичесие и имитационные. В аналитичесих моделях поведение сложной системы записывается в виде неоторых фнциональных соотношений или ло ичесих словий. Наиболее полное исследование дается провести в том слчае, о да полчены явные зависимости, связывающие исомые величины с параметрами сложной системы и начальными словиями ее изчения. Однао это дается выполнить тольо для сравнительно простых систем. Для сложных систем исследователю приходится идти на прощение реальных явлений, дающее возможность описать их поведение и представить взаимодействия межд омпонентами сложной системы. Это позволяет изчить хотя бы неоторые общие свойства сложной системы, например, оценить стойчивость системы, харатеристии надежности и т. п. Для построения математичесих моделей имеется 90

мощный математичесий аппарат (фнциональный анализ, исследование операций, теория вероятностей, математичесая статистиа, теория массово о обслживания и т. д.). Наличие математичесо о аппарата и относительная быстрота и ле ость полчения информации о поведении сложной системы способствовало повсеместном и спешном распространению аналитичесих моделей при анализе харатеристи сложных систем. Ко да явления в сложной системе настольо сложны и мноообразны, что аналитичесая модель становится слишом рбым приближением  действительности, системный аналити вынжден использовать имитационное моделирование. В имитационной модели поведение омпонента сложной системы описывается набором ал оритмов, оторые затем реализют ситации, возниающие в реальной системе. Моделирющие ал оритмы позволяют по исходным данным, содержащим сведения о начальном состоянии сложной системы, и фатичесим значениям параметров системы отобразить реальные явления в системе и полчить сведения о возможном поведении сложной системы для данной онретной ситации. На основании этой информации аналити может принять соответствющие решения. Отмечается, что предсазательные возможности имитационно о моделирования значительно меньше, чем  аналитичесих моделей. Вопрос о том, аой модели следет отдать предпочтение при проведении исследований харатеристи системы, не является очевидным. Аналитичесая модель имеет неоторые преимщества по сравнению с имитационной моделью. Во-первых, аналитичесая модель дает решение поставленной задачи в заонченной форме. Во-вторых, применение аналитичесой модели обеспечивает лбин анализа. С помощью аналитичесих моделей можно проводить исследование харатеристи в неоторой области определения параметров, в оторой модель адеватна описываемым явлениям или процессам. Применение аналитичесих моделей позволяет полчить решение в виде фнциональной зависимости исследемых харатеристи от параметров модели. Имитационная модель за один цил ее применения производит расчет харатеристи в одной точе. Для полчения фнциональной зависимости выходной харатеристии от параметров модели необходимо провести мно оратные расчеты на имитационной модели. С др ой стороны, построить аналитичесю модель для сложной системы очень трдно. При таом построении требется принимать сщественные прощающие предположения, оторые мо т привести  том, что построенная модель бдет неадеватна описываемым процессам или явлениям. В этом смысле имитаци91

роны, все аспеты сществования и развития системы. Таая модель бдет излишне ромозда и сорее все о непри одна для проведения аих-либо серьезных исследований. Модель все да должна быть онретной, нацеленной на решение поставленной задачи. Для оцени харатеристи надежности системы необходимо строить модель надежностню, для решения задач про нозирования развития производственных процессов необходимо строить производственню модель, для решения эономичесих задач — эономичесю модель. Если перед системными аналитиами ставится задача исследования ряда аспетов, то целесообразнее создавать несольо моделей, а не пытаться разрабатывать всеобъемлющю одн модель. Правда, в этом слчае необходимо, чтобы разные модели, отражающие различные аспеты сществования и развития системы, были взаимосвязаны по входным и выходным параметрам и харатеристиам системы. Таая взаимосвязь дости ается птем проведения итеративных расчетов на моделях. То есть осществляется последовательный расчет моделей. Те параметры, оторые известны до проведения расчетов, задаются в ачестве входных в аждой из моделей, де их пристствие необходимо. Недостающие параметры полчаются расчетным птем и последовательно влючаются в модели от первой  последющим по мере проведения расчетов. На начальном этапе эти параметры заменяются оценами, принадлежащими области определения параметра. По мере полчения резльтатов модели должны точняться и процесс расчетов по точненным моделям должен повторяться. В этом залючается итеративность процесса. Расчеты преращаются, о да исследователь отмечает сходимость процессов точнения параметров. Далее рассмотрим типы математичесих моделей. Выделяют два ласса моделей: аналитичесие и имитационные. В аналитичесих моделях поведение сложной системы записывается в виде неоторых фнциональных соотношений или ло ичесих словий. Наиболее полное исследование дается провести в том слчае, о да полчены явные зависимости, связывающие исомые величины с параметрами сложной системы и начальными словиями ее изчения. Однао это дается выполнить тольо для сравнительно простых систем. Для сложных систем исследователю приходится идти на прощение реальных явлений, дающее возможность описать их поведение и представить взаимодействия межд омпонентами сложной системы. Это позволяет изчить хотя бы неоторые общие свойства сложной системы, например, оценить стойчивость системы, харатеристии надежности и т. п. Для построения математичесих моделей имеется 90

мощный математичесий аппарат (фнциональный анализ, исследование операций, теория вероятностей, математичесая статистиа, теория массово о обслживания и т. д.). Наличие математичесо о аппарата и относительная быстрота и ле ость полчения информации о поведении сложной системы способствовало повсеместном и спешном распространению аналитичесих моделей при анализе харатеристи сложных систем. Ко да явления в сложной системе настольо сложны и мноообразны, что аналитичесая модель становится слишом рбым приближением  действительности, системный аналити вынжден использовать имитационное моделирование. В имитационной модели поведение омпонента сложной системы описывается набором ал оритмов, оторые затем реализют ситации, возниающие в реальной системе. Моделирющие ал оритмы позволяют по исходным данным, содержащим сведения о начальном состоянии сложной системы, и фатичесим значениям параметров системы отобразить реальные явления в системе и полчить сведения о возможном поведении сложной системы для данной онретной ситации. На основании этой информации аналити может принять соответствющие решения. Отмечается, что предсазательные возможности имитационно о моделирования значительно меньше, чем  аналитичесих моделей. Вопрос о том, аой модели следет отдать предпочтение при проведении исследований харатеристи системы, не является очевидным. Аналитичесая модель имеет неоторые преимщества по сравнению с имитационной моделью. Во-первых, аналитичесая модель дает решение поставленной задачи в заонченной форме. Во-вторых, применение аналитичесой модели обеспечивает лбин анализа. С помощью аналитичесих моделей можно проводить исследование харатеристи в неоторой области определения параметров, в оторой модель адеватна описываемым явлениям или процессам. Применение аналитичесих моделей позволяет полчить решение в виде фнциональной зависимости исследемых харатеристи от параметров модели. Имитационная модель за один цил ее применения производит расчет харатеристи в одной точе. Для полчения фнциональной зависимости выходной харатеристии от параметров модели необходимо провести мно оратные расчеты на имитационной модели. С др ой стороны, построить аналитичесю модель для сложной системы очень трдно. При таом построении требется принимать сщественные прощающие предположения, оторые мо т привести  том, что построенная модель бдет неадеватна описываемым процессам или явлениям. В этом смысле имитаци91

онные модели имеют преимщества, та а они мо т быть построены в самых общих предположениях о фнционировании системы. Следовательно, имитационные модели мо т быть более адеватны. К недостатам аналитичесих моделей относится таже и то, что простая модифиация проета или изменение предположений о фнционировании элементов стртры может потребовать оренной перестройи модели, в то время а  имитационной модели потребется изменить лишь входню информацию. Рассмотрим простой пример. Псть необходимо оценить харатеристии надежности системы, стртра оторой известна. Если проводить расчеты в предположении об отстствии восстановительных мероприятий после отазов элементов, то аналитичесая модель для тао о расчета строится с использованием лоио-вероятностно о подхода. Если изменить предположения и считать, что после отаза элементов осществляется восстановление и потои отазов и восстановлений пассоновсие, то для расчета надежности использются равнения Колмо орова—Чепмена. Если же бдем предпола ать восстановление элементов, но потои отазов или восстановлений бдем описывать не пассоновсим, а аим-нибдь др им распределением, то для построения моделей расчета надежности необходимо использовать аппарат теории восстановления. То есть, для решения одной и той же задачи при смене предположений о харатере фнционирования системы приходится для построения аналитичесой модели полностью менять теоретичесий аппарат. В имитационной модели в этом слчае меняются лишь входные данные. Таим образом, на основании вышесазанно о нельзя однозначно решить, аая модель лчше. Ка аналитичесая, та и имитационная модели являются полезным инстрментом исследования и об их соответствии решаемым проблемам надо сдить в онтесте онретно о применения. В задачах системно о анализа целесообразно проводить омбинированные исследования, использющие а аналитичесие, та и имитационные модели.

реалистичности и работоспособности. Рассмотрим сщество аждой из проводимых работ. Провера адеватности моделей. Важный вопрос, оторый интересет исследователя после то о, а построена модель исследемо о явления или процесса, это провера адеватности модели. Проверить адеватность модели — это значит становить, насольо хорошо модель описывает реальные процессы, происходящие в системе, насольо ачественно она бдет про нозировать развитие данных процессов. Провера адеватности модели проводится на основании неоторой эспериментальной информации, полченной на этапе фнционирования системы или при проведении специально о эсперимента, в ходе отороо наблюдаются интересющие системно о аналитиа процессы. Провера адеватности модели залючается в доазательстве фата, что точность резльтатов, полченных по модели, бдет не хже точности расчетов, произведенных на основании эспериментальных данных. Если иметь в вид целевое предназначение моделиремо о объета, то под адеватностью модели нжно понимать степень ее соответствия этом предназначению. В ачестве примера, иллюстрирюще о необходимость решения вопроса об адеватном описании резльтатов наблюдений соответствющими моделями, рассмотрим ре рессионню модель, с помощью оторой описали поведение неоторо о процесса. Рассмотрим два рисна (рис. 3.5, а и б) с одинаовым расположением эспериментальных точе и, следовательно, одинаовым разбросом относительно линии ре рессии. Различие в этих риснах состоит в том, что модели, изображенные на них, построены на основании разно о оличества эспериментальных данных. В связи с этим имеем различный средний разброс в эспериментальных точах фаторно о пространства. Разброс в точах поазан отрезами прямых, численно равных величине доверительно о интервала, построенно о для фнции отлиа. y

y

3.4.7. Провера адеватности моделей. Анализ неопределенности и чвствительности После то о а модель построена, необходимо достовериться в ее ачестве. С этой целью выполняют ряд операций, а именно: осществляют провер адеватности модели процесс, объет или явлению, для оторых она построена, провер непротиворечивости модели, неопределенности, чвствительности, 92

* 0

*

*

*

*

*

* *

à)

x

0

*

*

á)

*

*

*

*

x

Рис. 3.5. Провер а аде ватности модели: а — объем эспериментальных данных мал; б — объем эспериментальных данных вели.

93

онные модели имеют преимщества, та а они мо т быть построены в самых общих предположениях о фнционировании системы. Следовательно, имитационные модели мо т быть более адеватны. К недостатам аналитичесих моделей относится таже и то, что простая модифиация проета или изменение предположений о фнционировании элементов стртры может потребовать оренной перестройи модели, в то время а  имитационной модели потребется изменить лишь входню информацию. Рассмотрим простой пример. Псть необходимо оценить харатеристии надежности системы, стртра оторой известна. Если проводить расчеты в предположении об отстствии восстановительных мероприятий после отазов элементов, то аналитичесая модель для тао о расчета строится с использованием лоио-вероятностно о подхода. Если изменить предположения и считать, что после отаза элементов осществляется восстановление и потои отазов и восстановлений пассоновсие, то для расчета надежности использются равнения Колмо орова—Чепмена. Если же бдем предпола ать восстановление элементов, но потои отазов или восстановлений бдем описывать не пассоновсим, а аим-нибдь др им распределением, то для построения моделей расчета надежности необходимо использовать аппарат теории восстановления. То есть, для решения одной и той же задачи при смене предположений о харатере фнционирования системы приходится для построения аналитичесой модели полностью менять теоретичесий аппарат. В имитационной модели в этом слчае меняются лишь входные данные. Таим образом, на основании вышесазанно о нельзя однозначно решить, аая модель лчше. Ка аналитичесая, та и имитационная модели являются полезным инстрментом исследования и об их соответствии решаемым проблемам надо сдить в онтесте онретно о применения. В задачах системно о анализа целесообразно проводить омбинированные исследования, использющие а аналитичесие, та и имитационные модели.

реалистичности и работоспособности. Рассмотрим сщество аждой из проводимых работ. Провера адеватности моделей. Важный вопрос, оторый интересет исследователя после то о, а построена модель исследемо о явления или процесса, это провера адеватности модели. Проверить адеватность модели — это значит становить, насольо хорошо модель описывает реальные процессы, происходящие в системе, насольо ачественно она бдет про нозировать развитие данных процессов. Провера адеватности модели проводится на основании неоторой эспериментальной информации, полченной на этапе фнционирования системы или при проведении специально о эсперимента, в ходе отороо наблюдаются интересющие системно о аналитиа процессы. Провера адеватности модели залючается в доазательстве фата, что точность резльтатов, полченных по модели, бдет не хже точности расчетов, произведенных на основании эспериментальных данных. Если иметь в вид целевое предназначение моделиремо о объета, то под адеватностью модели нжно понимать степень ее соответствия этом предназначению. В ачестве примера, иллюстрирюще о необходимость решения вопроса об адеватном описании резльтатов наблюдений соответствющими моделями, рассмотрим ре рессионню модель, с помощью оторой описали поведение неоторо о процесса. Рассмотрим два рисна (рис. 3.5, а и б) с одинаовым расположением эспериментальных точе и, следовательно, одинаовым разбросом относительно линии ре рессии. Различие в этих риснах состоит в том, что модели, изображенные на них, построены на основании разно о оличества эспериментальных данных. В связи с этим имеем различный средний разброс в эспериментальных точах фаторно о пространства. Разброс в точах поазан отрезами прямых, численно равных величине доверительно о интервала, построенно о для фнции отлиа. y

y

3.4.7. Провера адеватности моделей. Анализ неопределенности и чвствительности После то о а модель построена, необходимо достовериться в ее ачестве. С этой целью выполняют ряд операций, а именно: осществляют провер адеватности модели процесс, объет или явлению, для оторых она построена, провер непротиворечивости модели, неопределенности, чвствительности, 92

* 0

*

*

*

*

*

* *

à)

x

0

*

*

á)

*

*

*

*

x

Рис. 3.5. Провер а аде ватности модели: а — объем эспериментальных данных мал; б — объем эспериментальных данных вели.

93

Линейная модель ре рессии адеватна в первом слчае (рис. 3.5, а), т. . разброс в точах то о же поряда, что и разброс относительно линии ре рессии. Во втором слчае (рис. 3.5, б) не все отрези прямых, численно равных величине доверительно о интервала, нарывают линию ре рессии. Следовательно, в этом слчае требется более сложная модель, чтобы точность ее предсазания была сравнима с точностью эспериментальных данных. В первом слчае модель обладает довлетворительными точностными харатеристиами по сравнению с эспериментальной информацией, на основании оторой она построена. Во втором слчае точность предсазания модели хже точности эспериментальных данных. Таим образом, модель адеватна эспериментальным данным тольо в первом слчае. Непротиворечивость модели. Целью данно о этапа является провера фата: дает ли модель не противоречащие ло ие резльтаты при вариации величин важнейших параметров, особенно в тех слчаях, о да их значения близи  эстремальным. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо проанализировать харатер реации модели на изменения соответствющих входных параметров. Для провери непротиворечивости модели в первю очередь анализирют, аие резльтаты дает модель при нлевых значениях входных параметров, в том числе в нлевой момент времени, далее исследется состояние модели на ранице области определения входных параметров, например, в точе бесонечность, если она входит в область определения. Можно привести таой пример. При решении задачи анализа надежности сложной системы вычисляют значение оэффициента отовности. Асимптотичесие модели для описания оэффициента отовности хорошо известны, они приведены в соответствющей литератре. В слчае расчета оэффициента отовности системы в моменты времени, сравнимые с наработами элементов системы до отаза приходится строить неасимптотичесие модели. Они ораздо сложнее асимптотичесих. Для провери непротиворечивости неасимптотичесих моделей можно использовать известные резльтаты, полченные для описания асимптотичесо о поведения оэффициента отовности. Для это о необходимо в неасимптотичесой модели задать время, равное бесонечности, и провести сравнение резльтатов расчета с асимптотичесой моделью. Если резльтаты совпали, то это может слжить подтверждением то о, что модель дает резльтаты, не противоречащие известным ранее. Анализ неопределенности модели. Посоль модель системы тольо стремится отобразить реальность, то неизбежно сщест94

вование прощений, допщений и идеализаций сложных процессов и явлений, происходящих в системе. Следствием этих прощений и идеализаций бдт неопределенности в ито овых резльтатах, полчаемых в процессе применения модели. Природа возниновения неопределенностей мно о ранна. Выделяют следющие источнии неопределенностей в соответствющих моделях: обсловленные неполнотой моделей, неадеватностью моделей и неопределенностью исходных параметров. Неопределенности, обсловленные неполнотой моделей, возниают из-за то о, что при построении моделей системный аналити не предсмотрел неоторые стороны развития моделиремых процессов, происходящих в системе. Иными словами, при разработе модели системы были не чтены отдельные особенности сществования и развития систем. Это может быть сделано сознательно, о да аналити считает, что данные особенности системы не и рают большой роли и ими можно пренебречь. Ино да это происходит в резльтате недостаточной проработанности вопросов, связанных с изчением стртры и динамичесо о поведения систем. В резльтате мы имеем недостато полноты модели, оторый приводит  неопределенности в резльтатах и выводах и оторый трдно проанализировать и определить оличественно. Второй тип неопределенностей связан с неадеватностью моделей. Даже в тех слчаях, о да в модели чтены все особенности сществования и развития систем, последовательность событий и ло ичесие особенности фнционирования систем, заложенные в модель, не точно отражают реальность. Сществют неопределенности, вызванные неадеватностью онцептальных и математичесих моделей, числовой аппросимацией, ошибами в вычислительных про раммах и о раничениями вычислительно о процесса. Эти неопределенности рассматриваются а часть анализа неопределенности моделей, для оцени их относительной значимости проводятся исследования чвствительности резльтатов моделирования. Третий тип неопределенностей — неопределенность исходных параметров. Параметры различных моделей точно не известны. Причиной это о является недостаточность данных, использемых при статистичесом оценивании входных параметров, невозможность точно о описания поведения персонала, работающе о в составе анализиремой системы, наличие допщений, принятых при составлении модели. Эта третья ате ория неопределенностей при современном состоянии методоло ии может быть наиболее спешно охаратеризована численно. 95

Линейная модель ре рессии адеватна в первом слчае (рис. 3.5, а), т. . разброс в точах то о же поряда, что и разброс относительно линии ре рессии. Во втором слчае (рис. 3.5, б) не все отрези прямых, численно равных величине доверительно о интервала, нарывают линию ре рессии. Следовательно, в этом слчае требется более сложная модель, чтобы точность ее предсазания была сравнима с точностью эспериментальных данных. В первом слчае модель обладает довлетворительными точностными харатеристиами по сравнению с эспериментальной информацией, на основании оторой она построена. Во втором слчае точность предсазания модели хже точности эспериментальных данных. Таим образом, модель адеватна эспериментальным данным тольо в первом слчае. Непротиворечивость модели. Целью данно о этапа является провера фата: дает ли модель не противоречащие ло ие резльтаты при вариации величин важнейших параметров, особенно в тех слчаях, о да их значения близи  эстремальным. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо проанализировать харатер реации модели на изменения соответствющих входных параметров. Для провери непротиворечивости модели в первю очередь анализирют, аие резльтаты дает модель при нлевых значениях входных параметров, в том числе в нлевой момент времени, далее исследется состояние модели на ранице области определения входных параметров, например, в точе бесонечность, если она входит в область определения. Можно привести таой пример. При решении задачи анализа надежности сложной системы вычисляют значение оэффициента отовности. Асимптотичесие модели для описания оэффициента отовности хорошо известны, они приведены в соответствющей литератре. В слчае расчета оэффициента отовности системы в моменты времени, сравнимые с наработами элементов системы до отаза приходится строить неасимптотичесие модели. Они ораздо сложнее асимптотичесих. Для провери непротиворечивости неасимптотичесих моделей можно использовать известные резльтаты, полченные для описания асимптотичесо о поведения оэффициента отовности. Для это о необходимо в неасимптотичесой модели задать время, равное бесонечности, и провести сравнение резльтатов расчета с асимптотичесой моделью. Если резльтаты совпали, то это может слжить подтверждением то о, что модель дает резльтаты, не противоречащие известным ранее. Анализ неопределенности модели. Посоль модель системы тольо стремится отобразить реальность, то неизбежно сщест94

вование прощений, допщений и идеализаций сложных процессов и явлений, происходящих в системе. Следствием этих прощений и идеализаций бдт неопределенности в ито овых резльтатах, полчаемых в процессе применения модели. Природа возниновения неопределенностей мно о ранна. Выделяют следющие источнии неопределенностей в соответствющих моделях: обсловленные неполнотой моделей, неадеватностью моделей и неопределенностью исходных параметров. Неопределенности, обсловленные неполнотой моделей, возниают из-за то о, что при построении моделей системный аналити не предсмотрел неоторые стороны развития моделиремых процессов, происходящих в системе. Иными словами, при разработе модели системы были не чтены отдельные особенности сществования и развития систем. Это может быть сделано сознательно, о да аналити считает, что данные особенности системы не и рают большой роли и ими можно пренебречь. Ино да это происходит в резльтате недостаточной проработанности вопросов, связанных с изчением стртры и динамичесо о поведения систем. В резльтате мы имеем недостато полноты модели, оторый приводит  неопределенности в резльтатах и выводах и оторый трдно проанализировать и определить оличественно. Второй тип неопределенностей связан с неадеватностью моделей. Даже в тех слчаях, о да в модели чтены все особенности сществования и развития систем, последовательность событий и ло ичесие особенности фнционирования систем, заложенные в модель, не точно отражают реальность. Сществют неопределенности, вызванные неадеватностью онцептальных и математичесих моделей, числовой аппросимацией, ошибами в вычислительных про раммах и о раничениями вычислительно о процесса. Эти неопределенности рассматриваются а часть анализа неопределенности моделей, для оцени их относительной значимости проводятся исследования чвствительности резльтатов моделирования. Третий тип неопределенностей — неопределенность исходных параметров. Параметры различных моделей точно не известны. Причиной это о является недостаточность данных, использемых при статистичесом оценивании входных параметров, невозможность точно о описания поведения персонала, работающе о в составе анализиремой системы, наличие допщений, принятых при составлении модели. Эта третья ате ория неопределенностей при современном состоянии методоло ии может быть наиболее спешно охаратеризована численно. 95

Анализ чвствительности модели. Анализом чвствительности модели называют процедр оцени влияния допсов входных параметров на ее выходные харатеристии. Проводят анализ чвствительности следющим образом: задают отлонение входно о параметра в правю и левю сторон от е о средне о значения и фисирют, а при этом изменяются выходные значения харатеристи модели. В ачестве величины отлонения обычно принимают среднее вадратичесое отлонение. Пратичесая сторона анализа чвствительности модели  изменению входных параметров состоит в том, что станавливается степень зависимости выходных параметров от входных харатеристи. Эт степень влияния затем можно проранжировать и выявить наиболее значимые входные параметры. Если в ходе провери модели на чвствительность  изменению входных параметров становлено, что ряд параметров приводит  незначительным изменениям выходных харатеристи, сравнимых с точностью проведения расчетов на модели, то данные входные параметры можно вывести из модели. Таим образом, анализ чвствительности модели может привести  прощению модели и ислючению из нее незначимых фаторов. Установить реалистичность модели — значит ответить на вопрос: соответствет ли модель тем частным слчаям, для оторых же имеются фатичесие данные. Одним из способов провери реалистичности модели может слжить метод про нозирования назад. Т. е. в модели задаются требемые входные параметры и производится расчет неоторо о события, оторое же имело место, или же рассчитываются харатеристии системы на время, оторое система отработала, и оцени этих харатеристи можно полчить по реальным данным. Если резльтаты расчета на модели дают хорошее совпадение с пратиой, то можно считать, что модель реалистична. Работоспособность. Цель анализа работоспособности модели выяснить, насольо модель пратична и добна в эсплатации. Во-первых, модель должна обеспечивать резльтат за размное время. Если модель использется в процессе выработи и принятия решения, то необходимо, чтобы расчеты можно было выполнить в пределах сроов, становленных для под отови соответствющих решений. Если это словие не выполняется, смысл модели пропадает, та а теряется ее предназначение. Во-вторых, трдозатраты и ресрсы, требемые для эсплатации модели, должны ладываться в становленные лимиты машинно о времени и фонда зарплаты. Должно выполняться словие пратичесой целесообразности. 96

Следющий аспет провери модели связан с анализом допщений и предположений, принятых при построении модели. На этом этапе провери работоспособности оценивается ачество модели, ее свойства в словиях воздействия реальных внешних возмщений и параметров. Сть данной процедры состоит в том, чтобы достовериться, что при составлении модели «не выплеснли ребена вместе с водой». Принятие неоторых допщений и о раничений может привести  том, что модель не бдет отражать сти происходящих явлений и процессов. Здесь следет отметить, что эта задача взаимосвязана с задачей провери адеватности модели.

3.4.8. Исследование ресрсных возможностей Для то о, чтобы модель начала давать резльтаты, чтобы она заработала, необходимы затраты ресрсов. Модель нжно не тольо воплотить в надлежащем виде, но и обеспечить возможность полчения решения нжно о ачества и  нжном момент времени. Не требет пояснений то обстоятельство, что даже самое обоснованное решение становится ненжным, если оно появляется после то о, а истели срои, выделенные для принятия решения, т. е. о да необходимость в нем же отстствет. Поэтом при реализации моделей необходимы ресрсы, оторые позволяют обеспечить выполнение словий ачества и своевременности. Принципиальное значение имеет вопрос, в аой степени обеспечено ресрсами правление ходом выполнения задач системно о анализа. Рассмотрим основные виды ресрсов, использемых при реализации задач системно о анализа. Выделяют энер етичесие, материальные, временные и информационные ресрсы. Харатеристи ресрсов начнем с энер етичесих ресрсов. Обычно энер етичесие затраты на реализацию модели значительно меньше, чем затраты энер ии, потребляемые самой системой, для оторой разработана модель. Поэтом в обычной ситации энер етичесими ресрсами, а правило, пренебре ают. Однао атальность обеспечения энер етичесими ресрсами возниает в тех слчаях, о да модельные исследования проводятся на объетах, работающих в относительно автономных словиях. Примерами таих объетов являются начно-исследовательсие морсие сда, летательные аппараты, осмичесие станции. Энер етичесие возможности таих объетов о раничены. Следовательно, прежде чем пристпить  ор анизации модельных исследований в таих словиях, требется обосновать обеспеченность отовящихся исследований с точи зрения достаточности энер етичесих ресрсов. 97

Анализ чвствительности модели. Анализом чвствительности модели называют процедр оцени влияния допсов входных параметров на ее выходные харатеристии. Проводят анализ чвствительности следющим образом: задают отлонение входно о параметра в правю и левю сторон от е о средне о значения и фисирют, а при этом изменяются выходные значения харатеристи модели. В ачестве величины отлонения обычно принимают среднее вадратичесое отлонение. Пратичесая сторона анализа чвствительности модели  изменению входных параметров состоит в том, что станавливается степень зависимости выходных параметров от входных харатеристи. Эт степень влияния затем можно проранжировать и выявить наиболее значимые входные параметры. Если в ходе провери модели на чвствительность  изменению входных параметров становлено, что ряд параметров приводит  незначительным изменениям выходных харатеристи, сравнимых с точностью проведения расчетов на модели, то данные входные параметры можно вывести из модели. Таим образом, анализ чвствительности модели может привести  прощению модели и ислючению из нее незначимых фаторов. Установить реалистичность модели — значит ответить на вопрос: соответствет ли модель тем частным слчаям, для оторых же имеются фатичесие данные. Одним из способов провери реалистичности модели может слжить метод про нозирования назад. Т. е. в модели задаются требемые входные параметры и производится расчет неоторо о события, оторое же имело место, или же рассчитываются харатеристии системы на время, оторое система отработала, и оцени этих харатеристи можно полчить по реальным данным. Если резльтаты расчета на модели дают хорошее совпадение с пратиой, то можно считать, что модель реалистична. Работоспособность. Цель анализа работоспособности модели выяснить, насольо модель пратична и добна в эсплатации. Во-первых, модель должна обеспечивать резльтат за размное время. Если модель использется в процессе выработи и принятия решения, то необходимо, чтобы расчеты можно было выполнить в пределах сроов, становленных для под отови соответствющих решений. Если это словие не выполняется, смысл модели пропадает, та а теряется ее предназначение. Во-вторых, трдозатраты и ресрсы, требемые для эсплатации модели, должны ладываться в становленные лимиты машинно о времени и фонда зарплаты. Должно выполняться словие пратичесой целесообразности. 96

Следющий аспет провери модели связан с анализом допщений и предположений, принятых при построении модели. На этом этапе провери работоспособности оценивается ачество модели, ее свойства в словиях воздействия реальных внешних возмщений и параметров. Сть данной процедры состоит в том, чтобы достовериться, что при составлении модели «не выплеснли ребена вместе с водой». Принятие неоторых допщений и о раничений может привести  том, что модель не бдет отражать сти происходящих явлений и процессов. Здесь следет отметить, что эта задача взаимосвязана с задачей провери адеватности модели.

3.4.8. Исследование ресрсных возможностей Для то о, чтобы модель начала давать резльтаты, чтобы она заработала, необходимы затраты ресрсов. Модель нжно не тольо воплотить в надлежащем виде, но и обеспечить возможность полчения решения нжно о ачества и  нжном момент времени. Не требет пояснений то обстоятельство, что даже самое обоснованное решение становится ненжным, если оно появляется после то о, а истели срои, выделенные для принятия решения, т. е. о да необходимость в нем же отстствет. Поэтом при реализации моделей необходимы ресрсы, оторые позволяют обеспечить выполнение словий ачества и своевременности. Принципиальное значение имеет вопрос, в аой степени обеспечено ресрсами правление ходом выполнения задач системно о анализа. Рассмотрим основные виды ресрсов, использемых при реализации задач системно о анализа. Выделяют энер етичесие, материальные, временные и информационные ресрсы. Харатеристи ресрсов начнем с энер етичесих ресрсов. Обычно энер етичесие затраты на реализацию модели значительно меньше, чем затраты энер ии, потребляемые самой системой, для оторой разработана модель. Поэтом в обычной ситации энер етичесими ресрсами, а правило, пренебре ают. Однао атальность обеспечения энер етичесими ресрсами возниает в тех слчаях, о да модельные исследования проводятся на объетах, работающих в относительно автономных словиях. Примерами таих объетов являются начно-исследовательсие морсие сда, летательные аппараты, осмичесие станции. Энер етичесие возможности таих объетов о раничены. Следовательно, прежде чем пристпить  ор анизации модельных исследований в таих словиях, требется обосновать обеспеченность отовящихся исследований с точи зрения достаточности энер етичесих ресрсов. 97

Следющий вид ресрсов — материальные ресрсы. Материальные ресрсы — это достаточно обширная ате ория. Сюда можно отнести и людсие ресрсы, требемые для реализации моделей, и ресрсы обеспеченности проводимых исследований необходимым обордованием, приборами и инстрментами, и анцелярсие товары и принадлежности и т. п. В слчае решения задачи птем моделирования на ЭВМ в ачестве материальных ресрсов выстпают объем памяти и машинное время. Уазанные ресрсы о раничивают возможности решения задач большой размерности в реальном масштабе времени. С подобными проблемами приходится сталиваться при решении задач в эономичесих, социальных, метеороло ичесих, ор анизационно-правленчесих, сложных техничесих системах. В слчае нехвати ресрсов для решения подобных задач необходимо проводить реонстрцию модели. Самое тривиальное действие, оторое можно применить в данном слчае, это провести деомпозицию модели системы на совопность связанных моделей меньшей размерности. Временные ресрсы. Пратиа решения задач системно о анализа таова. Заазчи работ залючает с системными аналитиами, оторые выстпают в роли исполнителей работ, до овор. В данном до оворе о овариваются срои выполнения работ по проведению системно о анализа. Ка правило, эти срои являются о раничивающим временным фатором на выполняемые работы. Таим образом, исследования, проводимые с помощью моделей, должны по времени ладываться в рами, о оворенные до овором. Наонец, информационные ресрсы. Количество и ачество информации, использемой при построении моделей систем, различно. Если при построении модели использется достоверная информация в достаточно представительном объеме, то это является одним из словий построения хорошей модели. Качество и полнота информации, представленной в модели, обеспечивает принятие обоснованных решений и является арантией спешно о правления. В свою очередь, о раниченность информации приводит  большой степени неопределенности резльтатов, полчаемых в ходе расчетов на модели. Решения, принимаемые на основе таих моделей, бдт обладать слабой степенью обоснованности. Таим образом, при построении и реализации моделей следет делять внимание обеспечению процесса использования моделей всеми видами ресрсов. Даже самая ачественная модель в смысле адеватности описания происходящих в системе процессов может на пратие оазаться бесполезной, если она не обеспечена в надлежащем объеме всеми видами ресрсов, необходимых для ее спешно о применения. 98

3.4.9. Формирование ритериев Критерий — это способ сравнения альтернатив. Необходимо различать понятия «ритерий» и «ритериальная фнция». Критерием ачества альтернативы может слжить любой ее призна, значение оторо о можно зафисировать в порядовой или более сильной шале. После то о а ритерий сформирован, т. е. найдена харатеристиа, оторая бдет положена в основ сравнения альтернатив, появляется возможность ставить задачи выбора и оптимизации. Задача формирования ритериев решается непосредственно после то о, а сформлированы цели системно о анализа. Ситация становится понятной, если  ритериям относиться а  оличественным моделям ачественных целей. Задача системноо аналитиа состоит в том, чтобы формализовать проблемню ситацию, возниающю в ходе системно о анализа. Этой цели а раз и слжит этап формирования ритериев. Сформированные ритерии в неотором смысле должны заменять цели. От ритериев требется а можно большее сходство с целями, чтобы оптимизация по ритериям соответствовала масимальном приближению  целям. Выполняя данный этап, необходимо осознавать, что ритерии не мо т полностью совпадать с целями. Одной из причин это о является то, что ритерии и цели формлирются в разных шалах: цели в номинальных, ритерии в более сильных, допсающих порядочение. Критерий является отображением ценностей, воплощенных в целях, на параметры альтернатив, допсающие порядочение. Определение значения ритерия для данной альтернативы является освенным измерением степени ее при одности а средства достижения цели. Обсждая вопрос формирования ритериев, следет сазать, что это достаточно трдная и серьезная задача. Редо бывает та, что решение лежит на поверхности. Зачастю для формирования хороше о ритерия, адеватно отражающе о цель системно о анализа, приходится прибе ать  неформализемым процедрам. Неформализемые, творчесие, эвристичесие этапы и рают важню роль в процессе формирования ритериев. Решая задачи системно о анализа, возниает ситация, о да невозможно предложить один ритерий, адеватно отражающий цель исследования. Даже одн цель редо дается выразить одним ритерием, хотя  этом необходимо стремиться. Критерий, а и всяая модель, лишь приближенно отображает цель, адеватность одно о ритерия может оазаться недостаточной. Поэтом решение может состоять не обязательно в поисе более адеватно о ритерия, оно может вы99

Следющий вид ресрсов — материальные ресрсы. Материальные ресрсы — это достаточно обширная ате ория. Сюда можно отнести и людсие ресрсы, требемые для реализации моделей, и ресрсы обеспеченности проводимых исследований необходимым обордованием, приборами и инстрментами, и анцелярсие товары и принадлежности и т. п. В слчае решения задачи птем моделирования на ЭВМ в ачестве материальных ресрсов выстпают объем памяти и машинное время. Уазанные ресрсы о раничивают возможности решения задач большой размерности в реальном масштабе времени. С подобными проблемами приходится сталиваться при решении задач в эономичесих, социальных, метеороло ичесих, ор анизационно-правленчесих, сложных техничесих системах. В слчае нехвати ресрсов для решения подобных задач необходимо проводить реонстрцию модели. Самое тривиальное действие, оторое можно применить в данном слчае, это провести деомпозицию модели системы на совопность связанных моделей меньшей размерности. Временные ресрсы. Пратиа решения задач системно о анализа таова. Заазчи работ залючает с системными аналитиами, оторые выстпают в роли исполнителей работ, до овор. В данном до оворе о овариваются срои выполнения работ по проведению системно о анализа. Ка правило, эти срои являются о раничивающим временным фатором на выполняемые работы. Таим образом, исследования, проводимые с помощью моделей, должны по времени ладываться в рами, о оворенные до овором. Наонец, информационные ресрсы. Количество и ачество информации, использемой при построении моделей систем, различно. Если при построении модели использется достоверная информация в достаточно представительном объеме, то это является одним из словий построения хорошей модели. Качество и полнота информации, представленной в модели, обеспечивает принятие обоснованных решений и является арантией спешно о правления. В свою очередь, о раниченность информации приводит  большой степени неопределенности резльтатов, полчаемых в ходе расчетов на модели. Решения, принимаемые на основе таих моделей, бдт обладать слабой степенью обоснованности. Таим образом, при построении и реализации моделей следет делять внимание обеспечению процесса использования моделей всеми видами ресрсов. Даже самая ачественная модель в смысле адеватности описания происходящих в системе процессов может на пратие оазаться бесполезной, если она не обеспечена в надлежащем объеме всеми видами ресрсов, необходимых для ее спешно о применения. 98

3.4.9. Формирование ритериев Критерий — это способ сравнения альтернатив. Необходимо различать понятия «ритерий» и «ритериальная фнция». Критерием ачества альтернативы может слжить любой ее призна, значение оторо о можно зафисировать в порядовой или более сильной шале. После то о а ритерий сформирован, т. е. найдена харатеристиа, оторая бдет положена в основ сравнения альтернатив, появляется возможность ставить задачи выбора и оптимизации. Задача формирования ритериев решается непосредственно после то о, а сформлированы цели системно о анализа. Ситация становится понятной, если  ритериям относиться а  оличественным моделям ачественных целей. Задача системноо аналитиа состоит в том, чтобы формализовать проблемню ситацию, возниающю в ходе системно о анализа. Этой цели а раз и слжит этап формирования ритериев. Сформированные ритерии в неотором смысле должны заменять цели. От ритериев требется а можно большее сходство с целями, чтобы оптимизация по ритериям соответствовала масимальном приближению  целям. Выполняя данный этап, необходимо осознавать, что ритерии не мо т полностью совпадать с целями. Одной из причин это о является то, что ритерии и цели формлирются в разных шалах: цели в номинальных, ритерии в более сильных, допсающих порядочение. Критерий является отображением ценностей, воплощенных в целях, на параметры альтернатив, допсающие порядочение. Определение значения ритерия для данной альтернативы является освенным измерением степени ее при одности а средства достижения цели. Обсждая вопрос формирования ритериев, следет сазать, что это достаточно трдная и серьезная задача. Редо бывает та, что решение лежит на поверхности. Зачастю для формирования хороше о ритерия, адеватно отражающе о цель системно о анализа, приходится прибе ать  неформализемым процедрам. Неформализемые, творчесие, эвристичесие этапы и рают важню роль в процессе формирования ритериев. Решая задачи системно о анализа, возниает ситация, о да невозможно предложить один ритерий, адеватно отражающий цель исследования. Даже одн цель редо дается выразить одним ритерием, хотя  этом необходимо стремиться. Критерий, а и всяая модель, лишь приближенно отображает цель, адеватность одно о ритерия может оазаться недостаточной. Поэтом решение может состоять не обязательно в поисе более адеватно о ритерия, оно может вы99

ражаться в использовании несольих ритериев, описывающих одн цель по-разном и дополняющих др др а. Еще более сложняется задача в слчае, о да сформлировано несольо целей системно о анализа, отражающих разные системы ценностей. В этом слчае исследователь тем более вынжден формировать несольо ритериев и в последющем решать мно оритериальню задач. Таим образом, можно отметить, что мно оритериальность является способом повышения адеватности описания цели. Однао, введение мно оритериальности в задачах системно о анализа не должно быть самоцелью. Качество постанови задачи залючается не тольо и не стольо в оличестве ритериев, сольо в том, чтобы они достаточно адеватно описывали цель системно о анализа. Критерии должны описывать по возможности все важные аспеты цели, но при этом желательно минимизировать число необходимых ритериев. Формирование ритериев отражает цель, оторю ставит заазчи. Но при постанове и решении задач системно о анализа необходимо читывать не тольо цели, на решение оторых он направлен, но и возможности, оторыми обладают стороны для решения поставленных задач, и оторые позволяют снять выявленные проблемы. В первю очередь необходимо читывать ресрсы, имеющиеся  сторон. К ресрсам следет отнести: денежные ресрсы, оторые заазчи со ласен выделить системным аналитиам для решения поставленной задачи; ресрсы исполнителя, сюда относят людсие ресрсы, ресрсы вычислительные (наличие вычислительной технии, ее оличество и т. д.), материальные ресрсы, требемые для решения задач (например, наличие анцелярсих товаров, транспорта, ресрсов связи); временные ресрсы, срои решения задач системно о анализа, а правило, о овариваются. При формлирове задачи системно о анализа необходимо таже читывать интересы оржающей среды. Оржающая среда хоть и и рает пассивню роль, но необходимо читывать, что любая система сществет внтри нее, взаимодействет с ней. Поэтом при постанове задачи системно о анализа необходимо следовать принцип «не навредить», не предпринимать ниче о, что противоречило бы заонам природы. Чтобы довлетворить словиям непревышения оличества имеющихся ресрсов, в постанов задачи системно о анализа вводят о раничения. Межд целевыми ритериями и о раничениями имеется сходство и различия. Общее залючается в том, что и ритерий и о раничения являются математичесой формлировой неоторых словий. В неоторых задачах оптимизации они мо т выстпать равноправно. Однао на этапе формирования ритериев 100

целевой ритерий отрывает возможности для енерирования новых альтернатив в поисах лчшей из них, а о раничение заведомо меньшает их число, запрещая неоторые из них. Одними целевыми ритериями можно жертвовать ради др их, о раничения же ислючить нельзя, они должны чето соблюдаться. При формлировании задач системно о анализа встречаются слчаи, о да о раничения задаются завышенными. Это может привести  нереальности достижения целей системно о анализа. В этом слчае необходимо ставить вопрос об ослаблении о раничений. Приведем пример. Слишом высоие требования  харатеристиам надежности системы мо т привести  необходимости чрезвычайных дополнительных финансовых вложений. А это в свою очередь может привести  неэффетивности разработи и эсплатации объета, для оторо о проводится анализ. Таим образом, формлиря о раничения, необходимо роводствоваться соображениями здраво о смысла. В ачестве приема, позволяюще о найти наилчшие соотношения межд ритериями и о раничениями, можно пореомендовать использование итерационных процедр. После проведения определенных вычислений и становления фата завышенности требований, сформлированных в о раничениях, можно эти требования ослабить и попытаться решить задач заново. В залючение данно о пара рафа перечислим основные ритерии, наиболее часто встречающиеся в анализе сложных техничесих систем. Это эономичесие ритерии — прибыль, рентабельность, себестоимость; технио-эономичесие — производительность, надежность, дол овечность; техноло ичесие — выход продта, харатеристии ачества и пр.

3.4.10. Генерирование альтернатив Следющим этапом системно о анализа является создание множества возможных способов достижения сформлированной цели. Иными словами, на данном этапе необходимо с енерировать множество альтернатив, из оторых затем бдет осществляться выбор наилчше о пти развития системы. Данный этап системно о анализа является очень важным и трдным. Важность е о залючается в том, что онечная цель системно о анализа состоит в выборе наилчшей альтернативы на заданном множестве и в обосновании это о выбора. Если в сформированное множество альтернатив не попала наилчшая, то ниаие самые совершенные методы анализа не помо т ее вычислить. Трдность этапа обсловлена необходимостью енерации достаточно полно о 101

ражаться в использовании несольих ритериев, описывающих одн цель по-разном и дополняющих др др а. Еще более сложняется задача в слчае, о да сформлировано несольо целей системно о анализа, отражающих разные системы ценностей. В этом слчае исследователь тем более вынжден формировать несольо ритериев и в последющем решать мно оритериальню задач. Таим образом, можно отметить, что мно оритериальность является способом повышения адеватности описания цели. Однао, введение мно оритериальности в задачах системно о анализа не должно быть самоцелью. Качество постанови задачи залючается не тольо и не стольо в оличестве ритериев, сольо в том, чтобы они достаточно адеватно описывали цель системно о анализа. Критерии должны описывать по возможности все важные аспеты цели, но при этом желательно минимизировать число необходимых ритериев. Формирование ритериев отражает цель, оторю ставит заазчи. Но при постанове и решении задач системно о анализа необходимо читывать не тольо цели, на решение оторых он направлен, но и возможности, оторыми обладают стороны для решения поставленных задач, и оторые позволяют снять выявленные проблемы. В первю очередь необходимо читывать ресрсы, имеющиеся  сторон. К ресрсам следет отнести: денежные ресрсы, оторые заазчи со ласен выделить системным аналитиам для решения поставленной задачи; ресрсы исполнителя, сюда относят людсие ресрсы, ресрсы вычислительные (наличие вычислительной технии, ее оличество и т. д.), материальные ресрсы, требемые для решения задач (например, наличие анцелярсих товаров, транспорта, ресрсов связи); временные ресрсы, срои решения задач системно о анализа, а правило, о овариваются. При формлирове задачи системно о анализа необходимо таже читывать интересы оржающей среды. Оржающая среда хоть и и рает пассивню роль, но необходимо читывать, что любая система сществет внтри нее, взаимодействет с ней. Поэтом при постанове задачи системно о анализа необходимо следовать принцип «не навредить», не предпринимать ниче о, что противоречило бы заонам природы. Чтобы довлетворить словиям непревышения оличества имеющихся ресрсов, в постанов задачи системно о анализа вводят о раничения. Межд целевыми ритериями и о раничениями имеется сходство и различия. Общее залючается в том, что и ритерий и о раничения являются математичесой формлировой неоторых словий. В неоторых задачах оптимизации они мо т выстпать равноправно. Однао на этапе формирования ритериев 100

целевой ритерий отрывает возможности для енерирования новых альтернатив в поисах лчшей из них, а о раничение заведомо меньшает их число, запрещая неоторые из них. Одними целевыми ритериями можно жертвовать ради др их, о раничения же ислючить нельзя, они должны чето соблюдаться. При формлировании задач системно о анализа встречаются слчаи, о да о раничения задаются завышенными. Это может привести  нереальности достижения целей системно о анализа. В этом слчае необходимо ставить вопрос об ослаблении о раничений. Приведем пример. Слишом высоие требования  харатеристиам надежности системы мо т привести  необходимости чрезвычайных дополнительных финансовых вложений. А это в свою очередь может привести  неэффетивности разработи и эсплатации объета, для оторо о проводится анализ. Таим образом, формлиря о раничения, необходимо роводствоваться соображениями здраво о смысла. В ачестве приема, позволяюще о найти наилчшие соотношения межд ритериями и о раничениями, можно пореомендовать использование итерационных процедр. После проведения определенных вычислений и становления фата завышенности требований, сформлированных в о раничениях, можно эти требования ослабить и попытаться решить задач заново. В залючение данно о пара рафа перечислим основные ритерии, наиболее часто встречающиеся в анализе сложных техничесих систем. Это эономичесие ритерии — прибыль, рентабельность, себестоимость; технио-эономичесие — производительность, надежность, дол овечность; техноло ичесие — выход продта, харатеристии ачества и пр.

3.4.10. Генерирование альтернатив Следющим этапом системно о анализа является создание множества возможных способов достижения сформлированной цели. Иными словами, на данном этапе необходимо с енерировать множество альтернатив, из оторых затем бдет осществляться выбор наилчше о пти развития системы. Данный этап системно о анализа является очень важным и трдным. Важность е о залючается в том, что онечная цель системно о анализа состоит в выборе наилчшей альтернативы на заданном множестве и в обосновании это о выбора. Если в сформированное множество альтернатив не попала наилчшая, то ниаие самые совершенные методы анализа не помо т ее вычислить. Трдность этапа обсловлена необходимостью енерации достаточно полно о 101

множества альтернатив, влючающе о на первый вз ляд даже самые нереализемые. Генерирование альтернатив, т. е. идей о возможных способах достижения цели, является настоящим творчесим процессом. Сществет ряд реомендаций о возможных подходах  выполнению рассматриваемой процедры. Во-первых, необходимо с енерировать а можно большее число альтернатив. Способы енерации таовы: — поис альтернатив в патентной и жрнальной литератре; — привлечение несольих эспертов, имеющих разню подотов и опыт; — величение числа альтернатив за счет их омбинации, образования промежточных вариантов межд предложенными ранее; — модифиация имеющейся альтернативы, т. е. формирование альтернатив, лишь частично отличающихся от известной; — влючение альтернатив, противоположных предложенным, в том числе и «нлевой» альтернативы (не делать ниче о, т. е. рассмотреть последствия развития событий без вмешательства системотехниов); — интервьюирование заинтересованных лиц и более широие анетные опросы; — влючение в рассмотрение даже тех альтернатив, оторые на первый вз ляд ажтся надманными; — енерирование альтернатив, рассчитанных на различные интервалы времени (дол осрочные, ратосрочные, эстренные). При выполнении работы по енерированию альтернатив важно создать бла оприятные словия для сотрдниов, выполняющих данный вид деятельности. Большое значение имеют психоло ичесие фаторы, влияющие на интенсивность творчесой деятельности. Поэтом необходимо стремиться  созданию блаоприятно о лимата на рабочем месте сотрдниов. Сществет еще одна опасность, возниающая при выполнении работ по формированию множества альтернатив, о оторой необходимо сазать. Если специально стремиться  том, чтобы на начальной стадии было полчено а можно больше альтернатив, т. е. стараться сделать множество альтернатив а можно более полным, то для неоторых проблем их оличество может достичь мно их десятов. Для подробно о изчения аждой из них потребются неприемлемо большие затраты времени и средств. Поэтом в данном слчае необходимо провести предварительный анализ альтернатив и постараться сзить множество на ранних этапах ана102

лиза. На этом этапе анализа применяют ачественные методы сравнения альтернатив, не прибе ая  более точным оличественным методам. Тем самым осществляется рбое отсеивание. Приведем теперь методы, использемые в системном анализе для проведения работы по формированию множества альтернатив. Методы оллетивной енерации идей. Методы оллетивной енерации идей известны, та же и а метод моз ово о штрма, или моз овой атаи. Данный метод является методом систематичесой тренирови творчесо о мышления, нацеленным на отрытие новых идей и достижение со ласия рппы людей на основе интитивно о мышления. Техниа моз ово о штрма состоит в следющем. Собирается рппа лиц, отобранных для енерации альтернатив. Главный принцип отбора залючается в подборе специалистов разных профессий, опыта работы и валифиации. Данная рппа обсждает проблем, причем заранее о оваривается, что приветствются любые идеи, вознишие а индивидально, та и по ассоциации при выслшивании предложений др их частниов. Приветствются даже идеи, лишь незначительно лчшающие высазывания предыдщих выстпающих. При обсждении придерживаются ряда правил: — необходимо обеспечить а можно большю свобод мышления частниов моз ово о штрма и высазывания ими новых идей; — допсается высазывание любых идей, даже если вначале они ажтся сомнительными и абсрдными; — не допсается ритиа, не объявляется ложной и не преращается обсждение ни одной идеи; — приветствется высазывание а можно больше о числа идей, особенно нетривиальных. Разработа сценариев. В неоторых проблемах исомое решение должно описывать реальное поведение объета в бдщем, определять реальный ход событий. В таих слчаях альтернативами являются различные последовательности действий и вытеающих из них событий, оторые мо т произойти с системой в бдщем. Эти последовательности имеют общее начальное состояние и различные траетории движения развития системы. Это различие и приводит  проблеме выбора. Таие ипотетичесие альтернативные описания поведения системы в бдщем называются сценариями. Сценарии-альтернативы — это ло ичеси обоснованные модели поведения проблемносодержащей системы в бдщем, оторые после принятия решения можно рассматривать а про ноз изменения состояний системы. Разработа сценариев относится  типичным неформализемым процедрам. Для составления сце103

множества альтернатив, влючающе о на первый вз ляд даже самые нереализемые. Генерирование альтернатив, т. е. идей о возможных способах достижения цели, является настоящим творчесим процессом. Сществет ряд реомендаций о возможных подходах  выполнению рассматриваемой процедры. Во-первых, необходимо с енерировать а можно большее число альтернатив. Способы енерации таовы: — поис альтернатив в патентной и жрнальной литератре; — привлечение несольих эспертов, имеющих разню подотов и опыт; — величение числа альтернатив за счет их омбинации, образования промежточных вариантов межд предложенными ранее; — модифиация имеющейся альтернативы, т. е. формирование альтернатив, лишь частично отличающихся от известной; — влючение альтернатив, противоположных предложенным, в том числе и «нлевой» альтернативы (не делать ниче о, т. е. рассмотреть последствия развития событий без вмешательства системотехниов); — интервьюирование заинтересованных лиц и более широие анетные опросы; — влючение в рассмотрение даже тех альтернатив, оторые на первый вз ляд ажтся надманными; — енерирование альтернатив, рассчитанных на различные интервалы времени (дол осрочные, ратосрочные, эстренные). При выполнении работы по енерированию альтернатив важно создать бла оприятные словия для сотрдниов, выполняющих данный вид деятельности. Большое значение имеют психоло ичесие фаторы, влияющие на интенсивность творчесой деятельности. Поэтом необходимо стремиться  созданию блаоприятно о лимата на рабочем месте сотрдниов. Сществет еще одна опасность, возниающая при выполнении работ по формированию множества альтернатив, о оторой необходимо сазать. Если специально стремиться  том, чтобы на начальной стадии было полчено а можно больше альтернатив, т. е. стараться сделать множество альтернатив а можно более полным, то для неоторых проблем их оличество может достичь мно их десятов. Для подробно о изчения аждой из них потребются неприемлемо большие затраты времени и средств. Поэтом в данном слчае необходимо провести предварительный анализ альтернатив и постараться сзить множество на ранних этапах ана102

лиза. На этом этапе анализа применяют ачественные методы сравнения альтернатив, не прибе ая  более точным оличественным методам. Тем самым осществляется рбое отсеивание. Приведем теперь методы, использемые в системном анализе для проведения работы по формированию множества альтернатив. Методы оллетивной енерации идей. Методы оллетивной енерации идей известны, та же и а метод моз ово о штрма, или моз овой атаи. Данный метод является методом систематичесой тренирови творчесо о мышления, нацеленным на отрытие новых идей и достижение со ласия рппы людей на основе интитивно о мышления. Техниа моз ово о штрма состоит в следющем. Собирается рппа лиц, отобранных для енерации альтернатив. Главный принцип отбора залючается в подборе специалистов разных профессий, опыта работы и валифиации. Данная рппа обсждает проблем, причем заранее о оваривается, что приветствются любые идеи, вознишие а индивидально, та и по ассоциации при выслшивании предложений др их частниов. Приветствются даже идеи, лишь незначительно лчшающие высазывания предыдщих выстпающих. При обсждении придерживаются ряда правил: — необходимо обеспечить а можно большю свобод мышления частниов моз ово о штрма и высазывания ими новых идей; — допсается высазывание любых идей, даже если вначале они ажтся сомнительными и абсрдными; — не допсается ритиа, не объявляется ложной и не преращается обсждение ни одной идеи; — приветствется высазывание а можно больше о числа идей, особенно нетривиальных. Разработа сценариев. В неоторых проблемах исомое решение должно описывать реальное поведение объета в бдщем, определять реальный ход событий. В таих слчаях альтернативами являются различные последовательности действий и вытеающих из них событий, оторые мо т произойти с системой в бдщем. Эти последовательности имеют общее начальное состояние и различные траетории движения развития системы. Это различие и приводит  проблеме выбора. Таие ипотетичесие альтернативные описания поведения системы в бдщем называются сценариями. Сценарии-альтернативы — это ло ичеси обоснованные модели поведения проблемносодержащей системы в бдщем, оторые после принятия решения можно рассматривать а про ноз изменения состояний системы. Разработа сценариев относится  типичным неформализемым процедрам. Для составления сце103

нариев привлеаются специалисты, оторые должны знать общие заономерности развития систем. При составлении сценариев проводят анализ внтренних и внешних фаторов, влияющих на развитие системы, определяют источнии этих фаторов, целенаправленно анализирют высазывания ведщих специалистов в начных пблиациях по рассматриваемой тематие. Сценарий является предварительной информацией, на основе оторой проводится дальнейшая работа по про нозированию развития системы. Сценарий помо ает составить представление о проблеме, затем пристпают  более тщательным, а правило, оличественным процедрам анализа. Морфоло ичесие методы. Основная идея морфоло ичесих методов состоит в систематичесом переборе всех мыслимых вариантов решения проблемы или развития системы птем омбинирования выделенных элементов или их признаов. Системный аналити определяет все мыслимые параметры, от оторых может зависеть решение проблемы и представляет их в виде матриц-стро. Затем в этой матрице определяются все возможные сочетания параметров по одном из аждой строи. Полченные таим образом варианты подвер аются оцене и анализ с целью выбора наилчше о варианта решения проблемной ситации. Методоло ию морфоло ичесо о анализа можно проиллюстрировать на примере, асающемся разработи системы телевизионной связи. Рассмотрим табл. 3.1. Та б л и ц а 3 . 1 Независимая переменная

Цвет изображения

Размерности изображения Градация ярости Звовое сопровождение

Передача запахов Наличие обратной связи

104

Значение переменной

Черно-белое Одноцветное Двхцветное Трехцветное Семицветное Плосое изображение Объемное изображение Непрерывные Дисретные (оцифрованные) Без зва Монофоничесий зв Стереофоничесий зв Без передачи запахов С сопровождением запахов Без обратной связи С обратной связью

Эта таблица порождает 384 различные возможные системы телевизионной связи. Современном телевизионном вещанию соответствет тольо одна альтернатива. Таим образом, анализиря данню таблиц, можно сазать, что  телевидения широие возможности для дальнейше о развития. Деловые и ры. Деловыми и рами называется имитационное моделирование реальных ситаций. В процессе моделирования частнии и ры ведт себя таим образом, бдто они в реальности выполняют порченню им роль. Реальная ситация в данном слчае заменяется неоторой моделью. Чаще все о деловые и ры использются для обчения, однао их с спехом применяют и для эспериментально о енерирования альтернатив, особенно в слабо формализованных ситациях. Важная роль в деловых и рах отводится роводителю и ры, том, то правляет моделью, ре истрирет ход и ры и обобщает ее резльтаты. Методы эспертно о анализа. Методы эспертно о анализа разрабатывались для решения задачи стртрирования и системной ор анизации процесса полчения и одирования данных и знаний, источниом оторых является челове-эсперт. Методы эспертно о анализа применяются для решения слабоформализованных задач. Сть методов состоит в подборе рппы эспертов, являющихся специалистами в рассматриваемой области знаний. Перед ними формлирется задача, сажем, изложить свое мнение по проблеме, требющей решения, предложить пти развития системы, обосновать траеторию изменения состояний системы в бдщем и т. п. После полчения ответов появляется а бы оллетивное мнение, оллетивный вз ляд на решаемю проблем. В резльтате обработи эспертных ответов полчают наиболее вероятный про ноз по развитию системы. Метод «Дельфи». Метод «Дельфи» — итеративная процедра при проведении моз овой атаи, оторая должна снизить влияние психоло ичесих фаторов при проведении обсждений проблемы и повысить объетивность резльтатов. В отличие от традиционно о подхода  достижению со ласованности мнений эспертов птем отрытой дисссии метод «Дельфи» предпола ает полный отаз от оллетивных обсждений. Это делается для то о, чтобы меньшить влияние таих психоло ичесих фаторов, а присоединение  мнению наиболее авторитетно о специалиста, нежелание отазаться от пблично выраженно о мнения, следование за мнением большинства. В методе «Дельфи» прямые дебаты заменены тщательно разработанной прораммой последовательных индивидальных опросов, проводимых в форме анетирования. Ответы эспертов обобщаются и 105

нариев привлеаются специалисты, оторые должны знать общие заономерности развития систем. При составлении сценариев проводят анализ внтренних и внешних фаторов, влияющих на развитие системы, определяют источнии этих фаторов, целенаправленно анализирют высазывания ведщих специалистов в начных пблиациях по рассматриваемой тематие. Сценарий является предварительной информацией, на основе оторой проводится дальнейшая работа по про нозированию развития системы. Сценарий помо ает составить представление о проблеме, затем пристпают  более тщательным, а правило, оличественным процедрам анализа. Морфоло ичесие методы. Основная идея морфоло ичесих методов состоит в систематичесом переборе всех мыслимых вариантов решения проблемы или развития системы птем омбинирования выделенных элементов или их признаов. Системный аналити определяет все мыслимые параметры, от оторых может зависеть решение проблемы и представляет их в виде матриц-стро. Затем в этой матрице определяются все возможные сочетания параметров по одном из аждой строи. Полченные таим образом варианты подвер аются оцене и анализ с целью выбора наилчше о варианта решения проблемной ситации. Методоло ию морфоло ичесо о анализа можно проиллюстрировать на примере, асающемся разработи системы телевизионной связи. Рассмотрим табл. 3.1. Та б л и ц а 3 . 1 Независимая переменная

Цвет изображения

Размерности изображения Градация ярости Звовое сопровождение

Передача запахов Наличие обратной связи

104

Значение переменной

Черно-белое Одноцветное Двхцветное Трехцветное Семицветное Плосое изображение Объемное изображение Непрерывные Дисретные (оцифрованные) Без зва Монофоничесий зв Стереофоничесий зв Без передачи запахов С сопровождением запахов Без обратной связи С обратной связью

Эта таблица порождает 384 различные возможные системы телевизионной связи. Современном телевизионном вещанию соответствет тольо одна альтернатива. Таим образом, анализиря данню таблиц, можно сазать, что  телевидения широие возможности для дальнейше о развития. Деловые и ры. Деловыми и рами называется имитационное моделирование реальных ситаций. В процессе моделирования частнии и ры ведт себя таим образом, бдто они в реальности выполняют порченню им роль. Реальная ситация в данном слчае заменяется неоторой моделью. Чаще все о деловые и ры использются для обчения, однао их с спехом применяют и для эспериментально о енерирования альтернатив, особенно в слабо формализованных ситациях. Важная роль в деловых и рах отводится роводителю и ры, том, то правляет моделью, ре истрирет ход и ры и обобщает ее резльтаты. Методы эспертно о анализа. Методы эспертно о анализа разрабатывались для решения задачи стртрирования и системной ор анизации процесса полчения и одирования данных и знаний, источниом оторых является челове-эсперт. Методы эспертно о анализа применяются для решения слабоформализованных задач. Сть методов состоит в подборе рппы эспертов, являющихся специалистами в рассматриваемой области знаний. Перед ними формлирется задача, сажем, изложить свое мнение по проблеме, требющей решения, предложить пти развития системы, обосновать траеторию изменения состояний системы в бдщем и т. п. После полчения ответов появляется а бы оллетивное мнение, оллетивный вз ляд на решаемю проблем. В резльтате обработи эспертных ответов полчают наиболее вероятный про ноз по развитию системы. Метод «Дельфи». Метод «Дельфи» — итеративная процедра при проведении моз овой атаи, оторая должна снизить влияние психоло ичесих фаторов при проведении обсждений проблемы и повысить объетивность резльтатов. В отличие от традиционно о подхода  достижению со ласованности мнений эспертов птем отрытой дисссии метод «Дельфи» предпола ает полный отаз от оллетивных обсждений. Это делается для то о, чтобы меньшить влияние таих психоло ичесих фаторов, а присоединение  мнению наиболее авторитетно о специалиста, нежелание отазаться от пблично выраженно о мнения, следование за мнением большинства. В методе «Дельфи» прямые дебаты заменены тщательно разработанной прораммой последовательных индивидальных опросов, проводимых в форме анетирования. Ответы эспертов обобщаются и 105

вместе с новой дополнительной информацией постпают в распоряжение эспертов, после че о они точняют свои первоначальные ответы. Таая процедра повторяется несольо раз до полчения приемлемой сходимости совопности высазанных мнений. Методы типа дерева целей. Метод типа дерева целей, или дерева направлений про нозирования, подразмевает использование иерархичесой стртры, полченной птем разделения общей цели на подцели, а их, в свою очередь, на более детальные составляющие — новые подцели, фнции и т. д. Древовидные иерархичесие стртры использются при исследовании вопросов совершенствования ор анизационных систем. Таим образом, рассмотрены методы, оторые находят применение при решении задачи енерирования альтернатив. Важным моментом при решении данно о вопроса является итеративность. Сть ее состоит в том, что на любой последющей стадии системно о анализа должна быть возможность порождения новой альтернативы и влючения ее в состав анализиремых. При рассмотрении слабостртрированных проблем в ачестве метода анализа использют следющий подход. Берт за основ одн подходящю альтернатив и производят ее поша овое лчшение.

3.4.11. Реализация выбора и принятия решений Целевое предназначение все о системно о анализа состоит в том, чтобы в резльтате осществить выбор. Выбор или принятие решения есть сть поставленной задачи системно о анализа, онечный ито всей работы. Заазчи формлирет перед системным аналитиом проблем, оторая стоит перед ним. Е о интересют пра матичные вопросы. Например, сформлировать мероприятия, оторые арантировали бы быстрое развитие предприятия с обеспечением масимальной прибыли. Или же предложить наилчшее решение по обеспечению стабильно о элетроснабжения неоторо о ре иона. Системный аналити должен ответить на вопросы: «Что лчше — строить новю элетростанцию или провести модернизацию действющих, но выработавших свой ресрс? Каова бдет надежность элетростанции после проведения работ по модернизации? Бдет ли на допстимом ровне рис от ее эсплатации?» Заазчиа, в общем-то, не интересет, аим способом бдет выработано то или иное решение. Для не о важно, чтобы оно было обосновано и отвечало на поставленный вопрос. 106

Все описанные ранее этапы работ являлись предварительными, направленными на изчение проблемной ситации. Для то о, чтобы обоснованно подойти  решению задачи выбора изчается система и строится ее модель, изчаются цели, оторые ставит перед собой (и, естественно, системными аналитиами) заазчи, исследются возможные пти развития анализиремой системы, т. е. енерирются альтернативы. После столь тщательной проработи проблемной ситации настпает завершающий этап — этап принятия решения. Процедра принятия решения представляет собой действие над множеством альтернатив, в резльтате оторо о полчается подмножество выбранных альтернатив. Желательно, чтобы это была одна альтернатива. Сжение множества альтернатив возможно, если есть способ сравнения альтернатив межд собой и определения наиболее предпочтительных. Для то о чтобы имелась возможность сравнивать альтернативы необходимо выработать ритерий предпочтения. Проблема выбора сама по себе достаточно сложна. Она допсает сщественно различающиеся математичесие постанови задач. Отметим основные сложности, возниающие при решении задач выбора и принятия решений: — множество альтернатив может быть онечным, счетным или бесонечным; — оцена альтернативы может осществляться по одном или по несольим ритериям; — ритерии мо т иметь оличественное выражение или допсать тольо ачественню оцен; — режим выбора может быть одноратным или повторяющимся, допсающим обчение на опыте; — последствия выбора мо т быть точно известны, иметь вероятностный харатер или иметь неоднозначный исход, не допсающий введение вероятностей. Различные сочетания перечисленных вариантов приводят  мно ообразным задачам выбора. Для решения задач выбора предла аются различные подходы, наиболее распространенным из оторых является ритериальный подход. Основным предположением ритериально о подхода является следющее: аждю отдельно взятю альтернатив можно оценить онретным числом — значением ритерия. Критерии, на основе оторых осществляется выбор, имеют различные названия — ритерий ачества, целевая фнция, фнция предпочтений, фнция полезности и т. д. Объединяет их то, что все они слжат решению одной задачи — задачи выбора. 107

вместе с новой дополнительной информацией постпают в распоряжение эспертов, после че о они точняют свои первоначальные ответы. Таая процедра повторяется несольо раз до полчения приемлемой сходимости совопности высазанных мнений. Методы типа дерева целей. Метод типа дерева целей, или дерева направлений про нозирования, подразмевает использование иерархичесой стртры, полченной птем разделения общей цели на подцели, а их, в свою очередь, на более детальные составляющие — новые подцели, фнции и т. д. Древовидные иерархичесие стртры использются при исследовании вопросов совершенствования ор анизационных систем. Таим образом, рассмотрены методы, оторые находят применение при решении задачи енерирования альтернатив. Важным моментом при решении данно о вопроса является итеративность. Сть ее состоит в том, что на любой последющей стадии системно о анализа должна быть возможность порождения новой альтернативы и влючения ее в состав анализиремых. При рассмотрении слабостртрированных проблем в ачестве метода анализа использют следющий подход. Берт за основ одн подходящю альтернатив и производят ее поша овое лчшение.

3.4.11. Реализация выбора и принятия решений Целевое предназначение все о системно о анализа состоит в том, чтобы в резльтате осществить выбор. Выбор или принятие решения есть сть поставленной задачи системно о анализа, онечный ито всей работы. Заазчи формлирет перед системным аналитиом проблем, оторая стоит перед ним. Е о интересют пра матичные вопросы. Например, сформлировать мероприятия, оторые арантировали бы быстрое развитие предприятия с обеспечением масимальной прибыли. Или же предложить наилчшее решение по обеспечению стабильно о элетроснабжения неоторо о ре иона. Системный аналити должен ответить на вопросы: «Что лчше — строить новю элетростанцию или провести модернизацию действющих, но выработавших свой ресрс? Каова бдет надежность элетростанции после проведения работ по модернизации? Бдет ли на допстимом ровне рис от ее эсплатации?» Заазчиа, в общем-то, не интересет, аим способом бдет выработано то или иное решение. Для не о важно, чтобы оно было обосновано и отвечало на поставленный вопрос. 106

Все описанные ранее этапы работ являлись предварительными, направленными на изчение проблемной ситации. Для то о, чтобы обоснованно подойти  решению задачи выбора изчается система и строится ее модель, изчаются цели, оторые ставит перед собой (и, естественно, системными аналитиами) заазчи, исследются возможные пти развития анализиремой системы, т. е. енерирются альтернативы. После столь тщательной проработи проблемной ситации настпает завершающий этап — этап принятия решения. Процедра принятия решения представляет собой действие над множеством альтернатив, в резльтате оторо о полчается подмножество выбранных альтернатив. Желательно, чтобы это была одна альтернатива. Сжение множества альтернатив возможно, если есть способ сравнения альтернатив межд собой и определения наиболее предпочтительных. Для то о чтобы имелась возможность сравнивать альтернативы необходимо выработать ритерий предпочтения. Проблема выбора сама по себе достаточно сложна. Она допсает сщественно различающиеся математичесие постанови задач. Отметим основные сложности, возниающие при решении задач выбора и принятия решений: — множество альтернатив может быть онечным, счетным или бесонечным; — оцена альтернативы может осществляться по одном или по несольим ритериям; — ритерии мо т иметь оличественное выражение или допсать тольо ачественню оцен; — режим выбора может быть одноратным или повторяющимся, допсающим обчение на опыте; — последствия выбора мо т быть точно известны, иметь вероятностный харатер или иметь неоднозначный исход, не допсающий введение вероятностей. Различные сочетания перечисленных вариантов приводят  мно ообразным задачам выбора. Для решения задач выбора предла аются различные подходы, наиболее распространенным из оторых является ритериальный подход. Основным предположением ритериально о подхода является следющее: аждю отдельно взятю альтернатив можно оценить онретным числом — значением ритерия. Критерии, на основе оторых осществляется выбор, имеют различные названия — ритерий ачества, целевая фнция, фнция предпочтений, фнция полезности и т. д. Объединяет их то, что все они слжат решению одной задачи — задачи выбора. 107

Сравнение альтернатив сводится  сравнению резльтатов расчетов соответствющих ритериев. Если далее предположить, что выбор любой альтернативы приводит  однозначно определяемым последствиям и заданный ритерий численно выражает оцен этих последствий, то наилчшей альтернативой является та, оторая обладает наибольшим значением ритерия. Задача поиса наилчшей альтернативы, простая по постанове, часто оазывается сложной для решения, посоль метод ее решения определяется размерностью и типом множества альтернатив, а таже видом ритериальной фнции. Однао на пратие сложность отысания наилчшей альтернативы мно оратно возрастает, та а оценивание вариантов приходится проводить на основании несольих ритериев, ачественно различающихся межд собой. Если в резльтате сравнения по несольим ритериям полчилось, что одна альтернатива обладает наилчшими значениями по всем ритериям, то ситация выбора не представляет затрднений, именно эта альтернатива и бдет наилчшей. Однао таая ситация встречается лишь в теории. На пратие дело обстоит ораздо сложнее. В данной ситации приходим  необходимости решения мно оритериальных задач. Подходы  решению таих задач известны — это метод сведения мно оритериальной задачи  одноритериальной, метод словной масимизации, поис альтернативы с заданными свойствами, нахождение паретовсо о множества альтернатив. Выбор альтернативы на основании ритериально о подхода предпола ает, что выполненным являются несольо словий: известен ритерий, задан способ сравнения вариантов и метод нахождения лчше о из них. Однао это о оазывается недостаточно. При решении задач выбора необходимо читывать словия, при оторых осществляется выбор, и о раничения задачи, та а их изменение может привести  изменению решения при одном и том же ритерии. Оптимизационный подход нашел широое применение в задачах системно о анализа. Это обсловлено тем, что понятие оптимальности полчило стро ое и точное представление в математичесих теориях. Оптимизационный подход прочно вошел в прати проетирования и эсплатации техничесих систем, сы рал важню роль в формировании современных системных представлений, широо использется в административном правлении. Нахождение оптимальных вариантов особенно важно для оцени состояния современной технии и определения перспетив ее развития. Знание параметров оптимальной альтернативы позволяет составить представление о принципиально нелчшаемых возможностях техничесих объетов. Сравнение с 108

оптимальными параметрами помо ает решить вопрос о целесообразности дальнейших силий по лчшению поазателей ачества изделий. Однао  оптимизационно о подхода есть свои о раничения, требющие внимательно о и осторожно о обращения с ним. Остановимся на особенностях, наладывающих о раничения на применение оптимизационно о подхода и требющих чета при решении задач принятия решений: 1. Оптимальное решение часто оазывается чвствительным  изменению словий задачи. Следет читывать, что ино да таие изменения мо т привести  выбор сщественно отличающихся альтернатив. 2. Обычно система, для оторой принимается решение, входит в стртр более общей системы, т. е. является ее подсистемой, и решения оптимальные для этой подсистемы мо т входить в противоречие с целями надсистемы, т. е. возниает необходимость вязывать ритерии подсистем с ритериями надсистем. 3. Необходимо очень тщательно и срплезно подходить  выбор и обоснованию ритерия. Критерий должен выбираться из анализа цели исследования, при этом надо помнить, что он харатеризет цель лишь освенно, ино да хже, ино да лчше, но все да приближенно. 4. Помимо ритериев в оптимизационной задаче немаловажню роль и рают о раничения. Анализ сщества проблемной ситации и ачественное обоснование о раничений задачи имеют значительное влияние на принимаемое решение. Нередо даже небольшие изменения в о раничениях отражаются на принимаемом решении. Еще больший эффет полчается, о да одни о раничения заменяются др ими. Не задав всех необходимых о раничений, можно одновременно с оптимизацией основно о ритерия полчить непредвиденные и нежелательные эффеты. Таим образом, можно сделать вывод о том, что оптимизация — это мощное средство повышения эффетивности, но использовать е о необходимо осторожно, особенно при работе со сложными проблемными ситациями. Проблема еще более обостряется, о да речь идет о принятии решений в ор анизационных или социальных системах. Можно онстатировать, что оптимизационные задачи, оторые дается поставить при исследовании сложных систем, имеют обоснованный харатер, если описывают хорошо стртрированные системы, и являются заведомо приближенными, если относятся  системе в целом. Поэтом отметим, что оптимизационный подход является не единственным при решении задач выбора и принятия решений. Сществют др ие методы, оторые дополняют оптимизационный выбор. 109

Сравнение альтернатив сводится  сравнению резльтатов расчетов соответствющих ритериев. Если далее предположить, что выбор любой альтернативы приводит  однозначно определяемым последствиям и заданный ритерий численно выражает оцен этих последствий, то наилчшей альтернативой является та, оторая обладает наибольшим значением ритерия. Задача поиса наилчшей альтернативы, простая по постанове, часто оазывается сложной для решения, посоль метод ее решения определяется размерностью и типом множества альтернатив, а таже видом ритериальной фнции. Однао на пратие сложность отысания наилчшей альтернативы мно оратно возрастает, та а оценивание вариантов приходится проводить на основании несольих ритериев, ачественно различающихся межд собой. Если в резльтате сравнения по несольим ритериям полчилось, что одна альтернатива обладает наилчшими значениями по всем ритериям, то ситация выбора не представляет затрднений, именно эта альтернатива и бдет наилчшей. Однао таая ситация встречается лишь в теории. На пратие дело обстоит ораздо сложнее. В данной ситации приходим  необходимости решения мно оритериальных задач. Подходы  решению таих задач известны — это метод сведения мно оритериальной задачи  одноритериальной, метод словной масимизации, поис альтернативы с заданными свойствами, нахождение паретовсо о множества альтернатив. Выбор альтернативы на основании ритериально о подхода предпола ает, что выполненным являются несольо словий: известен ритерий, задан способ сравнения вариантов и метод нахождения лчше о из них. Однао это о оазывается недостаточно. При решении задач выбора необходимо читывать словия, при оторых осществляется выбор, и о раничения задачи, та а их изменение может привести  изменению решения при одном и том же ритерии. Оптимизационный подход нашел широое применение в задачах системно о анализа. Это обсловлено тем, что понятие оптимальности полчило стро ое и точное представление в математичесих теориях. Оптимизационный подход прочно вошел в прати проетирования и эсплатации техничесих систем, сы рал важню роль в формировании современных системных представлений, широо использется в административном правлении. Нахождение оптимальных вариантов особенно важно для оцени состояния современной технии и определения перспетив ее развития. Знание параметров оптимальной альтернативы позволяет составить представление о принципиально нелчшаемых возможностях техничесих объетов. Сравнение с 108

оптимальными параметрами помо ает решить вопрос о целесообразности дальнейших силий по лчшению поазателей ачества изделий. Однао  оптимизационно о подхода есть свои о раничения, требющие внимательно о и осторожно о обращения с ним. Остановимся на особенностях, наладывающих о раничения на применение оптимизационно о подхода и требющих чета при решении задач принятия решений: 1. Оптимальное решение часто оазывается чвствительным  изменению словий задачи. Следет читывать, что ино да таие изменения мо т привести  выбор сщественно отличающихся альтернатив. 2. Обычно система, для оторой принимается решение, входит в стртр более общей системы, т. е. является ее подсистемой, и решения оптимальные для этой подсистемы мо т входить в противоречие с целями надсистемы, т. е. возниает необходимость вязывать ритерии подсистем с ритериями надсистем. 3. Необходимо очень тщательно и срплезно подходить  выбор и обоснованию ритерия. Критерий должен выбираться из анализа цели исследования, при этом надо помнить, что он харатеризет цель лишь освенно, ино да хже, ино да лчше, но все да приближенно. 4. Помимо ритериев в оптимизационной задаче немаловажню роль и рают о раничения. Анализ сщества проблемной ситации и ачественное обоснование о раничений задачи имеют значительное влияние на принимаемое решение. Нередо даже небольшие изменения в о раничениях отражаются на принимаемом решении. Еще больший эффет полчается, о да одни о раничения заменяются др ими. Не задав всех необходимых о раничений, можно одновременно с оптимизацией основно о ритерия полчить непредвиденные и нежелательные эффеты. Таим образом, можно сделать вывод о том, что оптимизация — это мощное средство повышения эффетивности, но использовать е о необходимо осторожно, особенно при работе со сложными проблемными ситациями. Проблема еще более обостряется, о да речь идет о принятии решений в ор анизационных или социальных системах. Можно онстатировать, что оптимизационные задачи, оторые дается поставить при исследовании сложных систем, имеют обоснованный харатер, если описывают хорошо стртрированные системы, и являются заведомо приближенными, если относятся  системе в целом. Поэтом отметим, что оптимизационный подход является не единственным при решении задач выбора и принятия решений. Сществют др ие методы, оторые дополняют оптимизационный выбор. 109

Отметим их. Одним из таих методов является эспертный метод. Он применяется в тех слчаях, о да при исследовании сложных систем возниают проблемы, оторые не дается представить в виде формальных математичесих задач. В таих слчаях прибе ают  сл ам эспертов, лиц, чья интиция и опыт мот меньшить сложность проблемы. И, наонец, для решения задач выбора и принятия решений в сложных проблемных ситациях создаются специальные человео-машинные, проблемноориентированные системы. Системы поддержи решений ориентированы не на автоматизацию фнций лица, принимающе о решение, а на предоставление ем помощи в поисе хороше о решения. Подводя ито , отметим, что проблема выбора и принятия решений — центральная проблема системно о анализа. Налицо сложности, оторые возниают перед системным аналитиом. Но, с др ой стороны, имеется развитый математичесий и эвристичесий аппарат, оторый является мощным оржием, помо ающим обоснованно подходить  проблеме выбора.

3.4.12. Внедрение резльтатов анализа Системный анализ является приладной наой, е о онечная цель — изменение сществющей ситации в соответствии с поставленными целями. Оончательное сждение о правильности и полезности системно о анализа можно сделать лишь на основании резльтатов е о пратичесо о применения. Конечный резльтат бдет зависеть не тольо от то о, насольо совершенны и теоретичеси обоснованы методы, применяемые при проведении анализа, но и от то о, насольо рамотно и ачественно реализованы полченные реомендации. В настоящее время вопросам внедрения резльтатов системно о анализа в прати деляется повышенное внимание. В этом направлении можно отметить работы Р. Аоффа и П. Челэнда. Следет заметить, что пратиа системных исследований и пратиа внедрения их резльтатов сщественно различаются для систем разных типов. Со ласно лассифиации, введенной П. Челэндом, системы делятся на три типа: естественные, иссственные и социотехничесие системы. В системах перво о типа связи образованы и действют природным образом. Примерами таих систем мо т слжить эоло ичесие, физичесие, химичесие, биоло ичесие и т. п. системы. В системах второ о типа связи образованы в резльтате человечесой деятельности. Примерами мо т слжить всевозможные техничесие системы. 110

В системах третье о типа, помимо природных связей, важню роль и рают межличностные связи. Таие связи обсловлены не природными свойствами объетов, а льтрными традициями, воспитанием частвющих в системе сбъетов, их харатером и др. особенностями. Системный анализ применяется для исследования систем всех трех типов. В аждой из систем есть свои особенности, требющие чета при ор анизации работ по внедрению резльтатов. Наиболее велиа доля слабостртрированных проблем в системах третье о типа. Следовательно, наиболее сложна пратиа внедрения резльтатов системных исследований в этих системах. При внедрении резльтатов системно о анализа необходимо иметь ввид следющее обстоятельство. Работа осществляется на лиента (заазчиа), обладающе о властью, достаточной для изменения системы теми способами, оторые бдт определены в резльтате системно о анализа. В работе должны непосредственно частвовать все заинтересованные стороны. Заинтересованные стороны — это те, то отвечает за решение проблемы, и те, о о эта проблема непосредственно асается. В резльтате внедрения системных исследований необходимо обеспечить лчшение работы ор анизации заазчиа с точи зрения хотя бы одной из заинтересованных сторон, при этом не допсаются хдшения этой работы с точи зрения всех остальных частниов проблемной ситации. Говоря о внедрении резльтатов системно о анализа, важно отметить, что в реальной жизни ситация, о да сначала проводят исследования, а затем их резльтаты внедряют в прати встречается райне редо, лишь в тех слчаях, о да речь идет о простых системах. Социотехничесие системы изменяются с течением времени а сами по себе, та и под влиянием исследований. В процессе проведения системно о анализа изменяется состояние проблемной ситации, цели системы, персональный и оличественный состав частниов, соотношения межд заинтересованными сторонами. Кроме то о, следет заметить, что реализация принятых решений влияет на все фаторы фнционирования системы. Этапы исследования и внедрения в тао о типа системах фатичеси сливаются. То есть идет итеративный процесс. Проводимые исследования оазывают влияние на жизнедеятельность системы и это видоизменяет проблемню ситацию, ставит новю задач исследований. Новая проблемная ситация стимлирет дальнейшее проведение системно о анализа и т. д. Таим образом, проблема постепенно решается в ходе ативно о исследования. 111

Отметим их. Одним из таих методов является эспертный метод. Он применяется в тех слчаях, о да при исследовании сложных систем возниают проблемы, оторые не дается представить в виде формальных математичесих задач. В таих слчаях прибе ают  сл ам эспертов, лиц, чья интиция и опыт мот меньшить сложность проблемы. И, наонец, для решения задач выбора и принятия решений в сложных проблемных ситациях создаются специальные человео-машинные, проблемноориентированные системы. Системы поддержи решений ориентированы не на автоматизацию фнций лица, принимающе о решение, а на предоставление ем помощи в поисе хороше о решения. Подводя ито , отметим, что проблема выбора и принятия решений — центральная проблема системно о анализа. Налицо сложности, оторые возниают перед системным аналитиом. Но, с др ой стороны, имеется развитый математичесий и эвристичесий аппарат, оторый является мощным оржием, помо ающим обоснованно подходить  проблеме выбора.

3.4.12. Внедрение резльтатов анализа Системный анализ является приладной наой, е о онечная цель — изменение сществющей ситации в соответствии с поставленными целями. Оончательное сждение о правильности и полезности системно о анализа можно сделать лишь на основании резльтатов е о пратичесо о применения. Конечный резльтат бдет зависеть не тольо от то о, насольо совершенны и теоретичеси обоснованы методы, применяемые при проведении анализа, но и от то о, насольо рамотно и ачественно реализованы полченные реомендации. В настоящее время вопросам внедрения резльтатов системно о анализа в прати деляется повышенное внимание. В этом направлении можно отметить работы Р. Аоффа и П. Челэнда. Следет заметить, что пратиа системных исследований и пратиа внедрения их резльтатов сщественно различаются для систем разных типов. Со ласно лассифиации, введенной П. Челэндом, системы делятся на три типа: естественные, иссственные и социотехничесие системы. В системах перво о типа связи образованы и действют природным образом. Примерами таих систем мо т слжить эоло ичесие, физичесие, химичесие, биоло ичесие и т. п. системы. В системах второ о типа связи образованы в резльтате человечесой деятельности. Примерами мо т слжить всевозможные техничесие системы. 110

В системах третье о типа, помимо природных связей, важню роль и рают межличностные связи. Таие связи обсловлены не природными свойствами объетов, а льтрными традициями, воспитанием частвющих в системе сбъетов, их харатером и др. особенностями. Системный анализ применяется для исследования систем всех трех типов. В аждой из систем есть свои особенности, требющие чета при ор анизации работ по внедрению резльтатов. Наиболее велиа доля слабостртрированных проблем в системах третье о типа. Следовательно, наиболее сложна пратиа внедрения резльтатов системных исследований в этих системах. При внедрении резльтатов системно о анализа необходимо иметь ввид следющее обстоятельство. Работа осществляется на лиента (заазчиа), обладающе о властью, достаточной для изменения системы теми способами, оторые бдт определены в резльтате системно о анализа. В работе должны непосредственно частвовать все заинтересованные стороны. Заинтересованные стороны — это те, то отвечает за решение проблемы, и те, о о эта проблема непосредственно асается. В резльтате внедрения системных исследований необходимо обеспечить лчшение работы ор анизации заазчиа с точи зрения хотя бы одной из заинтересованных сторон, при этом не допсаются хдшения этой работы с точи зрения всех остальных частниов проблемной ситации. Говоря о внедрении резльтатов системно о анализа, важно отметить, что в реальной жизни ситация, о да сначала проводят исследования, а затем их резльтаты внедряют в прати встречается райне редо, лишь в тех слчаях, о да речь идет о простых системах. Социотехничесие системы изменяются с течением времени а сами по себе, та и под влиянием исследований. В процессе проведения системно о анализа изменяется состояние проблемной ситации, цели системы, персональный и оличественный состав частниов, соотношения межд заинтересованными сторонами. Кроме то о, следет заметить, что реализация принятых решений влияет на все фаторы фнционирования системы. Этапы исследования и внедрения в тао о типа системах фатичеси сливаются. То есть идет итеративный процесс. Проводимые исследования оазывают влияние на жизнедеятельность системы и это видоизменяет проблемню ситацию, ставит новю задач исследований. Новая проблемная ситация стимлирет дальнейшее проведение системно о анализа и т. д. Таим образом, проблема постепенно решается в ходе ативно о исследования. 111

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

Объясните, почем системность является общим свойством материи. Что таое системные представления? Рассажите о системном подходе и системных исследованиях. Расройте термин «системный анализ». Каие Вы знаете определения системно(о анализа? Из аих этапов состоит системный анализ? Ка Вы представляете себе методи системно(о анализа? Перечислите процедры системно(о анализа. В чем состоит формлирование проблемы при системном анализе? Дайте определение цели системно(о анализа. Каов порядо анализа стртры системы? С аой целью осществляется сбор данных о фнционировании системы? Каие Вы знаете методы анализа информационных потоов? Зачем необходимо построение модели системы? Ка осществляется провера адеватности модели системы? В чем состоит анализ неопределенности и чвствительности модели системы? Рассажите о видах ресрсов, использемых при реализации задач системно(о анализа. С аой целью выполняется формирование ритериев для системно(о анализа? Каим образом производится (енерирование альтернатив при системном анализе? Перечислите методы, использемые в системном анализе для проведения работы по формированию множества альтернатив. Каие сложности возниают при решении задач выбора и принятия решений? Каим образом осществляется внедрение резльтатов системно(о анализа?

Глава 4 МОДЕЛИ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ АСУ

В этой лаве изложены цели и задачи стртрно о анализа АСУ с позиций ор анизации, фнций правления, использемых ал оритмов, с позиций использемых техничесих средств. Рассмотрены три обычно использемых ровня описания стртры АСУ. Приводится аппарат формализации описания стртры, для че о изла аются минимально необходимые сведе112

ния из теории рафов. Рассмотрен ал оритм порядочивания, позволяющий формально разместить элементы стртры по ровням стртры. Изложена последовательность введения числовой фнции, что позволяет определять масимальные и минимальные пти на стртре. Приведенный ал оритм деомпозиции стртры АСУ позволяет минимизировать число элементов, составляющих систем, исходя тольо из стртрных свойств этой системы. Методиа анализа потоов информации является мощным средством решения множества пратичесих задач. Рассмотренные математичесие модели стртрно-тополо ичесих харатеристи систем позволяют оличественно оценить ачество стртры и ее элементов с позиций общесистемно о подхода. Предложена методиа построения моделей фнционирования ор анизационных систем. В резльтате изчения материала данной лавы стденты должны знать принципы, методы и средства системно о анализа, основные лассы моделей ор анизационных стртр, методы их формализации и ал оритмизации. Они должны меть выполнять общесистемный анализ и необходимые общесистемные расчеты.

4.1. Цели и задачи стртрноо анализа АСУ Одной из лавных задач стртрно о анализа АСУ является построение на лядной формальной модели, отображающей процесс взаимодействия межд элементами или подсистемами, составляющими систем, а таже их взаимодействие с внешней средой. При создании АСУ их стртрные модели мо т рассматриваться с различных позиций: с позиции ор анизации, фнций правления, использемых ал оритмов, использемых техничесих средств и т.п. В соответствии с этим мо т быть выделены следющие аспеты стртры одной и той же системы и, а следствие, следющие модели: — ор анизационная стртра и ее модель; — фнциональная стртра и ее модель; — ал оритмичесая стртра и ее модель; — техничесая стртра и ее модель и т.п. Ор анизационная стртра. Ка правило, она отображает собой стртр правления, оторая сложилась на объете автоматизации (например, на предприятии) и оторая совершенствется при внедрении АСУ. Эта стртра является основной и именно с нее следет начинать анализ и последющий синтез АСУ. 113

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

Объясните, почем системность является общим свойством материи. Что таое системные представления? Рассажите о системном подходе и системных исследованиях. Расройте термин «системный анализ». Каие Вы знаете определения системно(о анализа? Из аих этапов состоит системный анализ? Ка Вы представляете себе методи системно(о анализа? Перечислите процедры системно(о анализа. В чем состоит формлирование проблемы при системном анализе? Дайте определение цели системно(о анализа. Каов порядо анализа стртры системы? С аой целью осществляется сбор данных о фнционировании системы? Каие Вы знаете методы анализа информационных потоов? Зачем необходимо построение модели системы? Ка осществляется провера адеватности модели системы? В чем состоит анализ неопределенности и чвствительности модели системы? Рассажите о видах ресрсов, использемых при реализации задач системно(о анализа. С аой целью выполняется формирование ритериев для системно(о анализа? Каим образом производится (енерирование альтернатив при системном анализе? Перечислите методы, использемые в системном анализе для проведения работы по формированию множества альтернатив. Каие сложности возниают при решении задач выбора и принятия решений? Каим образом осществляется внедрение резльтатов системно(о анализа?

Глава 4 МОДЕЛИ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ АСУ

В этой лаве изложены цели и задачи стртрно о анализа АСУ с позиций ор анизации, фнций правления, использемых ал оритмов, с позиций использемых техничесих средств. Рассмотрены три обычно использемых ровня описания стртры АСУ. Приводится аппарат формализации описания стртры, для че о изла аются минимально необходимые сведе112

ния из теории рафов. Рассмотрен ал оритм порядочивания, позволяющий формально разместить элементы стртры по ровням стртры. Изложена последовательность введения числовой фнции, что позволяет определять масимальные и минимальные пти на стртре. Приведенный ал оритм деомпозиции стртры АСУ позволяет минимизировать число элементов, составляющих систем, исходя тольо из стртрных свойств этой системы. Методиа анализа потоов информации является мощным средством решения множества пратичесих задач. Рассмотренные математичесие модели стртрно-тополо ичесих харатеристи систем позволяют оличественно оценить ачество стртры и ее элементов с позиций общесистемно о подхода. Предложена методиа построения моделей фнционирования ор анизационных систем. В резльтате изчения материала данной лавы стденты должны знать принципы, методы и средства системно о анализа, основные лассы моделей ор анизационных стртр, методы их формализации и ал оритмизации. Они должны меть выполнять общесистемный анализ и необходимые общесистемные расчеты.

4.1. Цели и задачи стртрноо анализа АСУ Одной из лавных задач стртрно о анализа АСУ является построение на лядной формальной модели, отображающей процесс взаимодействия межд элементами или подсистемами, составляющими систем, а таже их взаимодействие с внешней средой. При создании АСУ их стртрные модели мо т рассматриваться с различных позиций: с позиции ор анизации, фнций правления, использемых ал оритмов, использемых техничесих средств и т.п. В соответствии с этим мо т быть выделены следющие аспеты стртры одной и той же системы и, а следствие, следющие модели: — ор анизационная стртра и ее модель; — фнциональная стртра и ее модель; — ал оритмичесая стртра и ее модель; — техничесая стртра и ее модель и т.п. Ор анизационная стртра. Ка правило, она отображает собой стртр правления, оторая сложилась на объете автоматизации (например, на предприятии) и оторая совершенствется при внедрении АСУ. Эта стртра является основной и именно с нее следет начинать анализ и последющий синтез АСУ. 113

Основными элементами ор анизационной стртры являются подразделения аппарата правления и отдельные лица-операторы, оторые связаны с анализом доментооборота и процедрой принятия правленчесих решений. Основные направления совершенствования ор анизационной стртры: — соращение излишних подразделений или операторов; — минимизация связей межд этими элементами системы (подразделения и операторы); — повышение пропсной способности этих связей; — порядочение доментооборота; — ливидация цилов в движении доментов и т.п. При анализе ор анизационной стртры решаются следющие задачи: — описание состава ор анизации и построение ее стртрной схемы; — определение фнций отдельных подразделений и операторов; — описание материальных и информационных связей; — построение обобщенной стртрной информационной модели ор анизации. Фнциональная стртра.Она отображает фнции, выполняемые отдельными элементами системы (подразделениями и операторами) в составе ор анизационной стртры. В принципе одной и той же ор анизационной стртре может соответствовать несольо различных фнциональных стртр. Основные направления совершенствования фнциональной стртры: — странение параллелизма в выполнении фнций правления; — освобождение элементов системы от выполнения фнций, не предсмотренных соответствющими должностными обязанностями; — перераспределение фнций правления с целью оптимизации; — создание масимально четих онтров ответственности. При анализе фнциональной стртры решаются следющие основные задачи: — изчаются фнции правления в стртрных подразделениях системы; — выбирается состав фнций, подлежащих автоматизации; — определяется взаимосвязь этих фнций; — составляется обобщенная фнциональная стртра задач правления. 114

Ал оритмичесая стртра. Она отображает совопность использемых ал оритмов и последовательность их деомпозиции, что позволяет в дальнейшем перейти  созданию про раммно о обеспечения. Основные направления совершенствования ал оритмичесой стртры: — использование стандартных (типовых) ал оритмов обработи информации; — повышение точности, сорости и надежности вычислений; — соращение требемых объемов памяти; — совершенствование отдельных ал оритмов. При анализе ал оритмичесой стртры решаются следющие задачи: — выделение омплесов задач, отдельных задач, ал оритмов, модлей ал оритмов и т. п.; — определение их информационно-ло ичесой взаимосвязи; — определение последовательности их реализации. Техничесая стртра. Техничесая стртра отображает перечень и взаимосвязь техничесих стройств, использемых для построения системы. При анализе техничесой стртры решаются следющие задачи: — определяются элементы, частвющие в основных информационных процессах: ре истрация и под отова информации, сбор и передача, хранение и обработа, воспроизведение и выдача; — составляется формальная стртрная модель системы техничесих средств с четом тополо ии расположения элементов, информационной и энер етичесой их взаимосвязи, а таже связи с внешней средой.

4.2. Уровни описания стртры АСУ Независимо от перечисленных аспетов рассмотрения системы, общая задача стртрно о анализа состоит в том, чтобы, исходя из заданно о описания элементов и непосредственных связей межд ними, полчить залючение о стртрных свойствах системы и ее основных подсистем. Применительно  автоматизированным системам использется три ровня их описания: — наличие связей; — наличие и направление связей; — наличие и направление связей и вид и направление движения си налов, оторые определяются взаимодействием элементов. 115

Основными элементами ор анизационной стртры являются подразделения аппарата правления и отдельные лица-операторы, оторые связаны с анализом доментооборота и процедрой принятия правленчесих решений. Основные направления совершенствования ор анизационной стртры: — соращение излишних подразделений или операторов; — минимизация связей межд этими элементами системы (подразделения и операторы); — повышение пропсной способности этих связей; — порядочение доментооборота; — ливидация цилов в движении доментов и т.п. При анализе ор анизационной стртры решаются следющие задачи: — описание состава ор анизации и построение ее стртрной схемы; — определение фнций отдельных подразделений и операторов; — описание материальных и информационных связей; — построение обобщенной стртрной информационной модели ор анизации. Фнциональная стртра.Она отображает фнции, выполняемые отдельными элементами системы (подразделениями и операторами) в составе ор анизационной стртры. В принципе одной и той же ор анизационной стртре может соответствовать несольо различных фнциональных стртр. Основные направления совершенствования фнциональной стртры: — странение параллелизма в выполнении фнций правления; — освобождение элементов системы от выполнения фнций, не предсмотренных соответствющими должностными обязанностями; — перераспределение фнций правления с целью оптимизации; — создание масимально четих онтров ответственности. При анализе фнциональной стртры решаются следющие основные задачи: — изчаются фнции правления в стртрных подразделениях системы; — выбирается состав фнций, подлежащих автоматизации; — определяется взаимосвязь этих фнций; — составляется обобщенная фнциональная стртра задач правления. 114

Ал оритмичесая стртра. Она отображает совопность использемых ал оритмов и последовательность их деомпозиции, что позволяет в дальнейшем перейти  созданию про раммно о обеспечения. Основные направления совершенствования ал оритмичесой стртры: — использование стандартных (типовых) ал оритмов обработи информации; — повышение точности, сорости и надежности вычислений; — соращение требемых объемов памяти; — совершенствование отдельных ал оритмов. При анализе ал оритмичесой стртры решаются следющие задачи: — выделение омплесов задач, отдельных задач, ал оритмов, модлей ал оритмов и т. п.; — определение их информационно-ло ичесой взаимосвязи; — определение последовательности их реализации. Техничесая стртра. Техничесая стртра отображает перечень и взаимосвязь техничесих стройств, использемых для построения системы. При анализе техничесой стртры решаются следющие задачи: — определяются элементы, частвющие в основных информационных процессах: ре истрация и под отова информации, сбор и передача, хранение и обработа, воспроизведение и выдача; — составляется формальная стртрная модель системы техничесих средств с четом тополо ии расположения элементов, информационной и энер етичесой их взаимосвязи, а таже связи с внешней средой.

4.2. Уровни описания стртры АСУ Независимо от перечисленных аспетов рассмотрения системы, общая задача стртрно о анализа состоит в том, чтобы, исходя из заданно о описания элементов и непосредственных связей межд ними, полчить залючение о стртрных свойствах системы и ее основных подсистем. Применительно  автоматизированным системам использется три ровня их описания: — наличие связей; — наличие и направление связей; — наличие и направление связей и вид и направление движения си налов, оторые определяются взаимодействием элементов. 115

На первом ровне, о да исходят лишь из наличия или отстствия связей, изчаемой системе может быть поставлен в соответствие неориентированный раф, вершины оторо о отображают элементы системы, а ребра — сществющие межд элементами связи. Основные задачи, решаемые на этом ровне: — определение связности (целостности) системы. Если система оазывается несвязной, то ставят задач выделения изолированных связных подсистем со списами входящих в них элементов; — выделение цилов; — определение минимальных и масимальных последовательностей элементов (цепей), разделяющих элементы др от др а. На втором ровне, о да задано направление связей, изчаемой системе соответствет ориентированный раф, направление д оторо о совпадает с направлением связей. Резльтаты стртрно о анализа на этом ровне оазываются более содержательными. К задачам анализа на этом ровне относят: — определение связности (целостности) системы; — тополо ичесая деомпозиция системы с выделением сильно связанных подсистем; — нахождение входных и выходных полюсов системы и в соответствии с этим выделение пнтов приема и выдачи информации; — выделение ровней в системе и определение их взаимосвязей; — определение масимальных и минимальных птей; — определение харатеристи тополо ичесой значимости элементов; — полчение информации о слабых местах в стртре. На третьем ровне описания связей не тольо читывается наличие и направление связей, но и расрывается состав и харатер си налов взаимодействия элементов. Система отображается с помощью специально вводимых схем или моделей сопряжения. Основные задачи на этом ровне: — определение харатера си налов (входные, выходные, правляющие и т.п.); — построение моделей фнционирования элементов системы и самой системы. 116

4.3. Формализация описания стртры методами теории рафов Принцип представления стртры в виде рафа чрезвычайно прост. Чаще все о элементам системы ставят в соответствие вершины рафа, а связям — ребра. Рассмотрим неоторые основные определения, непосредственно связанные с задачами стртрно о анализа АСУ.

4.3.1. Способы формализованноо задания рафа А. Графичесое представление. Это наиболее на лядный способ представления отношений межд элементами, е о недостато — относительная сложность использования ЭВМ для анализа. Б. Матричное представление. Матрица смежности вершин для неориентированно о рафа имеет вид: A = ||aij ||, i, j = 1, n , де n — число вершин рафа, aij =

1, если сществет связь межд i и j вершинами; 0, в противном слчае.

Для ориентированно о рафа матрица смежности A = ||aij ||,

i, j = 1, n ,

задается следющим образом: aij =

1, если из вершины i можно перейти в вершин j; 0, в противном слчае.

Матрица инциденций B = ||bij ||, i = 1, n , j = 1, m , де n — число вершин, m — число ребер, определяется следющим образом: для неориентированно о рафа: bij =

1, если i-тая вершина инцидентна j-том ребр 0, в противном слчае. 117

На первом ровне, о да исходят лишь из наличия или отстствия связей, изчаемой системе может быть поставлен в соответствие неориентированный раф, вершины оторо о отображают элементы системы, а ребра — сществющие межд элементами связи. Основные задачи, решаемые на этом ровне: — определение связности (целостности) системы. Если система оазывается несвязной, то ставят задач выделения изолированных связных подсистем со списами входящих в них элементов; — выделение цилов; — определение минимальных и масимальных последовательностей элементов (цепей), разделяющих элементы др от др а. На втором ровне, о да задано направление связей, изчаемой системе соответствет ориентированный раф, направление д оторо о совпадает с направлением связей. Резльтаты стртрно о анализа на этом ровне оазываются более содержательными. К задачам анализа на этом ровне относят: — определение связности (целостности) системы; — тополо ичесая деомпозиция системы с выделением сильно связанных подсистем; — нахождение входных и выходных полюсов системы и в соответствии с этим выделение пнтов приема и выдачи информации; — выделение ровней в системе и определение их взаимосвязей; — определение масимальных и минимальных птей; — определение харатеристи тополо ичесой значимости элементов; — полчение информации о слабых местах в стртре. На третьем ровне описания связей не тольо читывается наличие и направление связей, но и расрывается состав и харатер си налов взаимодействия элементов. Система отображается с помощью специально вводимых схем или моделей сопряжения. Основные задачи на этом ровне: — определение харатера си налов (входные, выходные, правляющие и т.п.); — построение моделей фнционирования элементов системы и самой системы. 116

4.3. Формализация описания стртры методами теории рафов Принцип представления стртры в виде рафа чрезвычайно прост. Чаще все о элементам системы ставят в соответствие вершины рафа, а связям — ребра. Рассмотрим неоторые основные определения, непосредственно связанные с задачами стртрно о анализа АСУ.

4.3.1. Способы формализованноо задания рафа А. Графичесое представление. Это наиболее на лядный способ представления отношений межд элементами, е о недостато — относительная сложность использования ЭВМ для анализа. Б. Матричное представление. Матрица смежности вершин для неориентированно о рафа имеет вид: A = ||aij ||, i, j = 1, n , де n — число вершин рафа, aij =

1, если сществет связь межд i и j вершинами; 0, в противном слчае.

Для ориентированно о рафа матрица смежности A = ||aij ||,

i, j = 1, n ,

задается следющим образом: aij =

1, если из вершины i можно перейти в вершин j; 0, в противном слчае.

Матрица инциденций B = ||bij ||, i = 1, n , j = 1, m , де n — число вершин, m — число ребер, определяется следющим образом: для неориентированно о рафа: bij =

1, если i-тая вершина инцидентна j-том ребр 0, в противном слчае. 117

для ориентированно о рафа: –1

1, если i-тая вершина — начало j-то о ребра; –1, если i-тая вершина — онец j-то о ребра; 0, если i-тая вершина не инцидентна j-том ребр.

bij =

j

1

2

3

4

5

1

0

1

1

0

0

2

0

0

0

0

3

0

0

0

4

0

1

0

5

1

1

0

i

118

j

Ý3

1

2

3

4

5

6

7

1

1

1

-1

0

0

0

0

0

2

-1

0

0

-1

-1

0

0

1

1

3

0

-1

0

0

0

1

1

0

0

4

0

0

0

0

1

0

-1

0

0

5

0

0

1

1

0

-1

0

Рис. 4.1. Правило построения bij

2

1

4

3

Рис. 4.2. Стр тра системы

5

2

1

Ý4 Ý5

Та б л и ц а 4 . 2 i

Ý1

0

Рис. 4.1. иллюстрирет это положение. В. Множественное представление. В этом слчае для ориентированно о рафа G(V ) задается множество вершин V и соответствие G, оторое поазывает, а связаны межд собой вершины. Для аждой вершины i соответствие G определяет множество вершин G(i), в оторые можно непосредственно попасть из вершины i. Это множество называется множеством правых инциденций. Множество G-1(i) определяет все вершины, из оторых можно непосредственно попасть в вершин i. Это множество называется множеством левых инциденций. Таим образом, ориентированный раф задается перечислением (списом) множеств вида G(i), либо множеств вида G-1(i)для всех вершин рафа. Таой способ оазывается наиболее омпатным и эффетивным при задании исходной информации о стртре для решения задач синтеза, особенно для иерархичесих стртр. Пример. Псть стртра системы имеет вид, поазанный на рис. 4.2. Необходимо представить ее рассмотренными способами. Строим раф системы (рис. 4.3), матрицы смежности (табл. 4.1) и инциденций (табл. 4.2). Множественное задание стртры: G(1) = (2,3), G(2) = 0, G(3) = (5,4), G(4) = (2), G(5) = (1,2). Или G -1(1) = (5), G -1(2) = = (1, 5, 4), G-1(3) = (1), G-1(4) = (3), G-1(5) = (3). Та б л и ц а 4 . 1

i

Ý2

+1

5

3

7

4

6

Рис. 4.3. Граф системы

Определение цепи, пти, цила, онтра. Цепью называется таая последовательность ребер E0, E1, …, Ek-1, Ek, о да аждое ребро Ek-1 соприасается одним из онцов с ребром Ek. Цепь можно обозначить последовательностью вершин, оторые она содержит. Например, для рафа, представленно о на рис. 4.4, цепью бдет (1, 4, 3, 5) или (1, 3, 4) (рис. 4.5). 2 1

3

5

4

Рис. 4.4. Вид ,рафа

1

3

1

3

èëè 5

4

4

Рис. 4.5. Вид цепи

Понятие цепи обычно использется для 2 неориентированных рафов. 3 Птем называется таая последователь- 1 ность д , о да онец аждой предыдщей 4 д и совпадает с началом последющей. Например, для рафа (рис. 4.3) последоваРис. 4.6. Вид пти тельность д (1, 3), (3, 4), (4, 2) является птем (рис. 4.6). Понятие пти обычно использется для ориентированных рафов. Цилом называется таая онечная цепь, оторая начинается и заанчивается в одной вершине. Например, на рис. 4.5 цепь (1, 4, 3) является цилом. Понятие цила имеет смысл тольо для неориентированных рафов. 119

для ориентированно о рафа: –1

1, если i-тая вершина — начало j-то о ребра; –1, если i-тая вершина — онец j-то о ребра; 0, если i-тая вершина не инцидентна j-том ребр.

bij =

j

1

2

3

4

5

1

0

1

1

0

0

2

0

0

0

0

3

0

0

0

4

0

1

0

5

1

1

0

i

118

j

Ý3

1

2

3

4

5

6

7

1

1

1

-1

0

0

0

0

0

2

-1

0

0

-1

-1

0

0

1

1

3

0

-1

0

0

0

1

1

0

0

4

0

0

0

0

1

0

-1

0

0

5

0

0

1

1

0

-1

0

Рис. 4.1. Правило построения bij

2

1

4

3

Рис. 4.2. Стр тра системы

5

2

1

Ý4 Ý5

Та б л и ц а 4 . 2 i

Ý1

0

Рис. 4.1. иллюстрирет это положение. В. Множественное представление. В этом слчае для ориентированно о рафа G(V ) задается множество вершин V и соответствие G, оторое поазывает, а связаны межд собой вершины. Для аждой вершины i соответствие G определяет множество вершин G(i), в оторые можно непосредственно попасть из вершины i. Это множество называется множеством правых инциденций. Множество G-1(i) определяет все вершины, из оторых можно непосредственно попасть в вершин i. Это множество называется множеством левых инциденций. Таим образом, ориентированный раф задается перечислением (списом) множеств вида G(i), либо множеств вида G-1(i)для всех вершин рафа. Таой способ оазывается наиболее омпатным и эффетивным при задании исходной информации о стртре для решения задач синтеза, особенно для иерархичесих стртр. Пример. Псть стртра системы имеет вид, поазанный на рис. 4.2. Необходимо представить ее рассмотренными способами. Строим раф системы (рис. 4.3), матрицы смежности (табл. 4.1) и инциденций (табл. 4.2). Множественное задание стртры: G(1) = (2,3), G(2) = 0, G(3) = (5,4), G(4) = (2), G(5) = (1,2). Или G -1(1) = (5), G -1(2) = = (1, 5, 4), G-1(3) = (1), G-1(4) = (3), G-1(5) = (3). Та б л и ц а 4 . 1

i

Ý2

+1

5

3

7

4

6

Рис. 4.3. Граф системы

Определение цепи, пти, цила, онтра. Цепью называется таая последовательность ребер E0, E1, …, Ek-1, Ek, о да аждое ребро Ek-1 соприасается одним из онцов с ребром Ek. Цепь можно обозначить последовательностью вершин, оторые она содержит. Например, для рафа, представленно о на рис. 4.4, цепью бдет (1, 4, 3, 5) или (1, 3, 4) (рис. 4.5). 2 1

3

5

4

Рис. 4.4. Вид ,рафа

1

3

1

3

èëè 5

4

4

Рис. 4.5. Вид цепи

Понятие цепи обычно использется для 2 неориентированных рафов. 3 Птем называется таая последователь- 1 ность д , о да онец аждой предыдщей 4 д и совпадает с началом последющей. Например, для рафа (рис. 4.3) последоваРис. 4.6. Вид пти тельность д (1, 3), (3, 4), (4, 2) является птем (рис. 4.6). Понятие пти обычно использется для ориентированных рафов. Цилом называется таая онечная цепь, оторая начинается и заанчивается в одной вершине. Например, на рис. 4.5 цепь (1, 4, 3) является цилом. Понятие цила имеет смысл тольо для неориентированных рафов. 119

Контром называется таой онечный пть,  оторо о начальная вершина первой ди совпадает с онечной вершиной последней д и. Например, для рафа (рис. 4.3) последо5 вательность д (1, 3), (3, 5), (5, 1) есть онтр (рис. 4.7). Рис. 4.7. Длиной цепи (пти) называют число ребер (д ), Вид онтра входящих в цепь (пть) рафа. Матрица смежности вершин рафа А является матрицей непосредственных птей рафа, имеющих длин, равню единице. Общее число транзитных птей длиной λ может быть полчено в резльтате возведения в λ-тю степень матрицы А: 1

3

A λ = A λ– 1 A.

5

ρ(1) = 4; ρ(2) = 1; ρ(3) = 3; ρ(4) = 2; ρ(5) = 2. ∑ ρ(i) = 12. i=1

n

Или в общем виде 0,5 ∑ = m, де n — число вершин, m —

i

i=1

i i

i

λ = 1, aij = 1

j

i=1 n

ρ– (1) = 1; ρ– (2) = 3; ρ– (3) = 1; ρ– (4) = 1; ρ– (5) = 1; ∑ ρ– (j) = 7. n

n

i=1

j=1

Или в общем виде ∑ ρ+(i) = ∑ ρ– (j), де m — число д

ра-

фа, n — число вершин рафа. К понятию связности рафа. Для неориентированных рафов вводится понятие слабой связности или просто связности. Граф G (V) называется слабо связным (связным), если для любых вершин рафа i и j сществет цепь из вершины i в вершин j. Для ориентированных рафов вводится дополнительное понятие сильной связности. Граф G(V) называется сильно связным, если для любых вершин рафа i, j сществет пть из вершины i в вершин j. Граф на рис. 4.4 является слабо связным. На рис. 4.9 представлен сильно связный раф, на рис. 4.10 — несвязный, распадающийся на два сильно связных под рафа.

λ = 2, aij = 1

j

λ = 2, aij = 2

j

j

1

2

4

5

3

1

2

3

3

4

1

λ = 3, aij = 2

Рис. 4.8. Пример элементов матрицы

120

n

ρ+(1) = 2; ρ+(2) = 0; ρ+(3) = 2; ρ+(4) = 1; ρ+(5) = 2; ∑ ρ+(i) = 7.

j=1

Элемент матрицы A λ aij (λ) определяет число птей длиной λ от вершины i  вершине j. На рис. 4.8 приведен пример определения элементов матрицы. Степень вершины. Число ребер, инцидентных вершине i неориентированно о рафа, называют степенью вершины i и обозначают ρ(i). Для рафа, представленно о на рис. 4.4:

число ребер рафа.

Число д ориентированно о рафа, оторые имеют начальной вершиной вершин i, называют полстепенью исхода вершины i и обозначают через ρ+(i). Анало ично, число д , оторые имеют своей онечной вершиной вершин j, называют полстепенью захода вершины j и обозначают через ρ– (j). Для рафа, представленно о на рис. 4.3:

Аλ

Рис. 4.9. Вид сильно связно,о ,рафа

Рис. 4.10. Вид несвязно,о ,рафа, распадающе,ося на два сильно связных под,рафа

121

Контром называется таой онечный пть,  оторо о начальная вершина первой ди совпадает с онечной вершиной последней д и. Например, для рафа (рис. 4.3) последо5 вательность д (1, 3), (3, 5), (5, 1) есть онтр (рис. 4.7). Рис. 4.7. Длиной цепи (пти) называют число ребер (д ), Вид онтра входящих в цепь (пть) рафа. Матрица смежности вершин рафа А является матрицей непосредственных птей рафа, имеющих длин, равню единице. Общее число транзитных птей длиной λ может быть полчено в резльтате возведения в λ-тю степень матрицы А: 1

3

A λ = A λ– 1 A.

5

ρ(1) = 4; ρ(2) = 1; ρ(3) = 3; ρ(4) = 2; ρ(5) = 2. ∑ ρ(i) = 12. i=1

n

Или в общем виде 0,5 ∑ = m, де n — число вершин, m —

i

i=1

i i

i

λ = 1, aij = 1

j

i=1 n

ρ– (1) = 1; ρ– (2) = 3; ρ– (3) = 1; ρ– (4) = 1; ρ– (5) = 1; ∑ ρ– (j) = 7. n

n

i=1

j=1

Или в общем виде ∑ ρ+(i) = ∑ ρ– (j), де m — число д

ра-

фа, n — число вершин рафа. К понятию связности рафа. Для неориентированных рафов вводится понятие слабой связности или просто связности. Граф G (V) называется слабо связным (связным), если для любых вершин рафа i и j сществет цепь из вершины i в вершин j. Для ориентированных рафов вводится дополнительное понятие сильной связности. Граф G(V) называется сильно связным, если для любых вершин рафа i, j сществет пть из вершины i в вершин j. Граф на рис. 4.4 является слабо связным. На рис. 4.9 представлен сильно связный раф, на рис. 4.10 — несвязный, распадающийся на два сильно связных под рафа.

λ = 2, aij = 1

j

λ = 2, aij = 2

j

j

1

2

4

5

3

1

2

3

3

4

1

λ = 3, aij = 2

Рис. 4.8. Пример элементов матрицы

120

n

ρ+(1) = 2; ρ+(2) = 0; ρ+(3) = 2; ρ+(4) = 1; ρ+(5) = 2; ∑ ρ+(i) = 7.

j=1

Элемент матрицы A λ aij (λ) определяет число птей длиной λ от вершины i  вершине j. На рис. 4.8 приведен пример определения элементов матрицы. Степень вершины. Число ребер, инцидентных вершине i неориентированно о рафа, называют степенью вершины i и обозначают ρ(i). Для рафа, представленно о на рис. 4.4:

число ребер рафа.

Число д ориентированно о рафа, оторые имеют начальной вершиной вершин i, называют полстепенью исхода вершины i и обозначают через ρ+(i). Анало ично, число д , оторые имеют своей онечной вершиной вершин j, называют полстепенью захода вершины j и обозначают через ρ– (j). Для рафа, представленно о на рис. 4.3:

Аλ

Рис. 4.9. Вид сильно связно,о ,рафа

Рис. 4.10. Вид несвязно,о ,рафа, распадающе,ося на два сильно связных под,рафа

121

4.3.2. Порядовая фнция на рафе Целью введения порядовой фнции на рафе без онтров является разбиение множества вершин рафа на непересеающиеся подмножества, порядоченные таим образом, что если вершина входит в подмножество с номером i, то следющая за ней вершина — в подмножество с номером, большим i. Полченные непересеающиеся подмножества называются ровнями. Ал оритм порядочения (или ал оритм введения порядовой фнции) сводится  следющем: — в подмножество нлево о ровня N0 влючаются все вершины i, для оторых G – 1(i) = 0 (иначе оворя, для оторых не сществет множества левых инциденций, или, еще проще, — вершины, в оторые ниотда нельзя попасть). Проводится последовательная нмерация этих вершин: 1, 2, …, i ; — в подмножество перво о ровня N1 влючаются все вершины i, для оторых G– 1(i) ° N0, т. е. для оторых вершины ровня N0 являются множеством левых инциденций. Проводится последовательная нмерация этих вершин: i + 1, i + 2, …, i + r; — в подмножество второ о ровня N2 влючаются все вершины i, для оторых G– 1(i) ° (N0 ∨ N1). Проводится последовательная нмерация вершин: i + r + 1, i + r + 2, …, l + r + p; — в подмножество третье о ровня N3 влючаются все вершины i, для оторых G– 1(i) ° (N0 ∨ N1 ∨ N2). Проводится последовательная нмерация вершин и т. д. Данный процесс повторяется до тех пор, поа не бдт пронмерованы все вершины рафа. Рассмотренный ал оритм нмерации приводит  том, что в матрице смежности вершин рафа aij = 0 при i > j, т. е. матрица становится тре ольной. Для рафов, имеющих онтры, сначала необходимо выделить сильно связные под рафы (см. ниже «Тополо ичесая деомпозиция стртр»). И, рассматривая эти выделенные подсистемы а элементы системы, для них вводить порядовю фнцию. Пример введения порядовой фнции. В резльтате обследования нео1 2 3 торой ор анизационной системы был полчен раф информационно-ло и9 5 4 чесой взаимосвязи межд решаемыми задачами, представленный на 7 8 6 рис. 4.11. Необходимо определить, в 10 аой последовательности следет решать эти задачи, решение аих заРис. 4.11. Вид дач следет начинать одновременно, непорядоченно,о ,рафа 122

необходимое число опий решений, сольо татов следет хранить резльтаты решения задачи. Составляем матриц смежности анализиремо о рафа (табл. 4.3). Та б л и ц а 4 . 3

A=

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 1 0 1 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 0

0 1 0 0 1 1 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

1 0 0 0 0 0 0 1 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

В соответствии с рассмотренным ал оритмом переходим  множественном представлению рафа. (Напомним, что множество левых инциденций G-1(i) определяет все вершины, из оторых можно непосредственно попасть в вершин i.) Из исходно о множественно о представления даляем пстое множество левых инциденций и соответствющие этом множеств вершины. Полчаем следющий столбец, над оторым проделываем анало ичню операцию и т. д. Удаляемым вершинам последовательно присваиваются новые номера. G– 1(1) G– 1(2) G– 1(3) G– 1(4) G– 1(5) G– 1(6) G– 1(7) G– 1(8) G– 1(9) G– 1(10)

= = = = = = = = = =

(0) (1, 7, 9) (2, 6) (2, 5, 6) (10) (8) (1, 8, 10) (10) (10) (0)

G– 1(2) = (0) G– 1(3) = (2) G– 1(4) = (2)

G– 1(2) G– 1(3) G– 1(4) G– 1(5) G– 1(6) G– 1(7) G– 1(8) G– 1(9)

= = = = = = = =

(7, 9) (2, 6) (2, 5, 6) (0) (8) (8) (0) (0)

G– 1(2) = (7) G– 1(3) = (2,6) G– 1(4) = (2,6) G– 1(6) = (0) G– 1(7) = (0)

G– 1(3) = (0) G– 1(4) = (0) 123

4.3.2. Порядовая фнция на рафе Целью введения порядовой фнции на рафе без онтров является разбиение множества вершин рафа на непересеающиеся подмножества, порядоченные таим образом, что если вершина входит в подмножество с номером i, то следющая за ней вершина — в подмножество с номером, большим i. Полченные непересеающиеся подмножества называются ровнями. Ал оритм порядочения (или ал оритм введения порядовой фнции) сводится  следющем: — в подмножество нлево о ровня N0 влючаются все вершины i, для оторых G – 1(i) = 0 (иначе оворя, для оторых не сществет множества левых инциденций, или, еще проще, — вершины, в оторые ниотда нельзя попасть). Проводится последовательная нмерация этих вершин: 1, 2, …, i ; — в подмножество перво о ровня N1 влючаются все вершины i, для оторых G– 1(i) ° N0, т. е. для оторых вершины ровня N0 являются множеством левых инциденций. Проводится последовательная нмерация этих вершин: i + 1, i + 2, …, i + r; — в подмножество второ о ровня N2 влючаются все вершины i, для оторых G– 1(i) ° (N0 ∨ N1). Проводится последовательная нмерация вершин: i + r + 1, i + r + 2, …, l + r + p; — в подмножество третье о ровня N3 влючаются все вершины i, для оторых G– 1(i) ° (N0 ∨ N1 ∨ N2). Проводится последовательная нмерация вершин и т. д. Данный процесс повторяется до тех пор, поа не бдт пронмерованы все вершины рафа. Рассмотренный ал оритм нмерации приводит  том, что в матрице смежности вершин рафа aij = 0 при i > j, т. е. матрица становится тре ольной. Для рафов, имеющих онтры, сначала необходимо выделить сильно связные под рафы (см. ниже «Тополо ичесая деомпозиция стртр»). И, рассматривая эти выделенные подсистемы а элементы системы, для них вводить порядовю фнцию. Пример введения порядовой фнции. В резльтате обследования нео1 2 3 торой ор анизационной системы был полчен раф информационно-ло и9 5 4 чесой взаимосвязи межд решаемыми задачами, представленный на 7 8 6 рис. 4.11. Необходимо определить, в 10 аой последовательности следет решать эти задачи, решение аих заРис. 4.11. Вид дач следет начинать одновременно, непорядоченно,о ,рафа 122

необходимое число опий решений, сольо татов следет хранить резльтаты решения задачи. Составляем матриц смежности анализиремо о рафа (табл. 4.3). Та б л и ц а 4 . 3

A=

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 1 0 1 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 0

0 1 0 0 1 1 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

1 0 0 0 0 0 0 1 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

В соответствии с рассмотренным ал оритмом переходим  множественном представлению рафа. (Напомним, что множество левых инциденций G-1(i) определяет все вершины, из оторых можно непосредственно попасть в вершин i.) Из исходно о множественно о представления даляем пстое множество левых инциденций и соответствющие этом множеств вершины. Полчаем следющий столбец, над оторым проделываем анало ичню операцию и т. д. Удаляемым вершинам последовательно присваиваются новые номера. G– 1(1) G– 1(2) G– 1(3) G– 1(4) G– 1(5) G– 1(6) G– 1(7) G– 1(8) G– 1(9) G– 1(10)

= = = = = = = = = =

(0) (1, 7, 9) (2, 6) (2, 5, 6) (10) (8) (1, 8, 10) (10) (10) (0)

G– 1(2) = (0) G– 1(3) = (2) G– 1(4) = (2)

G– 1(2) G– 1(3) G– 1(4) G– 1(5) G– 1(6) G– 1(7) G– 1(8) G– 1(9)

= = = = = = = =

(7, 9) (2, 6) (2, 5, 6) (0) (8) (8) (0) (0)

G– 1(2) = (7) G– 1(3) = (2,6) G– 1(4) = (2,6) G– 1(6) = (0) G– 1(7) = (0)

G– 1(3) = (0) G– 1(4) = (0) 123

Резльтаты преобразований сведены в табл. 4.4. Та б л и ц а 4 . 4 Уровень

Условия влючения

Влючаемые вершины

Новая н!мерация

N0

G–1(i) = 0

(1, 10)

(1, 2)

N1

G–1(i) ° N0

(5, 8, 9)

(3, 4, 5)

N2

G–1(i) ° N0 ∨ N1

(6, 7)

(6, 7)

N3

G–1(i) ° N0 ∨ N1 ∨ N2

(2)

(8)

N4

G–1(i) ° N0 ∨ N1 ∨ N2 ∨ N3

(3, 4)

(9, 10)

Примечание. Задача порядочения может быть решена с помощью матрицы инциденций. Ал(оритм порядочения в этом слчае вы(лядит следющим образом: 1. Составляется матрица инциденций по правилам, изложенным выше. 2. Из матрицы вычериваются строчи, состоящие тольо из 0 и +1, и столбцы, соответствющие +1. 3. Отмечается порядо вычеривания. 4. На последнем этапе на соответствющем ровне размещаются оставшиеся вершины. 5. Уровень бдет равен поряд вычеривания минс единица.

В ачестве примера рассмотрим раф, представленный на рис. 4.13. На основании рис 4.13 строим матриц инциденций B = ||bij || (табл. 4.6). Та б л и ц а 4 . 6 +1 +1

На основании табл. 4.4 строим преобразованный раф. Е о вершины в новом обозначении размещаем по найденным ровням (внтри ржов помещаем новые обозначения, рядом — старые). Соединяем старые обозначения вершин д ами в соответствии с ранее найденной матрицей смежности. Строим матриц смежности порядоченно о рафа (табл. 4.5). Убеждаемся в том, что она оазывается тре ольной.

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

* 0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

* 0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

* 0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

* 0

0

1

0

0

* 0

A=

0

0

0

0

0

* 0

0

0

0

0

0

0

* 0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

* 0 0

* 0

0

0

*

де **…* — лавная диа ональ матрицы смежности. Если рассматривать ровни а таты движения информации, то рис. 4.12 непосредственно дает ответы на вопросы, сформлированные в начале примера. 124

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

0

0

0

0

–1

0

0

–1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

—1 +1

0

0

0

+1

2

1

1 1 3

–1 +1

0

9

4 8

7 6 6 7

0

3

4

8 2

9 3

10 4

5 5

+1 +1

0

–1

0

2 10

0

0

B = ||bij || =

0

0

–1

Та б л и ц а 4 . 5 0

0

–1 +1 +1 0

+1 +1 +1

1 2 7 9

–1 –1

–1 –1 0

+1

+1 +1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

12

2

3

5 9

4 6 10

3

11 5

7

15 8

8

4 14 10

13 6

Óðîâíè ãðàôà

Рис. 4.12. Вид порядоченно,о ,рафа

Рис. 4.13. Вид непорядоченно,о ,рафа

125

Резльтаты преобразований сведены в табл. 4.4. Та б л и ц а 4 . 4 Уровень

Условия влючения

Влючаемые вершины

Новая н!мерация

N0

G–1(i) = 0

(1, 10)

(1, 2)

N1

G–1(i) ° N0

(5, 8, 9)

(3, 4, 5)

N2

G–1(i) ° N0 ∨ N1

(6, 7)

(6, 7)

N3

G–1(i) ° N0 ∨ N1 ∨ N2

(2)

(8)

N4

G–1(i) ° N0 ∨ N1 ∨ N2 ∨ N3

(3, 4)

(9, 10)

Примечание. Задача порядочения может быть решена с помощью матрицы инциденций. Ал(оритм порядочения в этом слчае вы(лядит следющим образом: 1. Составляется матрица инциденций по правилам, изложенным выше. 2. Из матрицы вычериваются строчи, состоящие тольо из 0 и +1, и столбцы, соответствющие +1. 3. Отмечается порядо вычеривания. 4. На последнем этапе на соответствющем ровне размещаются оставшиеся вершины. 5. Уровень бдет равен поряд вычеривания минс единица.

В ачестве примера рассмотрим раф, представленный на рис. 4.13. На основании рис 4.13 строим матриц инциденций B = ||bij || (табл. 4.6). Та б л и ц а 4 . 6 +1 +1

На основании табл. 4.4 строим преобразованный раф. Е о вершины в новом обозначении размещаем по найденным ровням (внтри ржов помещаем новые обозначения, рядом — старые). Соединяем старые обозначения вершин д ами в соответствии с ранее найденной матрицей смежности. Строим матриц смежности порядоченно о рафа (табл. 4.5). Убеждаемся в том, что она оазывается тре ольной.

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

* 0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

* 0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

* 0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

* 0

0

1

0

0

* 0

A=

0

0

0

0

0

* 0

0

0

0

0

0

0

* 0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

* 0 0

* 0

0

0

*

де **…* — лавная диа ональ матрицы смежности. Если рассматривать ровни а таты движения информации, то рис. 4.12 непосредственно дает ответы на вопросы, сформлированные в начале примера. 124

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

0

0

0

0

–1

0

0

–1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

—1 +1

0

0

0

+1

2

1

1 1 3

–1 +1

0

9

4 8

7 6 6 7

0

3

4

8 2

9 3

10 4

5 5

+1 +1

0

–1

0

2 10

0

0

B = ||bij || =

0

0

–1

Та б л и ц а 4 . 5 0

0

–1 +1 +1 0

+1 +1 +1

1 2 7 9

–1 –1

–1 –1 0

+1

+1 +1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

12

2

3

5 9

4 6 10

3

11 5

7

15 8

8

4 14 10

13 6

Óðîâíè ãðàôà

Рис. 4.12. Вид порядоченно,о ,рафа

Рис. 4.13. Вид непорядоченно,о ,рафа

125

Первое вычеривание. Вычернты вершины 1 и 10 (табл. 4.7). * — обозначение пстой лети.

Резльтат четверто о вычеривания. Вычернта вершина 2 (табл. 4.10).

Та б л и ц а 4 . 7 * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* –1 0 0 0 0 +1 0 0 *

* * * * * * * * * *

* –1 0 0 0 0 0 0 +1 *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * 0 0 +1 +1 0 0 0 0 0 0 –1 –1 0 0 0 0 –1 0 0 –1 –1 0 0 0 0 0 0 +1 0 –1 0 0 +1 +1 0 –1 0 0 0 0 0 0 +1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 *

*

*

*

*

*

*

Та б л и ц а 4 . 1 0 * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

Второе вычеривание. Вычернты вершины 5, 8 и 9 (табл. 4.8). Та б л и ц а 4 . 8 * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* –1 0 0 * 0 +1 * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * +1 +1 0 0 0 –1 –1 0 –1 0 0 –1 * 0 0

* 0 0

* * *

* * *

* * +1 +1 0 0 * * *

* * *

* * * * * * * * * *

Третье вычеривание. Вычернты вершины 6 и 7 (табл. 4.9) Та б л и ц а 4 . 9 * * * * * * * * * *

126

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * +1 +1 0 –1 –1 0 * * * * * *

* * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

Оставшиеся вершины 3 и 4 размещаются на следющем ровне. Полченный резльтат использования ал оритма вычеривания сводим в табл. 4.10 (а). Та б л и ц а 4 . 1 0 ( а ) Порядо вычеривания

Вершины Уровни

1

2

3

4

5

1, 10

5, 8, 9

6, 7

2

3, 4

0

1

2

3

4

4.3.3. Числовая фнция на рафе Числовю фнцию на рафе задают обычно либо на вершинах, либо на д ах (ребрах) рафа. Числовая фнция на вершинах рафа считается заданной, если аждой i-той вершине ai рафа G(V), a i ∈ V, ставится в соответствие неоторое число li = l (ai ) из неоторо о множества L. Числовая фнция на д ах (ребрах) для ориентированно о (неориентированно о) рафа считается заданной, если аждой д е (ai aj ) или ребр ставится в соответствие число q = q(ai aj) из неоторо о множества Q. В неоторых слчаях числовая фнция на рафе задается омбинированным способом а на вершинах, та и на д ах. 127

Первое вычеривание. Вычернты вершины 1 и 10 (табл. 4.7). * — обозначение пстой лети.

Резльтат четверто о вычеривания. Вычернта вершина 2 (табл. 4.10).

Та б л и ц а 4 . 7 * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* –1 0 0 0 0 +1 0 0 *

* * * * * * * * * *

* –1 0 0 0 0 0 0 +1 *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * 0 0 +1 +1 0 0 0 0 0 0 –1 –1 0 0 0 0 –1 0 0 –1 –1 0 0 0 0 0 0 +1 0 –1 0 0 +1 +1 0 –1 0 0 0 0 0 0 +1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 *

*

*

*

*

*

*

Та б л и ц а 4 . 1 0 * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

Второе вычеривание. Вычернты вершины 5, 8 и 9 (табл. 4.8). Та б л и ц а 4 . 8 * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* –1 0 0 * 0 +1 * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * +1 +1 0 0 0 –1 –1 0 –1 0 0 –1 * 0 0

* 0 0

* * *

* * *

* * +1 +1 0 0 * * *

* * *

* * * * * * * * * *

Третье вычеривание. Вычернты вершины 6 и 7 (табл. 4.9) Та б л и ц а 4 . 9 * * * * * * * * * *

126

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * +1 +1 0 –1 –1 0 * * * * * *

* * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

* * * * * * * * * *

Оставшиеся вершины 3 и 4 размещаются на следющем ровне. Полченный резльтат использования ал оритма вычеривания сводим в табл. 4.10 (а). Та б л и ц а 4 . 1 0 ( а ) Порядо вычеривания

Вершины Уровни

1

2

3

4

5

1, 10

5, 8, 9

6, 7

2

3, 4

0

1

2

3

4

4.3.3. Числовая фнция на рафе Числовю фнцию на рафе задают обычно либо на вершинах, либо на д ах (ребрах) рафа. Числовая фнция на вершинах рафа считается заданной, если аждой i-той вершине ai рафа G(V), a i ∈ V, ставится в соответствие неоторое число li = l (ai ) из неоторо о множества L. Числовая фнция на д ах (ребрах) для ориентированно о (неориентированно о) рафа считается заданной, если аждой д е (ai aj ) или ребр ставится в соответствие число q = q(ai aj) из неоторо о множества Q. В неоторых слчаях числовая фнция на рафе задается омбинированным способом а на вершинах, та и на д ах. 127

Значение фнции на пти S через вершины a1, a2, ...ai , ..., (ai ∈ S) при задании числовой фнции на вершинах рафа определяется либо в соответствии с аддитивной формой lS = ∑ l ( a i ) , ai ∈ S

либо в соответствии с мльтиплиативной формой lS = ∏ l ( a i ) ,

max

Для вершины a1 принимаем q S

(a1a1) = 0. Для вершин a2, a3, a4 max max max q S (a1a2)= 2; q S (a1a3) = 3; q S (a1a4) = 4. Для вершины a5 max q S (a1a5) = max (2+1; 3+2; 4+1) = 5. Для вершины a6 max max q S (a1a2) = max (3+3; 4+4) = 8. Для вершины a7 q S (a1a2) = = max (5+2; 8+1) = 9. Значение фнции на масимальном пти для данно о примера равно девяти. Этот пть выделен жирными стрелами.

ai ∈ S

Анало ичным образом определяется значение фнции на пти через вершины a1, a2, ...ai , ..., (ai ∈ S) при задании числовой фнции на д ах (ребрах) рафа: qs = qs =

∑

( ai aj ) ∈ S

q ( ai aj ) ,

∏ q ( ai aj ) .

( ai aj ) ∈ S

В соответствии с данными определениями может быть поставлена задача нахождения птей через множество вершин (д ), обладающих определенным свойством, с масимальным (минимальным) значением числовой фнции. Таие пти называются масимальными (минимальными). Определение масимальных (минимальных) птей на рафе чаще все о формализется в виде задачи динамичесо о про раммирования. При этом предпола ается, что все вершины в рафе порядочены, и онтра в рафе отстствют. Рассмотрим пример. Пример нахождения масимальноо пти. Псть в задаче алендарно о планирования вознила необходимость определения масимально о пти из вершины a1 в вершин a7 для рафа, представленно о на рис. 4.13а.

2 1 2

7

5

6 2

2

1

3 3 1 3 1

4 4

4

Рис. 4.13а. К нахождению пти ма симальной длины

128

4.4. Тополоичес ая де омпозиция стр тр АСУ Проведение тополо ичесой стртры АСУ, представленной в виде ориентированно о рафа G (V), связано с выделением в этой стртре сильно связных подсистем. Напомним, что ориентированный раф G(V) называется сильно связным, если для любых вершин i, j сществет пть из вершины i в вершин j. Для рассмотрения основно о ал оритма деомпозиции целесообразно ввести следющие понятия. Множество вершин, достижимых из вершины i, называется достижимым множеством R (i). Достижимое множество определяется следющим образом: R (i) = (i) ∨ G(i) ∨ G 2(i) ∨ ... ∨ G λ(i) ∨ ...,

(4.1)

де G (i) — множество вершин, достижимых из вершины i с использованием пти длиной, равной единице; G λ — множество вершин, достижимых из вершины i с помощью птей длиною λ. При этом предпола ается, что сама вершина i достижима с помощью пти, длиною 0 и влючена во множество R (i). Это предположение отражается в соотношении (4.1) введением (i). В соответствии с выражением (4.1) множество R (i ) может быть полчено последовательным слева направо объединением множеств до тех пор, поа тещее множество R (i ) не перестанет величиваться по размер при выполнении очередной операции объединения. Число объединений, естественно, зависит от вида рафа, но, очевидно, все да λ m n, де n — число вершин рафа. Контрдостижимым множеством Q(i) рафа G(V) называется множество таих вершин, о да из любой вершины это о множества можно дости нть вершин i . 129

Значение фнции на пти S через вершины a1, a2, ...ai , ..., (ai ∈ S) при задании числовой фнции на вершинах рафа определяется либо в соответствии с аддитивной формой lS = ∑ l ( a i ) , ai ∈ S

либо в соответствии с мльтиплиативной формой lS = ∏ l ( a i ) ,

max

Для вершины a1 принимаем q S

(a1a1) = 0. Для вершин a2, a3, a4 max max max q S (a1a2)= 2; q S (a1a3) = 3; q S (a1a4) = 4. Для вершины a5 max q S (a1a5) = max (2+1; 3+2; 4+1) = 5. Для вершины a6 max max q S (a1a2) = max (3+3; 4+4) = 8. Для вершины a7 q S (a1a2) = = max (5+2; 8+1) = 9. Значение фнции на масимальном пти для данно о примера равно девяти. Этот пть выделен жирными стрелами.

ai ∈ S

Анало ичным образом определяется значение фнции на пти через вершины a1, a2, ...ai , ..., (ai ∈ S) при задании числовой фнции на д ах (ребрах) рафа: qs = qs =

∑

( ai aj ) ∈ S

q ( ai aj ) ,

∏ q ( ai aj ) .

( ai aj ) ∈ S

В соответствии с данными определениями может быть поставлена задача нахождения птей через множество вершин (д ), обладающих определенным свойством, с масимальным (минимальным) значением числовой фнции. Таие пти называются масимальными (минимальными). Определение масимальных (минимальных) птей на рафе чаще все о формализется в виде задачи динамичесо о про раммирования. При этом предпола ается, что все вершины в рафе порядочены, и онтра в рафе отстствют. Рассмотрим пример. Пример нахождения масимальноо пти. Псть в задаче алендарно о планирования вознила необходимость определения масимально о пти из вершины a1 в вершин a7 для рафа, представленно о на рис. 4.13а.

2 1 2

7

5

6 2

2

1

3 3 1 3 1

4 4

4

Рис. 4.13а. К нахождению пти ма симальной длины

128

4.4. Тополоичес ая де омпозиция стр тр АСУ Проведение тополо ичесой стртры АСУ, представленной в виде ориентированно о рафа G (V), связано с выделением в этой стртре сильно связных подсистем. Напомним, что ориентированный раф G(V) называется сильно связным, если для любых вершин i, j сществет пть из вершины i в вершин j. Для рассмотрения основно о ал оритма деомпозиции целесообразно ввести следющие понятия. Множество вершин, достижимых из вершины i, называется достижимым множеством R (i). Достижимое множество определяется следющим образом: R (i) = (i) ∨ G(i) ∨ G 2(i) ∨ ... ∨ G λ(i) ∨ ...,

(4.1)

де G (i) — множество вершин, достижимых из вершины i с использованием пти длиной, равной единице; G λ — множество вершин, достижимых из вершины i с помощью птей длиною λ. При этом предпола ается, что сама вершина i достижима с помощью пти, длиною 0 и влючена во множество R (i). Это предположение отражается в соотношении (4.1) введением (i). В соответствии с выражением (4.1) множество R (i ) может быть полчено последовательным слева направо объединением множеств до тех пор, поа тещее множество R (i ) не перестанет величиваться по размер при выполнении очередной операции объединения. Число объединений, естественно, зависит от вида рафа, но, очевидно, все да λ m n, де n — число вершин рафа. Контрдостижимым множеством Q(i) рафа G(V) называется множество таих вершин, о да из любой вершины это о множества можно дости нть вершин i . 129

Aнало ично построению R(i) можно построить Q(i), использя следющее выражение: Q(i) = (i) ∨ G – 1(i) ∨ G – 2(i) ∨ ... ∨ G – λ(i) ∨ ...,

(4.2)

де G – 1(i) — множество вершин, из оторых можно дости нть i-тю вершин с помощью птей, длина оторых равна единице, G – 2(i) — то же самое, но с помощью птей, длина оторых равна двм и т.д. (рис. 4.14). Та а R(i) является множеством вершин, достижимых из i-ой вершины, а Q(j) — множеством вершин, из оторых можно достичь вершин j, то множество R(i) ∩ Q(j) является множеством таих вершин, аждая из оторых принадлежит по райней мере одном пти, идщем от i-той вершины  j-той, что иллюстрирется рис. 4.15. Эти вершины называются сщественными или неотъемлемыми относительно двх ольцевых вершин i и j. В свою очередь, множество

(4.3)

R(i) ∩ Q(j)

определяет сильно связный под раф рафа G (V ), содержащий i-тю вершин, посоль все сщественные вершины, принадлежащие множеств (4.3), достижимы из i-той вершины и, роме то о, из аждой таой вершины достижима вершина i, т.е. все эти вершины взаимодостижимы (рис. 4.16).

i

R(i) Q(i)

Рис. 4.14. Вид достижимых и онтрдостижимых множеств

i

Рис. 4.16. Вид сильно связно,о под,рафа

130

i j

Рис. 4.15. Вид сщественных вершин

Из введенных выше определений имеем следющий ал оритм деомпозиции. Ал оритм деомпозиции: 1. В исходном рафе G(V ) производим нмерацию вершин. 2. Для i-той вершины (i = 1) определяем множество R (1) и множество Q(1). 3. Находим сильно связный под раф G1, влючающий множество вершин V1 = R (1) ∩ Q(1). 4. Все вершины, принадлежащие G1(V1), даляются из исходно о рафа G(V ). Далее пнты 2, 3, 4 повторяются для i = 2, 3, 4, … до тех пор, поа все вершины исходно о рафа не бдт с рппированы в соответствющие сильно связные под рафы. Пример тополоичесой деомпозиции. Псть в распределенной АСУ пнты обработи информацией об1 2 3 мениваются данными та, а это изображено с помощью рафа, пред6 4 ставленно о на рис. 4.17. Вознила необходимость в соращении числа 5 8 9 10 7 этих пнтов, исходя тольо из стртрных свойств анализиремой системы. (Объединение бдем производить Рис. 4.17. Вид исходно,о без чета производительности, надеж,рафа ности и т. п., читывая тольо стртрные свойства схемы.) В соответствии с рассмотренным ал оритмом определяем множества R (i) и Q(i). Пола аем i = 1 и находим, использя формлы (4.1) и (4.2), достижимое R(1) и онтрдостижимое Q(1) множества: R (1) = (1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10),

Q(1) = (1, 2, 3, 5, 6).

Использя соотношение (4.3), находим сильно связный подраф, содержащий вершин 1: V1 = R (1) ∩ Q(1),

V1 = (1, 2, 5, 6).

После даления сильно связно о под рафа G1(V1) исходный раф G(V ) имеет вид (рис. 4.18). Пола аем i = 2, но вершина 2 входит в выделенный под раф V1, cледовательно, i = 3. R (3) = (3, 4, 7, 9), Q(3) = (3), V2 = (3). Затем даляем сильно связный под раф G2(V2) (рис. 4.19). 131

Aнало ично построению R(i) можно построить Q(i), использя следющее выражение: Q(i) = (i) ∨ G – 1(i) ∨ G – 2(i) ∨ ... ∨ G – λ(i) ∨ ...,

(4.2)

де G – 1(i) — множество вершин, из оторых можно дости нть i-тю вершин с помощью птей, длина оторых равна единице, G – 2(i) — то же самое, но с помощью птей, длина оторых равна двм и т.д. (рис. 4.14). Та а R(i) является множеством вершин, достижимых из i-ой вершины, а Q(j) — множеством вершин, из оторых можно достичь вершин j, то множество R(i) ∩ Q(j) является множеством таих вершин, аждая из оторых принадлежит по райней мере одном пти, идщем от i-той вершины  j-той, что иллюстрирется рис. 4.15. Эти вершины называются сщественными или неотъемлемыми относительно двх ольцевых вершин i и j. В свою очередь, множество

(4.3)

R(i) ∩ Q(j)

определяет сильно связный под раф рафа G (V ), содержащий i-тю вершин, посоль все сщественные вершины, принадлежащие множеств (4.3), достижимы из i-той вершины и, роме то о, из аждой таой вершины достижима вершина i, т.е. все эти вершины взаимодостижимы (рис. 4.16).

i

R(i) Q(i)

Рис. 4.14. Вид достижимых и онтрдостижимых множеств

i

Рис. 4.16. Вид сильно связно,о под,рафа

130

i j

Рис. 4.15. Вид сщественных вершин

Из введенных выше определений имеем следющий ал оритм деомпозиции. Ал оритм деомпозиции: 1. В исходном рафе G(V ) производим нмерацию вершин. 2. Для i-той вершины (i = 1) определяем множество R (1) и множество Q(1). 3. Находим сильно связный под раф G1, влючающий множество вершин V1 = R (1) ∩ Q(1). 4. Все вершины, принадлежащие G1(V1), даляются из исходно о рафа G(V ). Далее пнты 2, 3, 4 повторяются для i = 2, 3, 4, … до тех пор, поа все вершины исходно о рафа не бдт с рппированы в соответствющие сильно связные под рафы. Пример тополоичесой деомпозиции. Псть в распределенной АСУ пнты обработи информацией об1 2 3 мениваются данными та, а это изображено с помощью рафа, пред6 4 ставленно о на рис. 4.17. Вознила необходимость в соращении числа 5 8 9 10 7 этих пнтов, исходя тольо из стртрных свойств анализиремой системы. (Объединение бдем производить Рис. 4.17. Вид исходно,о без чета производительности, надеж,рафа ности и т. п., читывая тольо стртрные свойства схемы.) В соответствии с рассмотренным ал оритмом определяем множества R (i) и Q(i). Пола аем i = 1 и находим, использя формлы (4.1) и (4.2), достижимое R(1) и онтрдостижимое Q(1) множества: R (1) = (1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10),

Q(1) = (1, 2, 3, 5, 6).

Использя соотношение (4.3), находим сильно связный подраф, содержащий вершин 1: V1 = R (1) ∩ Q(1),

V1 = (1, 2, 5, 6).

После даления сильно связно о под рафа G1(V1) исходный раф G(V ) имеет вид (рис. 4.18). Пола аем i = 2, но вершина 2 входит в выделенный под раф V1, cледовательно, i = 3. R (3) = (3, 4, 7, 9), Q(3) = (3), V2 = (3). Затем даляем сильно связный под раф G2(V2) (рис. 4.19). 131

9 10

8

7

4. G4(V4) = G4(8, 10):

9

4

10

8

7

4

10

1

8

èëè 3

Рис. 4.19. Вид ,рафа после даления G1(V1) и G2(V2)

Рис. 4.18. Вид ,рафа после даления G1(V1)

Рис. 4.20. Вид ,рафа после даления G1 (V1), G2 (V2) и G3 (V3)

Пола аем i = 4, то да R(4) = (4, 7, 9), Q(4) = (4, 7, 8, 9, 10), V3 = (4, 7, 9). Удаляем сильно связный под раф G3(V3) (рис.4.20). Пола аем i = 8, то да R(8) = (8, 10), G(8) = (8, 10), V4 = (8, 10). Ита, оончательно имеем: 1. G1(V1) = G1(1, 2, 5, 6): 1

V1

V4

Рис. 4.24. Вид под,рафа G4

Объединяем полченные сильно связные под рафы в соответствии с исходным рафом:

6 èëè, òî æå ñàìîå

2

2

V1

V4

V2

V3

Рис. 4.25. Вид сильно связных под,рафов

5

Или оончательно: Рис. 4.21. Вид под,рафа G1 V1

V4

V2

V3

2. G2(V2) = G2(3): 3

èëè

V2

Рис. 4.26. Резльтат де омпозиции исходно,о ,рафа

Рис. 4.22. Вид под,рафа G2

3. G3(V3) = G3(4, 7, 9):

4

9

èëè

V3

7

Рис. 4.23. Вид под,рафа G3

132

4.5. Модели описания и анализа пото ов информации в АСУ Основным носителем информации в ор анизационных системах является домент. Ка для всей системы в целом, та и для ее отдельных подсистем, все доменты можно разделить на следющие рппы: входные доменты, возниающие вне системы и постпающие на ее входы; выходные доменты, т. е. доменты, поидающие систем; промежточные доменты, оторые 133

9 10

8

7

4. G4(V4) = G4(8, 10):

9

4

10

8

7

4

10

1

8

èëè 3

Рис. 4.19. Вид ,рафа после даления G1(V1) и G2(V2)

Рис. 4.18. Вид ,рафа после даления G1(V1)

Рис. 4.20. Вид ,рафа после даления G1 (V1), G2 (V2) и G3 (V3)

Пола аем i = 4, то да R(4) = (4, 7, 9), Q(4) = (4, 7, 8, 9, 10), V3 = (4, 7, 9). Удаляем сильно связный под раф G3(V3) (рис.4.20). Пола аем i = 8, то да R(8) = (8, 10), G(8) = (8, 10), V4 = (8, 10). Ита, оончательно имеем: 1. G1(V1) = G1(1, 2, 5, 6): 1

V1

V4

Рис. 4.24. Вид под,рафа G4

Объединяем полченные сильно связные под рафы в соответствии с исходным рафом:

6 èëè, òî æå ñàìîå

2

2

V1

V4

V2

V3

Рис. 4.25. Вид сильно связных под,рафов

5

Или оончательно: Рис. 4.21. Вид под,рафа G1 V1

V4

V2

V3

2. G2(V2) = G2(3): 3

èëè

V2

Рис. 4.26. Резльтат де омпозиции исходно,о ,рафа

Рис. 4.22. Вид под,рафа G2

3. G3(V3) = G3(4, 7, 9):

4

9

èëè

V3

7

Рис. 4.23. Вид под,рафа G3

132

4.5. Модели описания и анализа пото ов информации в АСУ Основным носителем информации в ор анизационных системах является домент. Ка для всей системы в целом, та и для ее отдельных подсистем, все доменты можно разделить на следющие рппы: входные доменты, возниающие вне системы и постпающие на ее входы; выходные доменты, т. е. доменты, поидающие систем; промежточные доменты, оторые 133

использются для целей правления и чета, а таже для формирования выходных доментов. Межд доментами сществют отношения вхождения и поряда. Отношение вхождения Xj = Xj1, Xj2, ..., Xjn означает, что домент Xj аим-то образом формирется из доментов Xj = Xj1, Xj2, ..., Xjn. Отношение поряда «Xi следет за Xj » {→ (X j) → (X i) →} означает, что домент X i может быть сформирован тольо то да, о да заончится формирование домента X j . Потои информации в ор анизационных системах образются не тольо движением доментов, но и движением элементов доментов (ревизитов, поазателей), а таже различных сообщений, данных и т. п. Бдем поэтом оворить об элементах потоов информации, имея в вид все перечисленные объеты. Если элементам потоа информации X1, X2, …, Xn поставить в соответствие вершины рафа X1, X2, …, Xn и аждю пар вершин Xi и Xj соединить д ой, идщей от Xi  Xj, в том и тольо том слчае, если Xi является входом для Xj, то полченный раф называют информационным рафом. Для использования формальной методии анализа информационных потоов необходимо провести реальное обследование этих потоов на объете автоматизации и затем представить полченные резльтаты в виде матрицы смежности информационно о рафа A = ||aij ||,

Полченная последовательность матриц позволяет формально определить все свойства анализиремо о рафа. Рассмотрим эти свойства. 1. Порядом πj элемента Xj (для ратости в дальнейшем просто j) называется длина наибольше о пти, связывающе о j-тый элемент с i-тым (i, j = 1, n , i ≠ j). Формально πj определяется с помощью следюще о соотношения: σi (l = πj) > 0; σi (l = πj +1) = 0.

В этом соотношении σj (λ) –смма элементов j-то о столбца матрицы А, т. е. n

σj = ∑ a ij ( λ ) . i=1

Например, псть мы хотим найти элементы перво о поряда, стало быть, пола аем πj = 1. Обращаемся  1-й строе соотношения (4.4), то есть λ = 1, и далее  матрице A 1. Псть фра мент матрицы A 1 имеет следющий вид (табл. 4.11): Та б л и ц а 4 . 1 1

если информационный раф не содержит онтров, либо n l N раз, если они есть, де n – число вершин. Для возведения матрицы А в степень добно воспользоваться реррентным соотношением

j

i

σi

i, j = 1, n.

Бдем формально, т.е. использя соответствющий аппарат высшей ал ебры, возводить эт матриц в степень N до тех пор, поа AN ≠ 0, а AN+1 = 0,

(4.4)

1

2

3

4

5

0

0

1

3

2

В соответствии с первой строой выражения (4.4) выписываем те j, для оторых σj > 0. Это j = 3, 4, 5. Теперь обращаемся о 2-й строе соотношения (4.4). Добавляем 1, следовательно, λ = 2 и нам следет обратиться  матрице A2. Псть фра мент матрицы A 2 имеет вид (табл. 4.12): Та б л и ц а 4 . 1 2 j

i

1

2

3

4

5

0

0

0

1

2

A λ = A λ– 1 · A. Определяем матриц достижимости А(В) а смм одноименных элементов всех предыдщих матриц. 134

σi

135

использются для целей правления и чета, а таже для формирования выходных доментов. Межд доментами сществют отношения вхождения и поряда. Отношение вхождения Xj = Xj1, Xj2, ..., Xjn означает, что домент Xj аим-то образом формирется из доментов Xj = Xj1, Xj2, ..., Xjn. Отношение поряда «Xi следет за Xj » {→ (X j) → (X i) →} означает, что домент X i может быть сформирован тольо то да, о да заончится формирование домента X j . Потои информации в ор анизационных системах образются не тольо движением доментов, но и движением элементов доментов (ревизитов, поазателей), а таже различных сообщений, данных и т. п. Бдем поэтом оворить об элементах потоов информации, имея в вид все перечисленные объеты. Если элементам потоа информации X1, X2, …, Xn поставить в соответствие вершины рафа X1, X2, …, Xn и аждю пар вершин Xi и Xj соединить д ой, идщей от Xi  Xj, в том и тольо том слчае, если Xi является входом для Xj, то полченный раф называют информационным рафом. Для использования формальной методии анализа информационных потоов необходимо провести реальное обследование этих потоов на объете автоматизации и затем представить полченные резльтаты в виде матрицы смежности информационно о рафа A = ||aij ||,

Полченная последовательность матриц позволяет формально определить все свойства анализиремо о рафа. Рассмотрим эти свойства. 1. Порядом πj элемента Xj (для ратости в дальнейшем просто j) называется длина наибольше о пти, связывающе о j-тый элемент с i-тым (i, j = 1, n , i ≠ j). Формально πj определяется с помощью следюще о соотношения: σi (l = πj) > 0; σi (l = πj +1) = 0.

В этом соотношении σj (λ) –смма элементов j-то о столбца матрицы А, т. е. n

σj = ∑ a ij ( λ ) . i=1

Например, псть мы хотим найти элементы перво о поряда, стало быть, пола аем πj = 1. Обращаемся  1-й строе соотношения (4.4), то есть λ = 1, и далее  матрице A 1. Псть фра мент матрицы A 1 имеет следющий вид (табл. 4.11): Та б л и ц а 4 . 1 1

если информационный раф не содержит онтров, либо n l N раз, если они есть, де n – число вершин. Для возведения матрицы А в степень добно воспользоваться реррентным соотношением

j

i

σi

i, j = 1, n.

Бдем формально, т.е. использя соответствющий аппарат высшей ал ебры, возводить эт матриц в степень N до тех пор, поа AN ≠ 0, а AN+1 = 0,

(4.4)

1

2

3

4

5

0

0

1

3

2

В соответствии с первой строой выражения (4.4) выписываем те j, для оторых σj > 0. Это j = 3, 4, 5. Теперь обращаемся о 2-й строе соотношения (4.4). Добавляем 1, следовательно, λ = 2 и нам следет обратиться  матрице A2. Псть фра мент матрицы A 2 имеет вид (табл. 4.12): Та б л и ц а 4 . 1 2 j

i

1

2

3

4

5

0

0

0

1

2

A λ = A λ– 1 · A. Определяем матриц достижимости А(В) а смм одноименных элементов всех предыдщих матриц. 134

σi

135

В соответствии со второй строчой соотношения (4.4) выписываем таие j, для оторых σi = 0. Это j = 1, 2, 3. Cовместно соотношение (4.4) выполняется тольо для j = 3. Стало быть, в данном примере элемент 3 есть элемент перво о поряда. Для то о чтобы найти элементы второ о поряда, надо положить πj = 2 и, обратившись  матрицам A 2 и A 3, проделать те же самые процедры. Физичесий смысл πj – это номер тата,  отором « отовы» все составляющие элемента xj. 2. Число N = max πj называют порядом информационно о раj

фа. Если для N справедливо соотношение AN ≠ 0 , A(N+1) = 0

(4.5)

то соответствющая схема называется N-татной. Записанное словие возможно тольо в слчае отстствия онтров. 3. Признаом онтра является появление ненлевых элементов на лавной диа онали любой из матриц A λ. Наличие онтра свидетельствет либо об ошибе в обследовании, либо о неправильно спроетированном доментообороте. В любом слчае необходим содержательный эономичесий анализ с целью странения онтра. 4. Равенство нлю сммы элементов j-то о столбца матрицы смежности, т. е. σj (λ = 1) = 0 является формальным признаом для выделения входных элементов потоа. Значение k = σj (λ = 1) > 0 равняется числ элементов, частвющих в формировании элемента j. Псть фра мент матрицы А имеет вид, представленный в табл. 4.13. Та б л и ц а 4 . 1 3 j

i

1

2

3

4

5

σi 2

4

0

5

0 0

0 Входы

136

σi (λ = 1) = 0 , σj (λ = 1) = 0 то  анализиремой схеме этот элемент не имеет отношения (ошиба обследования). 7. Число птей длиною λ от элемента i  элемент j определяется элементом aij (λ) матрицы A λ. 8. Число всевозможных птей от элемента i  элемент j определяется элементом aij (∑) матрицы A(∑), де N

A(∑) = ∑ A λ . λ=1

Матрица A(∑) есть смма всех одноименных элементов всех матриц A λ, а элемент этой этой матрицы равен смме всех одноименных элементов всех матриц. N

aij(∑) = ∑ a ij ( λ ) . λ=1

1

σj

Из матрицы следет, что элементы 1, 2, 3 – входные элементы и, например, для формирования элемента 5 требется четыре др их элемента. 5. Анало ично свойств 4, равенство нлю сммы элементов i-той строи матрицы смежности информационно о рафа σj (λ = 1) = 0 слжит формальным признаом для выделения выходных элементов потоа, а число L = σj (λ = 1) > 0 равно числ элементов, в оторые входит элемент i. Например, сдя по предыдщей матрице, элемент 1 использется дважды. 6. Если при неотором i = j одновременно

0

2

4

Выходы

9. По анало ии со свойствами 4 и 5 отличные от нля элементы j-то о столбца матрицы достижимости A(∑) азывают все элементы потоа, оторые частвют в формировании j, а отличные от нля элементы i-той строи этой матрицы азывают все элементы, при формировании оторых использется элемент i. 10. Масимальное значение поряда элементов i-той строи матрицы смежности A, оторые не равны нлю, определяет номер тата τi, после оторо о элемент i же не использется и он может быть «по ашен» в памяти системы. 137

В соответствии со второй строчой соотношения (4.4) выписываем таие j, для оторых σi = 0. Это j = 1, 2, 3. Cовместно соотношение (4.4) выполняется тольо для j = 3. Стало быть, в данном примере элемент 3 есть элемент перво о поряда. Для то о чтобы найти элементы второ о поряда, надо положить πj = 2 и, обратившись  матрицам A 2 и A 3, проделать те же самые процедры. Физичесий смысл πj – это номер тата,  отором « отовы» все составляющие элемента xj. 2. Число N = max πj называют порядом информационно о раj

фа. Если для N справедливо соотношение AN ≠ 0 , A(N+1) = 0

(4.5)

то соответствющая схема называется N-татной. Записанное словие возможно тольо в слчае отстствия онтров. 3. Признаом онтра является появление ненлевых элементов на лавной диа онали любой из матриц A λ. Наличие онтра свидетельствет либо об ошибе в обследовании, либо о неправильно спроетированном доментообороте. В любом слчае необходим содержательный эономичесий анализ с целью странения онтра. 4. Равенство нлю сммы элементов j-то о столбца матрицы смежности, т. е. σj (λ = 1) = 0 является формальным признаом для выделения входных элементов потоа. Значение k = σj (λ = 1) > 0 равняется числ элементов, частвющих в формировании элемента j. Псть фра мент матрицы А имеет вид, представленный в табл. 4.13. Та б л и ц а 4 . 1 3 j

i

1

2

3

4

5

σi 2

4

0

5

0 0

0 Входы

136

σi (λ = 1) = 0 , σj (λ = 1) = 0 то  анализиремой схеме этот элемент не имеет отношения (ошиба обследования). 7. Число птей длиною λ от элемента i  элемент j определяется элементом aij (λ) матрицы A λ. 8. Число всевозможных птей от элемента i  элемент j определяется элементом aij (∑) матрицы A(∑), де N

A(∑) = ∑ A λ . λ=1

Матрица A(∑) есть смма всех одноименных элементов всех матриц A λ, а элемент этой этой матрицы равен смме всех одноименных элементов всех матриц. N

aij(∑) = ∑ a ij ( λ ) . λ=1

1

σj

Из матрицы следет, что элементы 1, 2, 3 – входные элементы и, например, для формирования элемента 5 требется четыре др их элемента. 5. Анало ично свойств 4, равенство нлю сммы элементов i-той строи матрицы смежности информационно о рафа σj (λ = 1) = 0 слжит формальным признаом для выделения выходных элементов потоа, а число L = σj (λ = 1) > 0 равно числ элементов, в оторые входит элемент i. Например, сдя по предыдщей матрице, элемент 1 использется дважды. 6. Если при неотором i = j одновременно

0

2

4

Выходы

9. По анало ии со свойствами 4 и 5 отличные от нля элементы j-то о столбца матрицы достижимости A(∑) азывают все элементы потоа, оторые частвют в формировании j, а отличные от нля элементы i-той строи этой матрицы азывают все элементы, при формировании оторых использется элемент i. 10. Масимальное значение поряда элементов i-той строи матрицы смежности A, оторые не равны нлю, определяет номер тата τi, после оторо о элемент i же не использется и он может быть «по ашен» в памяти системы. 137

Пример. Псть задан фра мент матрицы А (табл. 4.14).

Составляем е о матриц смежности A (табл. 4.15).

Та б л и ц а 4 . 1 4 πj i

j

1

0

0

3

2

1

1

2

3

4

5

0

0

0

1

1

Из табл. 4.14 следет, что πj поразрядно равняется 00321. То да для элемента 1 исомый номер тата τ1 = 3. 11. Число татов, в течение оторых элемент 1 должен храниться в памяти системы определяется соотношением ti = τi – πi . Для наше о примера t1 = 3 – 0. 12. Анализ стртры всех птей, связывающих элементы i и j, позволяет выявить а дблирющие связи, та и избыточные элементы. Это позволяет лчшить свойства анализиремо о информационно о потоа. Пример анализа потоов информации. Псть схеме движения оперативной отчетности в подсистеме оперативно о правления производством соответствет информационный раф, представленный на рис. 4.27. Необходимо формально выявить все свойства данно о информационно о рафа. Прежде все о, необходимо составить матриц смежности исходно о рафа А. Последовательность матриц A(λ) и А(∑) позволяет выяснить свойства анализиремо о потоа. Ал оритм формализованно о возведения матрицы А в степень. Для определения i-той строчи матрицы A(л) ai (л): 1. Выписывается известная нам i-тая строча матрицы A(λ – 1) ai (λ – 1). 2. В этой выписанной строче отмечаются ненлевые элементы. 3. Из матрицы А выписываются строчи, соответствющие этим ненлевым элементам. 4. Исомая i-тая строча бдет равняться смме выписанных стро матрицы А. Причем, если ненлевой элемент не равен единице, то соответствющю строч надо домножить на величин это о элемента. Ита, имеем раф 8

9

Та б л и ц а 4 . 1 5 πj

A=

3

1

1

2

3

3

2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

1

1

2

1

3

1

4

1

5

2 1

2

1 1

σi

2 1

1

1

3

1

1

1

2

8

0

9

0

10

0 0

0

0

Определяем матриц А2:

0

2

2

3

3

2

2

A2 = A · A

a1(λ = 1) = 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a5(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 + a8(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 a1(λ = 2) = 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 a2(λ = 1) = 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a5(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 + a7(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 a2(λ = 2) = 0 0 0 0 0 0 1 2 1 1

4

Рис. 4.27. Вид исходно,о ,рафа

138

0

1

σj

6 2

0

7

7

1

0

6

10

5

j

i

0

и т. д. 139

Пример. Псть задан фра мент матрицы А (табл. 4.14).

Составляем е о матриц смежности A (табл. 4.15).

Та б л и ц а 4 . 1 4 πj i

j

1

0

0

3

2

1

1

2

3

4

5

0

0

0

1

1

Из табл. 4.14 следет, что πj поразрядно равняется 00321. То да для элемента 1 исомый номер тата τ1 = 3. 11. Число татов, в течение оторых элемент 1 должен храниться в памяти системы определяется соотношением ti = τi – πi . Для наше о примера t1 = 3 – 0. 12. Анализ стртры всех птей, связывающих элементы i и j, позволяет выявить а дблирющие связи, та и избыточные элементы. Это позволяет лчшить свойства анализиремо о информационно о потоа. Пример анализа потоов информации. Псть схеме движения оперативной отчетности в подсистеме оперативно о правления производством соответствет информационный раф, представленный на рис. 4.27. Необходимо формально выявить все свойства данно о информационно о рафа. Прежде все о, необходимо составить матриц смежности исходно о рафа А. Последовательность матриц A(λ) и А(∑) позволяет выяснить свойства анализиремо о потоа. Ал оритм формализованно о возведения матрицы А в степень. Для определения i-той строчи матрицы A(л) ai (л): 1. Выписывается известная нам i-тая строча матрицы A(λ – 1) ai (λ – 1). 2. В этой выписанной строче отмечаются ненлевые элементы. 3. Из матрицы А выписываются строчи, соответствющие этим ненлевым элементам. 4. Исомая i-тая строча бдет равняться смме выписанных стро матрицы А. Причем, если ненлевой элемент не равен единице, то соответствющю строч надо домножить на величин это о элемента. Ита, имеем раф 8

9

Та б л и ц а 4 . 1 5 πj

A=

3

1

1

2

3

3

2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

1

1

2

1

3

1

4

1

5

2 1

2

1 1

σi

2 1

1

1

3

1

1

1

2

8

0

9

0

10

0 0

0

0

Определяем матриц А2:

0

2

2

3

3

2

2

A2 = A · A

a1(λ = 1) = 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a5(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 + a8(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 a1(λ = 2) = 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 a2(λ = 1) = 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a5(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 + a7(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 a2(λ = 2) = 0 0 0 0 0 0 1 2 1 1

4

Рис. 4.27. Вид исходно,о ,рафа

138

0

1

σj

6 2

0

7

7

1

0

6

10

5

j

i

0

и т. д. 139

Оончательно имеем (табл. 4.16):

Оончательно имеем: Та б л и ц а 4 . 1 6

Та б л и ц а 4 . 1 7 j

7

8

1

1

1

2

2

1

1

2

i j

7

8

1

1

1

2

1

2

i

1

2

3

4

5

6

9

1

3

A2

=

4

1

1

5

1

1

10

σi

1

3

1

5

1

1

1

3 2

0

0

0

σj

0

0

0

0

0

0

2

2

0

0

0

A4 = 0.

0

Определим матриц A3: a1(λ = 2)

1

5

3

4

σj (λ) λ = 1, N и σj (λ) λ = 1, N . N

Определяем матриц достижимости A(Σ):

0 2 0 0 0

0 3 0 0 0

0 4 0 0 0

0 5 0 0 0

λ=1

Та б л и ц а 4 . 1 8

a7(λ = 1) a8(λ = 1) a10(λ = 1) a1(λ = 3)

= 0000000110

a2(λ = 2)

= 0000001211 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a7(λ = 1)

= 0000000110

0 6 0 0 0

1 7 0 0 0

1 8 1 0 0

0 9 1 0 0

1 10 0 0 0

0000000000

j

i

A(Σ) =

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

1

1

3

1

1

2

1

2

3

2

1

1

1

3

1

4

1

5

1

1

1

1

1

2

1

1

6

σi

1

7

1

1

5

3

8

a10(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9

= 0000000110

10

a2(λ = 3)

∑ Aλ

A(Σ) =

(табл. 4.18).

A2 · A

= 0 1 = 0 = 0 = 0

2a8(λ = 1)

140

0

9

0

σi

0

0

0

10

0

8

0

9

0

Находим

0

6

0

0

0

5

0

7

0

4

0

Матрица

σj

3

0

0

0

2

10

6

10

и т. д.

A3 =

1

σj

0

0

0

0

0

0

1

4

141

Оончательно имеем (табл. 4.16):

Оончательно имеем: Та б л и ц а 4 . 1 6

Та б л и ц а 4 . 1 7 j

7

8

1

1

1

2

2

1

1

2

i j

7

8

1

1

1

2

1

2

i

1

2

3

4

5

6

9

1

3

A2

=

4

1

1

5

1

1

10

σi

1

3

1

5

1

1

1

3 2

0

0

0

σj

0

0

0

0

0

0

2

2

0

0

0

A4 = 0.

0

Определим матриц A3: a1(λ = 2)

1

5

3

4

σj (λ) λ = 1, N и σj (λ) λ = 1, N . N

Определяем матриц достижимости A(Σ):

0 2 0 0 0

0 3 0 0 0

0 4 0 0 0

0 5 0 0 0

λ=1

Та б л и ц а 4 . 1 8

a7(λ = 1) a8(λ = 1) a10(λ = 1) a1(λ = 3)

= 0000000110

a2(λ = 2)

= 0000001211 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a7(λ = 1)

= 0000000110

0 6 0 0 0

1 7 0 0 0

1 8 1 0 0

0 9 1 0 0

1 10 0 0 0

0000000000

j

i

A(Σ) =

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

1

1

3

1

1

2

1

2

3

2

1

1

1

3

1

4

1

5

1

1

1

1

1

2

1

1

6

σi

1

7

1

1

5

3

8

a10(λ = 1) = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9

= 0000000110

10

a2(λ = 3)

∑ Aλ

A(Σ) =

(табл. 4.18).

A2 · A

= 0 1 = 0 = 0 = 0

2a8(λ = 1)

140

0

9

0

σi

0

0

0

10

0

8

0

9

0

Находим

0

6

0

0

0

5

0

7

0

4

0

Матрица

σj

3

0

0

0

2

10

6

10

и т. д.

A3 =

1

σj

0

0

0

0

0

0

1

4

141

Последовательность вычисленных матриц позволяет формально определить все свойства анализиремо о информационно о потоа. Рассмотрим эти свойства в той же последовательности, в оторой они изла ались в теории. 1. Определение поряда элементов. Для это о использется система

σi (λ = πj) = 0; σj (λ = πj + 1) = 0.

Определяем элементы нлево о поряда, для че о пола аем πj. σj (λ = 0) > 0 для j = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, та а любая матрица в степени 0 дает 1. σj (λ = 1) = 0 для j = 1, 2, 3, 4 — это следет из матрицы A. Совместно азанное соотношение выполняется для j = 1, 2, 3, 4. Следовательно элементы X1, X2, X3, X4 есть элементы нлево о поряда. Определеям элементы 1- о поряда, пола ая πj = 1. σi (λ = 1) > 0 для j = 5, 6, 7, 8, 9, 10 (из матрицы А1); σj (λ = 2) = 0 для j = 1, 2, 3, 4, 5, 6 (из матрицы А2). Совместно заданные словия выполняются для j = 5, 6. Следовательно, X5, X6 — элементы перво о поряда. Определяем элементы 2- о поряда, пола ая πj = 2. σi (λ = 2) > 0 для j = 7, 8, 9, 10; σj (λ = 3) = 0 для j = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10. Совместно заданные словия выполняются для j = 7, 10. Следовательно, X7, X10 – элементы второ о поряда. Пола аем πj = 3. σi (λ = 3) > 0 для j = 8, 9; σj (λ = 4) = 0 для j = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Совместно заданные словия выполняются для j = 8, 9. Следовательно, X8, X9 — элементы третье о поряда. 2. Определение «татности» системы. N = max πj = 3. j

Данная схема является трехтатной. 142

3. Отстствие ненлевых элементов на лавной диа онали любой из матриц свидетельствет о том, что в анализиремом доментообороте онтров нет. 4. Определение входных элементов потоа. σj (λ = 1) = 0 для j = 1, 2, 3, 4. Следовательно, элементы X1, X2, X3, X4 — входные элементы. Например, σ6(λ = 1) = 2. Это означает, что в X6 входят два элемента, и т. д. 5. Определение выходных элементов потоа. σi (λ = 1) = 0 для i = 8, 9, 10. Следовательно, элементы X8, X9, X10 — выходные элементы. Например, σ5(λ = 1) = 3. Это означает, что X5 использется для формирования 3-х др их элементов. 6. Определение висящих вершин. Ситация σj(λ = l) = σi(λ = 1) = 0 отстствет, т.е. висящих вершин нет. 7. Определение числа птей длиной λ. Например, a28(λ = 2) = 2. Это означает, что от X2  X8 имеются два различных пти длиною два. 8. Определение всевозможных птей межд двмя элементами. Например, a18(Σ) = 3. Это означает, что от X1  X8 имеются три различных пти длиною l. 9. Определение всех элементов, частвющих в формировании данно о. Например, отличные от нля элементы 8- о столбца матрицы A(Σ) азывают все элементы потоа, частвющие в формировании X8, т. е. X1, X2, X3, X4, X5, X7, причем, например, X5 – дважды; а, например, ненлевые элементы 5-й строи матрицы A(Σ) азывают все элементы, при формировании оторых использется X5, т. е. X7, X8, X9, X10, причем для формирования X8 элемент X5 использется дважды. 10. Определение номера тата, после оторо о данный элемент может быть «по ашен» в памяти системы. Например, X1 же не использется после τ1 = 3, та а, сдя по А, для формирования X1 использется X5 с τ5 = 1 и X8 с τ8 = 3. Масимм равен 3. 11. Определение числа татов хранения. Например, для X1 t1 = τ1 – π1 = 3 – 0 = 3. 12. Рассмотрим столбцы матрицы A(В), соответствющие выходным элементам. Например, столбец, соответствющий X8. Ка азывалось, эта матрица задает число всех связей межд элементами. В фор143

Последовательность вычисленных матриц позволяет формально определить все свойства анализиремо о информационно о потоа. Рассмотрим эти свойства в той же последовательности, в оторой они изла ались в теории. 1. Определение поряда элементов. Для это о использется система

σi (λ = πj) = 0; σj (λ = πj + 1) = 0.

Определяем элементы нлево о поряда, для че о пола аем πj. σj (λ = 0) > 0 для j = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, та а любая матрица в степени 0 дает 1. σj (λ = 1) = 0 для j = 1, 2, 3, 4 — это следет из матрицы A. Совместно азанное соотношение выполняется для j = 1, 2, 3, 4. Следовательно элементы X1, X2, X3, X4 есть элементы нлево о поряда. Определеям элементы 1- о поряда, пола ая πj = 1. σi (λ = 1) > 0 для j = 5, 6, 7, 8, 9, 10 (из матрицы А1); σj (λ = 2) = 0 для j = 1, 2, 3, 4, 5, 6 (из матрицы А2). Совместно заданные словия выполняются для j = 5, 6. Следовательно, X5, X6 — элементы перво о поряда. Определяем элементы 2- о поряда, пола ая πj = 2. σi (λ = 2) > 0 для j = 7, 8, 9, 10; σj (λ = 3) = 0 для j = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10. Совместно заданные словия выполняются для j = 7, 10. Следовательно, X7, X10 – элементы второ о поряда. Пола аем πj = 3. σi (λ = 3) > 0 для j = 8, 9; σj (λ = 4) = 0 для j = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Совместно заданные словия выполняются для j = 8, 9. Следовательно, X8, X9 — элементы третье о поряда. 2. Определение «татности» системы. N = max πj = 3. j

Данная схема является трехтатной. 142

3. Отстствие ненлевых элементов на лавной диа онали любой из матриц свидетельствет о том, что в анализиремом доментообороте онтров нет. 4. Определение входных элементов потоа. σj (λ = 1) = 0 для j = 1, 2, 3, 4. Следовательно, элементы X1, X2, X3, X4 — входные элементы. Например, σ6(λ = 1) = 2. Это означает, что в X6 входят два элемента, и т. д. 5. Определение выходных элементов потоа. σi (λ = 1) = 0 для i = 8, 9, 10. Следовательно, элементы X8, X9, X10 — выходные элементы. Например, σ5(λ = 1) = 3. Это означает, что X5 использется для формирования 3-х др их элементов. 6. Определение висящих вершин. Ситация σj(λ = l) = σi(λ = 1) = 0 отстствет, т.е. висящих вершин нет. 7. Определение числа птей длиной λ. Например, a28(λ = 2) = 2. Это означает, что от X2  X8 имеются два различных пти длиною два. 8. Определение всевозможных птей межд двмя элементами. Например, a18(Σ) = 3. Это означает, что от X1  X8 имеются три различных пти длиною l. 9. Определение всех элементов, частвющих в формировании данно о. Например, отличные от нля элементы 8- о столбца матрицы A(Σ) азывают все элементы потоа, частвющие в формировании X8, т. е. X1, X2, X3, X4, X5, X7, причем, например, X5 – дважды; а, например, ненлевые элементы 5-й строи матрицы A(Σ) азывают все элементы, при формировании оторых использется X5, т. е. X7, X8, X9, X10, причем для формирования X8 элемент X5 использется дважды. 10. Определение номера тата, после оторо о данный элемент может быть «по ашен» в памяти системы. Например, X1 же не использется после τ1 = 3, та а, сдя по А, для формирования X1 использется X5 с τ5 = 1 и X8 с τ8 = 3. Масимм равен 3. 11. Определение числа татов хранения. Например, для X1 t1 = τ1 – π1 = 3 – 0 = 3. 12. Рассмотрим столбцы матрицы A(В), соответствющие выходным элементам. Например, столбец, соответствющий X8. Ка азывалось, эта матрица задает число всех связей межд элементами. В фор143

мировании X8 частвют элементы X1, X2, X4, X5 и X7, причем X1 и X2 — 5 трижды, а X5 — дважды. 1 2 4 Наличие большо о числа ненлевых и неединичных элементов в Рис. 4.28. Вид фра,столбце j = 8 свидетельствет о необмента ,рафа, связанно,о с формированием X8. ходимости проведения содержательно о анализа фра мента общей схемы потоа, связанной с формированием X8 (рис. 4.28). Быть может, дастся простить фра мент за счет ислючения излишних связей или промежточных элементов. 8

7

рованных рафов связность всех элементов в стртре соответствет выполнению словия: n

n

0,5 = ∑ ∑ a ij l n – 1, i ≠ j.

(4.6)

i = 1j = 1

В соотношении (4.6) aij — элемент матрицы смежности. Правая часть (4.6) определяет необходимое минимальное число связей в стртре неориентированно о рафа, содержаще о n вершин. Коэффициент 0,5 берется в сил то о, что одна и та же связь ai и aj читывается дважды. Соотношение (4.6) можно переписать в виде n

n

4.6. Стр трно-тополоичес ие хара теристи и систем и их применение

0,5 = ∑ ∑ a ij = m,

При проведении анализа системы целесообразно оценить оличественно ачество стртры системы и ее элементов с позиций общесистемно о подхода. Рассмотрим основные стртрно-тополо ичесие харатеристии. Сначала выделим основные виды стртр с точи зрения тополо ии внтренних связей. Виды тополоичесих стртр. Виды тополо ичесих стртр рассмотрим на примере пяти элементов. Связность стртры. Данная харатеристиа позволяет выделить наличие обрывов, висячие вершины и т. д. Для неориенти-

т.е. это не что иное, а число ребер в неориентированном рафе. Определим m а фнцию от n для основных типов стртр в общем виде. Последовательная стртра. Очевидно m = n – 1. Кольцевая стртра. Очевидно m = n. Радиальная стртра. Очевидно m = n – 1. Древовидная стртра. Трдно сазать в общем виде, та а параметр определяется видом дерева. Cтртра полный раф. Для перво о элемента число связей n – 1, та а он связан со всеми элементами, роме себя. У второ о элемента n – 2 связей, т.. нет связи с самим собой, и связь с первым мы же чли. Анало ично  третье о – n – 3 и т. д. У последне о – 0, та а все связи чтены. Ита, имеем m = (n – 1) + (n – 2) + (n – 3) + ... + 0 = 0,5n(n – 1). Для несвязной стртры эта харатеристиа не имеет смысла. Стртрная избыточность. Это стртрный параметр, отражающий превышение обще о числа связей над необходимым минимальным числом связей. Разделим в соотношении (4.6) все члены на n–1 и разность обозначим через R. То да бдем иметь

à) 1

3

2

5

4

á)

â)

1

2

5

2 4

ã)

1 5

3 4

1

3

5

2 4

3

3

4

ä)

1

2

5

i = 1j = 1

å)

1 2

4 3

5

Рис. 4.29. Виды тополо,ичес их стр тр: a) последовательная стртра; б) ольцевая стртра; в) радиальная стртра; () древовидная стртра; д) стртра типа полный (раф; e) несвязная стртра

144

n

n

1 R = 0,5 ∑ ∑ a ij ----------- – 1; n−1

(4.7)

m R = -----------,

(4.8)

i = 1j = 1

n−1

де R — стртрная избыточность. 145

мировании X8 частвют элементы X1, X2, X4, X5 и X7, причем X1 и X2 — 5 трижды, а X5 — дважды. 1 2 4 Наличие большо о числа ненлевых и неединичных элементов в Рис. 4.28. Вид фра,столбце j = 8 свидетельствет о необмента ,рафа, связанно,о с формированием X8. ходимости проведения содержательно о анализа фра мента общей схемы потоа, связанной с формированием X8 (рис. 4.28). Быть может, дастся простить фра мент за счет ислючения излишних связей или промежточных элементов. 8

7

рованных рафов связность всех элементов в стртре соответствет выполнению словия: n

n

0,5 = ∑ ∑ a ij l n – 1, i ≠ j.

(4.6)

i = 1j = 1

В соотношении (4.6) aij — элемент матрицы смежности. Правая часть (4.6) определяет необходимое минимальное число связей в стртре неориентированно о рафа, содержаще о n вершин. Коэффициент 0,5 берется в сил то о, что одна и та же связь ai и aj читывается дважды. Соотношение (4.6) можно переписать в виде n

n

4.6. Стр трно-тополоичес ие хара теристи и систем и их применение

0,5 = ∑ ∑ a ij = m,

При проведении анализа системы целесообразно оценить оличественно ачество стртры системы и ее элементов с позиций общесистемно о подхода. Рассмотрим основные стртрно-тополо ичесие харатеристии. Сначала выделим основные виды стртр с точи зрения тополо ии внтренних связей. Виды тополоичесих стртр. Виды тополо ичесих стртр рассмотрим на примере пяти элементов. Связность стртры. Данная харатеристиа позволяет выделить наличие обрывов, висячие вершины и т. д. Для неориенти-

т.е. это не что иное, а число ребер в неориентированном рафе. Определим m а фнцию от n для основных типов стртр в общем виде. Последовательная стртра. Очевидно m = n – 1. Кольцевая стртра. Очевидно m = n. Радиальная стртра. Очевидно m = n – 1. Древовидная стртра. Трдно сазать в общем виде, та а параметр определяется видом дерева. Cтртра полный раф. Для перво о элемента число связей n – 1, та а он связан со всеми элементами, роме себя. У второ о элемента n – 2 связей, т.. нет связи с самим собой, и связь с первым мы же чли. Анало ично  третье о – n – 3 и т. д. У последне о – 0, та а все связи чтены. Ита, имеем m = (n – 1) + (n – 2) + (n – 3) + ... + 0 = 0,5n(n – 1). Для несвязной стртры эта харатеристиа не имеет смысла. Стртрная избыточность. Это стртрный параметр, отражающий превышение обще о числа связей над необходимым минимальным числом связей. Разделим в соотношении (4.6) все члены на n–1 и разность обозначим через R. То да бдем иметь

à) 1

3

2

5

4

á)

â)

1

2

5

2 4

ã)

1 5

3 4

1

3

5

2 4

3

3

4

ä)

1

2

5

i = 1j = 1

å)

1 2

4 3

5

Рис. 4.29. Виды тополо,ичес их стр тр: a) последовательная стртра; б) ольцевая стртра; в) радиальная стртра; () древовидная стртра; д) стртра типа полный (раф; e) несвязная стртра

144

n

n

1 R = 0,5 ∑ ∑ a ij ----------- – 1; n−1

(4.7)

m R = -----------,

(4.8)

i = 1j = 1

n−1

де R — стртрная избыточность. 145

Найдем стртрню избыточность для рассмотренных типовых стртр в общем виде, читывая ранее найденню зависимость m = m(n).

n

i=1

−1 1. Последовательная стртра: m = n – 1; R = n----------- –1 = 0.

Данная стртрная харатеристиа использется для освенной оцени эономичности и надежности исследемой системы. Для систем с избыточностью — R > 0, для систем с минимальной избыточностью – R = 0, для несвязных систем – R < 0. Очевидно, что чем больше R, тем потенциально более надежна система, но стртрная избыточность может быть дости нта за счет величения связности тольо одних вершин (см. рис. 4.30). Поэтом вводят параметр ε2, читывающий неравномерность распределеРис. 4.30. Вид ,рафа ния связей или их несимметричность. Вспомним понятие «степень вершины» ρi, т. е. число ребер, инцидентных вершине i. Было поазано, что n

Если связи распределены равномерно, то, очевидно, все сi одинаовы. То да i=1

n

∑ ( ρi −

i=1

146

ρ )2

n

=∑

i=1

2 ρi

n

n

i=1

i=1

– 2 ∑ ρi ρ + ∑

( ρ)2 ; 2

i=1

И, оончательно, n

2

2

2

m m ε2 = ∑ ρ i – 8 -----+ 4 -----; n n i=1

n

2

4m ε2 = ∑ ρ i – ---------. n 2

(4.9)

i=1

Поазатель ε2 харатеризет недоиспользованные возможности заданной стртры, имеющей m ребер и n вершин. Рассмотрим стртрню неравномерность для типовых схем. 1. Последовательная стртра: 2

m = n – 1.

4( n − 1 )2 4m ---------- = ----------------------- . n n

То да

n

2 ∑ ρ i = 12 + 22 + 22 + ... + 22 + 12 = 2 + 22(n – 2) = 4n – 6.

i=1

n– 2

2(n − 2) ( n − 2 )2 ε2 = 4n – 6 – 4---------------------- = -------------------- . n

n

2

m = n, ∑ ρ i = 22 + 22 + ... + 22 = 22 n. i=1

ρ = 2m ---- , n

n

4n 2 ε2 = 22n – -------= 0. n

де ρ — средняя степень вершины. Теперь можно определить вадратичные отлонения распределения степеней вершин от равномерно о. Средневадратичное отлонение равно ε2 =

n

2. Кольцевая стртра:

i=1

∑ ρ i = nρ и

2 4m 2 2 ∑ ρ2 = 4 · n m ------2 = ---------- . n n

n

0,5 ⎛ ∑ ρ i ⎞ = m. ⎝ ⎠

n

i=1

n

2 = 8m ------;

n−1

n 1 2. Кольцевая стртра: m = n; R = ----------- –1 = ------------ . n−1 n−1 −1 3. Радиальная стртра: m = n – 1; R = n----------- –1 = 0. n−1 (n − 1) n(n − 1) n−2 4. Стртра полный раф: m = n------------------- ; R = -------------------- –1 = ------------ . 2 2(n − 1) 2

n

m m Та а ∑ ρ i = 2m и ρ = 2 m ----, то 2 ∑ ρ i ρ = 2 · 2ρ ---- · n · 2 ---- = n n n

n

n

i=1

i=1

∑ ρi ρ = 2 ρ ∑ ρi .

3. Радиальная стртра: n

2

m = n – 1, ∑ ρ i = (n – 1)2 + 12 + 12 + ... + 12 = n(n – 1). i=1

n– 1

1 )2

( n − 1 ) ( n − 2 )2 4(n − ε2 = n(n – 1) – ---------------------- = ------------------------------------- . n

n

147

Найдем стртрню избыточность для рассмотренных типовых стртр в общем виде, читывая ранее найденню зависимость m = m(n).

n

i=1

−1 1. Последовательная стртра: m = n – 1; R = n----------- –1 = 0.

Данная стртрная харатеристиа использется для освенной оцени эономичности и надежности исследемой системы. Для систем с избыточностью — R > 0, для систем с минимальной избыточностью – R = 0, для несвязных систем – R < 0. Очевидно, что чем больше R, тем потенциально более надежна система, но стртрная избыточность может быть дости нта за счет величения связности тольо одних вершин (см. рис. 4.30). Поэтом вводят параметр ε2, читывающий неравномерность распределеРис. 4.30. Вид ,рафа ния связей или их несимметричность. Вспомним понятие «степень вершины» ρi, т. е. число ребер, инцидентных вершине i. Было поазано, что n

Если связи распределены равномерно, то, очевидно, все сi одинаовы. То да i=1

n

∑ ( ρi −

i=1

146

ρ )2

n

=∑

i=1

2 ρi

n

n

i=1

i=1

– 2 ∑ ρi ρ + ∑

( ρ)2 ; 2

i=1

И, оончательно, n

2

2

2

m m ε2 = ∑ ρ i – 8 -----+ 4 -----; n n i=1

n

2

4m ε2 = ∑ ρ i – ---------. n 2

(4.9)

i=1

Поазатель ε2 харатеризет недоиспользованные возможности заданной стртры, имеющей m ребер и n вершин. Рассмотрим стртрню неравномерность для типовых схем. 1. Последовательная стртра: 2

m = n – 1.

4( n − 1 )2 4m ---------- = ----------------------- . n n

То да

n

2 ∑ ρ i = 12 + 22 + 22 + ... + 22 + 12 = 2 + 22(n – 2) = 4n – 6.

i=1

n– 2

2(n − 2) ( n − 2 )2 ε2 = 4n – 6 – 4---------------------- = -------------------- . n

n

2

m = n, ∑ ρ i = 22 + 22 + ... + 22 = 22 n. i=1

ρ = 2m ---- , n

n

4n 2 ε2 = 22n – -------= 0. n

де ρ — средняя степень вершины. Теперь можно определить вадратичные отлонения распределения степеней вершин от равномерно о. Средневадратичное отлонение равно ε2 =

n

2. Кольцевая стртра:

i=1

∑ ρ i = nρ и

2 4m 2 2 ∑ ρ2 = 4 · n m ------2 = ---------- . n n

n

0,5 ⎛ ∑ ρ i ⎞ = m. ⎝ ⎠

n

i=1

n

2 = 8m ------;

n−1

n 1 2. Кольцевая стртра: m = n; R = ----------- –1 = ------------ . n−1 n−1 −1 3. Радиальная стртра: m = n – 1; R = n----------- –1 = 0. n−1 (n − 1) n(n − 1) n−2 4. Стртра полный раф: m = n------------------- ; R = -------------------- –1 = ------------ . 2 2(n − 1) 2

n

m m Та а ∑ ρ i = 2m и ρ = 2 m ----, то 2 ∑ ρ i ρ = 2 · 2ρ ---- · n · 2 ---- = n n n

n

n

i=1

i=1

∑ ρi ρ = 2 ρ ∑ ρi .

3. Радиальная стртра: n

2

m = n – 1, ∑ ρ i = (n – 1)2 + 12 + 12 + ... + 12 = n(n – 1). i=1

n– 1

1 )2

( n − 1 ) ( n − 2 )2 4(n − ε2 = n(n – 1) – ---------------------- = ------------------------------------- . n

n

147

4. Стртра полный раф: (n − 1) m = n-------------------, 2

Перепишем это иначе:

2

4 n2 ( n − 1 )2 4m ---------- = --- · ------------------------- = n(n – 1)2. n n 4

1 + 2 + 3 + 4 + ....... + (n – 1) 1 + 1 + 2 + 3 + 4 + ..... + (n – 2) n – 1 2 + 1 + 1 + 2 + 3 + 4 + ... + (n – 3)

Q1

n

2 ∑ ρ i = (n –1)2 + (n –1)2 + ... + (n –1)2 = n(n – 1)2.

i=1

n

ε2

= n(n –

1)2

n–1

– n(n –

1)2

= 0.

Стртрная омпатность. Для ее оцени вводится параметр, отображающий близость элементов межд собой. Близость 2-х элементов i и j определяется через минимальню длин пти для ориентированно о рафа (цепи — для неориентированно о) — dij . То да смма всех минимальных птей (цепей) межд всеми элементами отражает общю стртрню близость элементов в анализиремой стртре. Обозначим эт величин через Q и, в соответствии с определением, бдем иметь: n

Q=

(n – 1) + ....... + 4 + 3 + 2 + 1 (n – 2) + ..... + 4 + 3 + 2 + 1 + 1 (n – 3) + ... + 4 + 3 + 2 + 1 + 1 + 2

Теперь очевидно, что Q1 = Q2 и Q = 2Q1. Рассмотрим Q1. Смма натральных чисел по столбцам равна Q1 = 1(n – 1) + 2(n – 1 – 1) + 3(n – 1 – 1 – 1) + ... + (n – 1). Q1 = 1(n – 1) + 2(n – 2) + 3(n – 3) + ... + (n – 1). n−1

n

∑ ∑ d ij , i ≠ j.

Q1 = ∑ i ( n − i ) .

(4.10)

i=1

i = 1j = 1

Рассмотрим этот параметр для основных стртр. 1. Последовательная стртра. Непосредственно из ее изображения имеем: Для 1- о элемента n

∑ d 1j = d12 + d13 + d14 + d15 + ... + d1n = 1 + 2 + 3 + 4 + ... + n – 1.

И, оончательно, n−1

Q = 2 ∑ i(n − i) .

(4.11)

i=1

Расроем последнее выражение

j=1

n−1

n−1

i=1

i=1

Q = 2n ∑ i – 2 ∑ i 2 .

Для 2- о элемента

Известна справочная формла

n

∑ d 2j = d21 + d23 + d24 + d25 + ... + d2n = 1 + 1 + 1 + 3 + ... + n – 2.

n

∑ i2 =

j=1

i=1

Для 3- о элемента n

∑ d 3j = d31 + d33 + d34 + d35 + ... + d3n = 2 + 1 + 1 + 2 + ... + n – 3.

j=1

Отда

n ( n + 1 ) ( 2n + 1 ) ----------------------------------------- . 6

n

( n − 1 ) ( 2n − 1 ) 2 ∑ i 2 = n----------------------------------------. 3 i=1

Для n- о элемента n

∑ d nj = n – 1 + ... + 4 + 3 + 2 + 1.

j=1

148

Q2

И, оончательно, 1 Q = --- n(n2 – 1). 3

(4.12) 149

4. Стртра полный раф: (n − 1) m = n-------------------, 2

Перепишем это иначе:

2

4 n2 ( n − 1 )2 4m ---------- = --- · ------------------------- = n(n – 1)2. n n 4

1 + 2 + 3 + 4 + ....... + (n – 1) 1 + 1 + 2 + 3 + 4 + ..... + (n – 2) n – 1 2 + 1 + 1 + 2 + 3 + 4 + ... + (n – 3)

Q1

n

2 ∑ ρ i = (n –1)2 + (n –1)2 + ... + (n –1)2 = n(n – 1)2.

i=1

n

ε2

= n(n –

1)2

n–1

– n(n –

1)2

= 0.

Стртрная омпатность. Для ее оцени вводится параметр, отображающий близость элементов межд собой. Близость 2-х элементов i и j определяется через минимальню длин пти для ориентированно о рафа (цепи — для неориентированно о) — dij . То да смма всех минимальных птей (цепей) межд всеми элементами отражает общю стртрню близость элементов в анализиремой стртре. Обозначим эт величин через Q и, в соответствии с определением, бдем иметь: n

Q=

(n – 1) + ....... + 4 + 3 + 2 + 1 (n – 2) + ..... + 4 + 3 + 2 + 1 + 1 (n – 3) + ... + 4 + 3 + 2 + 1 + 1 + 2

Теперь очевидно, что Q1 = Q2 и Q = 2Q1. Рассмотрим Q1. Смма натральных чисел по столбцам равна Q1 = 1(n – 1) + 2(n – 1 – 1) + 3(n – 1 – 1 – 1) + ... + (n – 1). Q1 = 1(n – 1) + 2(n – 2) + 3(n – 3) + ... + (n – 1). n−1

n

∑ ∑ d ij , i ≠ j.

Q1 = ∑ i ( n − i ) .

(4.10)

i=1

i = 1j = 1

Рассмотрим этот параметр для основных стртр. 1. Последовательная стртра. Непосредственно из ее изображения имеем: Для 1- о элемента n

∑ d 1j = d12 + d13 + d14 + d15 + ... + d1n = 1 + 2 + 3 + 4 + ... + n – 1.

И, оончательно, n−1

Q = 2 ∑ i(n − i) .

(4.11)

i=1

Расроем последнее выражение

j=1

n−1

n−1

i=1

i=1

Q = 2n ∑ i – 2 ∑ i 2 .

Для 2- о элемента

Известна справочная формла

n

∑ d 2j = d21 + d23 + d24 + d25 + ... + d2n = 1 + 1 + 1 + 3 + ... + n – 2.

n

∑ i2 =

j=1

i=1

Для 3- о элемента n

∑ d 3j = d31 + d33 + d34 + d35 + ... + d3n = 2 + 1 + 1 + 2 + ... + n – 3.

j=1

Отда

n ( n + 1 ) ( 2n + 1 ) ----------------------------------------- . 6

n

( n − 1 ) ( 2n − 1 ) 2 ∑ i 2 = n----------------------------------------. 3 i=1

Для n- о элемента n

∑ d nj = n – 1 + ... + 4 + 3 + 2 + 1.

j=1

148

Q2

И, оончательно, 1 Q = --- n(n2 – 1). 3

(4.12) 149

2. Кольцевая стртра. Имеем для 1- о элемента (i =1) 1

n=2

2

2

∑ d1j = 1 + 2 + 3 + ... +

d12 = 1;

j=1

3

1

n=3

Для n – четно о имеем n

2

4

∑ d 1j = 1 + 2 + 1;

j=1

∑ = 1(n – 1).

2

3

4

5

5

Для второ о и, в сил симметричности, любо о из оставшихся элементов, имеем

∑ d 1j = 1 + 2 + 1 + 2;

j=1

2

5

3

6

∑ d 1j = 1 + 2 + 3 + 1 + 2.

6

j=1

Теперь очевидно, что для n – нечетно о n

∑ d 1j = 1 + 2 + 3 + ... + ∑ d 1j = 2 · ⎛⎝ 1 +

j=1

n−1 n−1 ------------ + 1 + 2 + 3 + ... + ------------ ; 2 2 n − 1 ⎞⎛ n − 1 ⎞ n2 − 1 ------------ ⎠ ⎝ ------------ ⎠ = -------------- . 2 4 4

j=1

j=1

Первый член в последнем выражении 1 – это пть до 1- о элемента, второй 2 – для любо о др о о, а их (n – 2), та а нет связи с самим собой, а связь с первым же чтена. И таих связей, очевидно, (n – 1). То да Q = (n – 1) + (2n – 3)(n – 1);

2

(n + 1) Q = n----------------------. 4

(4.15)

4. Стртра полный раф. У аждо о элемента есть связи со всеми, роме себя. Это – (n – 1), а все о вершин n. Ита, имеем Q = n(n – 1). Для оцени стртрной омпатности часто использется относительный поазатель

Мы нашли смм всех минимальных птей (цепей) для 1- о элемента (в слчае нечетно о числа элементов). И это справедливо для всех n элементов.Оончательно (для n – нечетно о)

150

n

Q = 2(n – 1)2.

4

n

n

∑ d2j = ∑ d 3j = ... = 1 + 2(n – 2) = 2n – 3.

1

j=1

(4.14)

j=1

1

n=6

4

n

4

n=5

2

3. Радиальная стртра. Непосредственно из ее изображения (см. п. 4.6.1) имеем для центрально о элемента

4

3

2

3 Q = n----- .

j=1

1

n=4

n2 + 1 + 2 + 3 + ... + --n- – n--- = ----.

И, оончательно, для n – четно о

∑ d 1j = 1 + 1;

3

n --2

(4.13)

Q Qотн = ----------- – 1, Q min

(4.16)

де Qmin = n(n – 1) — минимальное значение омпатности для стртры типа полный раф. 151

2. Кольцевая стртра. Имеем для 1- о элемента (i =1) 1

n=2

2

2

∑ d1j = 1 + 2 + 3 + ... +

d12 = 1;

j=1

3

1

n=3

Для n – четно о имеем n

2

4

∑ d 1j = 1 + 2 + 1;

j=1

∑ = 1(n – 1).

2

3

4

5

5

Для второ о и, в сил симметричности, любо о из оставшихся элементов, имеем

∑ d 1j = 1 + 2 + 1 + 2;

j=1

2

5

3

6

∑ d 1j = 1 + 2 + 3 + 1 + 2.

6

j=1

Теперь очевидно, что для n – нечетно о n

∑ d 1j = 1 + 2 + 3 + ... + ∑ d 1j = 2 · ⎛⎝ 1 +

j=1

n−1 n−1 ------------ + 1 + 2 + 3 + ... + ------------ ; 2 2 n − 1 ⎞⎛ n − 1 ⎞ n2 − 1 ------------ ⎠ ⎝ ------------ ⎠ = -------------- . 2 4 4

j=1

j=1

Первый член в последнем выражении 1 – это пть до 1- о элемента, второй 2 – для любо о др о о, а их (n – 2), та а нет связи с самим собой, а связь с первым же чтена. И таих связей, очевидно, (n – 1). То да Q = (n – 1) + (2n – 3)(n – 1);

2

(n + 1) Q = n----------------------. 4

(4.15)

4. Стртра полный раф. У аждо о элемента есть связи со всеми, роме себя. Это – (n – 1), а все о вершин n. Ита, имеем Q = n(n – 1). Для оцени стртрной омпатности часто использется относительный поазатель

Мы нашли смм всех минимальных птей (цепей) для 1- о элемента (в слчае нечетно о числа элементов). И это справедливо для всех n элементов.Оончательно (для n – нечетно о)

150

n

Q = 2(n – 1)2.

4

n

n

∑ d2j = ∑ d 3j = ... = 1 + 2(n – 2) = 2n – 3.

1

j=1

(4.14)

j=1

1

n=6

4

n

4

n=5

2

3. Радиальная стртра. Непосредственно из ее изображения (см. п. 4.6.1) имеем для центрально о элемента

4

3

2

3 Q = n----- .

j=1

1

n=4

n2 + 1 + 2 + 3 + ... + --n- – n--- = ----.

И, оончательно, для n – четно о

∑ d 1j = 1 + 1;

3

n --2

(4.13)

Q Qотн = ----------- – 1, Q min

(4.16)

де Qmin = n(n – 1) — минимальное значение омпатности для стртры типа полный раф. 151

Стртрню омпатность можно харатеризовать и др им параметром – диаметром стртры: d = max dij .

Обозначим Q 2zmax = ----------------------------. n

i, j

∑ dij

У полно о рафа азанная величина равна единице, поэтом он и обладает масимальной омпатностью. Учитывая преобладающий информационный харатер связей в АСУ, можно сазать, что а величина Qотн, та и d инте рально оценивают инерционность процессов в системе, а при равных значениях ε2 и R (равномерность и стртрная избыточность) их возрастание отражает величение числа разделяющих связей в стртре, харатеризя тем самым снижение общей надежности. Степень централизации стртры. 1. Наименее «централизованными» и наиболее «размытыми» с этих позиций являются стртры ольцевая и полный раф, в оторых элементы на ржены абсолютно одинаово. Для этих двх стртр стртрная омпатность n

n

j=1

Для то о чтобы эта величина для ольцевой стртры и полно о рафа (один райний слчай) начиналась с нля, вычтем из нее n.

i = 1j = 1

i=1

n

де n ∑ d ij – смма расстояний от i-тоо элемента до всех остальных. i=1

Q Рассмотрим отношение -------------- . Для ольцевой стртры n

∑ dij

j=1

n

∑ d ij равны межд собой. Для полно о рафа эти величины хотя

i=1

и др ие (по сравнению с предыдщим слчаем), но тоже равны межд собой. То да для этих стртр, введя обозначение, полчим

Q =1 2zi = -------------- = n j-------------- = n. n n

∑ dij

j=1

∑ dij

j=1

Для любой др ой стртры эта величина бдет больше. 152

−1

j=1

min

– n.

Проведем нормализацию. Для это о рассмотрим др ой райний слчай – радиальню стртр. Было полчено Q = 2(n – 1)2,

n

∑ dij

j=1

min

= n – 1.

То да для радиальной стртры α′ = 2(n – 1)2(n – 1)– 1 – n = n – 2. Это масимальное значение α′. У всех др их стртр α′ бдет меньше. Потребем, чтобы эта величина не превышала единиц. То да α = α′ (n – 2)– 1 = (2 zmax – n)(n – 2)– 1. 2. Но, с др ой стороны, чем более омпатна стртра, тем ле че центр правлять ею. Поэтом введем новый параметр β′, выражаемый через zmax и возрастающий с ростом омпатности. В соответствии с определением n

∑ dij

= (2zmax)– 1.

=1 β′ = j--------------

Q

n

∑ dij

n

α′ = 2zmax – n = Q ∑ d ij

n

Q = ∑ ∑ d ij = n ∑ d ij ,

min

max

Для наше о предельно о слчая (радиальная стртра), а азывалось, Q = 2(n – 1)2,

n

∑ dij

j=1

min

= n – 1. 153

Стртрню омпатность можно харатеризовать и др им параметром – диаметром стртры: d = max dij .

Обозначим Q 2zmax = ----------------------------. n

i, j

∑ dij

У полно о рафа азанная величина равна единице, поэтом он и обладает масимальной омпатностью. Учитывая преобладающий информационный харатер связей в АСУ, можно сазать, что а величина Qотн, та и d инте рально оценивают инерционность процессов в системе, а при равных значениях ε2 и R (равномерность и стртрная избыточность) их возрастание отражает величение числа разделяющих связей в стртре, харатеризя тем самым снижение общей надежности. Степень централизации стртры. 1. Наименее «централизованными» и наиболее «размытыми» с этих позиций являются стртры ольцевая и полный раф, в оторых элементы на ржены абсолютно одинаово. Для этих двх стртр стртрная омпатность n

n

j=1

Для то о чтобы эта величина для ольцевой стртры и полно о рафа (один райний слчай) начиналась с нля, вычтем из нее n.

i = 1j = 1

i=1

n

де n ∑ d ij – смма расстояний от i-тоо элемента до всех остальных. i=1

Q Рассмотрим отношение -------------- . Для ольцевой стртры n

∑ dij

j=1

n

∑ d ij равны межд собой. Для полно о рафа эти величины хотя

i=1

и др ие (по сравнению с предыдщим слчаем), но тоже равны межд собой. То да для этих стртр, введя обозначение, полчим

Q =1 2zi = -------------- = n j-------------- = n. n n

∑ dij

j=1

∑ dij

j=1

Для любой др ой стртры эта величина бдет больше. 152

−1

j=1

min

– n.

Проведем нормализацию. Для это о рассмотрим др ой райний слчай – радиальню стртр. Было полчено Q = 2(n – 1)2,

n

∑ dij

j=1

min

= n – 1.

То да для радиальной стртры α′ = 2(n – 1)2(n – 1)– 1 – n = n – 2. Это масимальное значение α′. У всех др их стртр α′ бдет меньше. Потребем, чтобы эта величина не превышала единиц. То да α = α′ (n – 2)– 1 = (2 zmax – n)(n – 2)– 1. 2. Но, с др ой стороны, чем более омпатна стртра, тем ле че центр правлять ею. Поэтом введем новый параметр β′, выражаемый через zmax и возрастающий с ростом омпатности. В соответствии с определением n

∑ dij

= (2zmax)– 1.

=1 β′ = j--------------

Q

n

∑ dij

n

α′ = 2zmax – n = Q ∑ d ij

n

Q = ∑ ∑ d ij = n ∑ d ij ,

min

max

Для наше о предельно о слчая (радиальная стртра), а азывалось, Q = 2(n – 1)2,

n

∑ dij

j=1

min

= n – 1. 153

То да

Средневадратичное отлонение β′ = (n – 1)[2(n –

1)2]– 1

= [2(n

–1)]– 1.

n

2 4 ⋅ 42 4m 2 ε2 = ∑ ρ i – --------- = 22 + 11 + 32 + 12 + 12 – ------------- = 3,2. n 5

Потребем таже, чтобы в этом предельном слчае эта величина равнялась бы единице: β = β′ 2(n – 1).

j=1

Стртрная омпатность n

То да

Q=

β = 2(n – 1)(2zmax)–1 = (n – 1)(zmax)– 1.

( n − 1 ) ( 2z max − n ) γ = αβ = ---------------------------------------------. ( n − 2 )z max

5

∑ d1j = d12 + d13 + d14 + d15 = 1 + 1 + 2 + 2 = 6,

j=1

(4.17)

5

∑ d2j = 1 + 2 + 3 + 3 = 9,

Для стртр с масимальной степенью централизации (радиальная) γ = 1, для стртр с равномерным распределением связей (ольцевая и полный раф) γ = 0. Сравнительный анализ тополоичесих стртр. Резльтаты вычисления тополо ичесих харатеристи для типовых стртр (для слчая 5-ти элементов) сведены в таблиц 4.16. Параметры этой таблицы для всех стртр, роме древовидной, вычислялись по приведенным выше формлам (4.8—4.17). Для древовидной стртры расчеты произведем непосредственно исходя из определений параметров.

j=1 5

∑ d 3j = 1 + 2 + 1 + 1 = 5,

j=1 5

∑ d4j = 2 + 3 + 1 + 2 = 8,

j=1 5

Та б л и ц а 4 . 1 6 R

ε

2

Q

Qотн

d

γ

0

1,2

40

1,0

4

0,7

Кольцевая

0,25

0

30

0,5

2

0

Радиальная

0

7,2

32

0,6

2

1,0

Древовидная

0

3,2

36

0,8

3

0,81

Полный раф

2,5

0

20

0

1

0

Несвязанная

–0,25

—

—

—

—

—

Параметр

Последовательная

m 4 R = ----------- – 1 = ------------ – 1 = 0.

154

∑ d 5j = 2 + 3 + 1 + 2 = 8.

j=1

Стртрная омпатность Q = 6 + 9 + 5 + 8 + 8 = 36. Относительная стртрная омпатность Q Qотн = ----------- – 1, Q min

де Qmin = n · (n – 1) = 5 · 4 = 20.

Стртрная избыточность R n−1

i ≠ j.

i = 1j = 1

Теперь введем понятие индеса центральности, определив е о а

Стр т ра

n

∑ ∑ d ij ,

5−1

Qотн = 36 ------ – 1 = 0,8. 20

155

То да

Средневадратичное отлонение β′ = (n – 1)[2(n –

1)2]– 1

= [2(n

–1)]– 1.

n

2 4 ⋅ 42 4m 2 ε2 = ∑ ρ i – --------- = 22 + 11 + 32 + 12 + 12 – ------------- = 3,2. n 5

Потребем таже, чтобы в этом предельном слчае эта величина равнялась бы единице: β = β′ 2(n – 1).

j=1

Стртрная омпатность n

То да

Q=

β = 2(n – 1)(2zmax)–1 = (n – 1)(zmax)– 1.

( n − 1 ) ( 2z max − n ) γ = αβ = ---------------------------------------------. ( n − 2 )z max

5

∑ d1j = d12 + d13 + d14 + d15 = 1 + 1 + 2 + 2 = 6,

j=1

(4.17)

5

∑ d2j = 1 + 2 + 3 + 3 = 9,

Для стртр с масимальной степенью централизации (радиальная) γ = 1, для стртр с равномерным распределением связей (ольцевая и полный раф) γ = 0. Сравнительный анализ тополоичесих стртр. Резльтаты вычисления тополо ичесих харатеристи для типовых стртр (для слчая 5-ти элементов) сведены в таблиц 4.16. Параметры этой таблицы для всех стртр, роме древовидной, вычислялись по приведенным выше формлам (4.8—4.17). Для древовидной стртры расчеты произведем непосредственно исходя из определений параметров.

j=1 5

∑ d 3j = 1 + 2 + 1 + 1 = 5,

j=1 5

∑ d4j = 2 + 3 + 1 + 2 = 8,

j=1 5

Та б л и ц а 4 . 1 6 R

ε

2

Q

Qотн

d

γ

0

1,2

40

1,0

4

0,7

Кольцевая

0,25

0

30

0,5

2

0

Радиальная

0

7,2

32

0,6

2

1,0

Древовидная

0

3,2

36

0,8

3

0,81

Полный раф

2,5

0

20

0

1

0

Несвязанная

–0,25

—

—

—

—

—

Параметр

Последовательная

m 4 R = ----------- – 1 = ------------ – 1 = 0.

154

∑ d 5j = 2 + 3 + 1 + 2 = 8.

j=1

Стртрная омпатность Q = 6 + 9 + 5 + 8 + 8 = 36. Относительная стртрная омпатность Q Qотн = ----------- – 1, Q min

де Qmin = n · (n – 1) = 5 · 4 = 20.

Стртрная избыточность R n−1

i ≠ j.

i = 1j = 1

Теперь введем понятие индеса центральности, определив е о а

Стр т ра

n

∑ ∑ d ij ,

5−1

Qотн = 36 ------ – 1 = 0,8. 20

155

Степень централизации ( n − 1 ) ⋅ ( 2z − n) ( n − 2 )z max

max γ = -------------------------------------------------,

де

Q 2zmax = ----------------------------. n

∑ dij

j=1

2zmax = 36 ------ = 7,2 5

и

min

( 5 − 1 ) ( 7, 2 − 5 ) 7, 2 ( 5 − 2 ) --------2

γ = ---------------------------------------- = 0,81.

Анализ табл. 4.16 поазывает следющее. 1. Для несвязных стртр стртрная избыточность R < 0, для стртр без избыточности (последовательная, радиальная, древовидная) R = 0; для стртр с избыточностью по связям (ольцевая, полный раф) R > 0. 2. Стртры (последовательная, радиальная, древовидная) с R = 0 различаются по поазателю ε2, наибольшю неравномерность связей имеет радиальная стртра. 3. Наибольшю близость элементов (поазатель Qотн) имеет стртра типа полный раф, наименьшю — последовательная. 4. Радиальная и древовидная стртры, имеющие одинаовые или близие значения R, Qотн, d, значительно отличаются по поазателям ε2 и γ, что соответствет физичесом смысл, ибо отход от полной централизации в стртре ведет  большей равномерности распределения связей по элементам. Рассмотренные выше стртрные харатеристии были полчены тольо на основе информации о составе элементов и их связях. Дальнейшее развитие методоло ии стртрных параметров для решения задач стртрно о анализа может быть основано на чете нестртрной информации за счет введения числовых фнций на рафах. Это позволяет, наряд с составом элементов и направленностью их взаимодействия, читывать при решении задач др ие стороны их фнционирования (временные, надежностные, стоимостные и т. п. Рассмотрим далее третий ровень формализации задач стртрно о анализа, о да читывается состав си налов взаимосвязи элементов и их вид. 156

Напомним, что на первом ровне 1 2 3 читывалось лишь наличие связи межд 4 элементами, на втором – наличие и направление этой связи. 5 6 7 8 Пример расчета стртрно-тополоичесих харатеристи. Псть необхо9 10 димо для стртры, представленной на Рис. 4.31. Вид исходрис. 4.31, вычислить все ее стртрноно о рафа тополо ичесие харатеристии, по полченным резльтатам охаратеризовать стртр. 1. Связность стртры. Для неориентированных рафов связность всех элементов в стртре соответствет выполнению следюще о словия: n

n

0,5 ∑ ∑ a ij l n – 1,

i ≠ j,

i = 1j = 1

де aij — элемент матрицы смежности. В данном слчае имеем 0,5 · 24 > 9. Следовательно, раф является связным. 2. Стртрная избыточность R. n

n

1 R = 0,5 ∑ ∑ a ij ----------- –1 n−1

или

m R = ----------- – 1,

i = 1j = 1

n−1

де m – число ребер, n — число вершин. В данной стртре n = 10 , m = 12 и 12 1 R = -------------- – 1 = --- > 0. 10 − 1

3

Посоль R > 0 , то в данной системе пристствет стртрная избыточность. 3. Средневадратичное отлонение ε2. Справедливо следющее соотношение: n

ε2 = ∑ ρ i – 4--- m2, n i=1

2

2

ρ i — вадрат степени i-той вершины.

Для данной системы: ⋅ 12 2 ε2 = 22 + 32 + 1 + 42+ 1 + 32 + 42 + 22 + 22 + 22 – 4--------------- = 10,4. 10

157

Степень централизации ( n − 1 ) ⋅ ( 2z − n) ( n − 2 )z max

max γ = -------------------------------------------------,

де

Q 2zmax = ----------------------------. n

∑ dij

j=1

2zmax = 36 ------ = 7,2 5

и

min

( 5 − 1 ) ( 7, 2 − 5 ) 7, 2 ( 5 − 2 ) --------2

γ = ---------------------------------------- = 0,81.

Анализ табл. 4.16 поазывает следющее. 1. Для несвязных стртр стртрная избыточность R < 0, для стртр без избыточности (последовательная, радиальная, древовидная) R = 0; для стртр с избыточностью по связям (ольцевая, полный раф) R > 0. 2. Стртры (последовательная, радиальная, древовидная) с R = 0 различаются по поазателю ε2, наибольшю неравномерность связей имеет радиальная стртра. 3. Наибольшю близость элементов (поазатель Qотн) имеет стртра типа полный раф, наименьшю — последовательная. 4. Радиальная и древовидная стртры, имеющие одинаовые или близие значения R, Qотн, d, значительно отличаются по поазателям ε2 и γ, что соответствет физичесом смысл, ибо отход от полной централизации в стртре ведет  большей равномерности распределения связей по элементам. Рассмотренные выше стртрные харатеристии были полчены тольо на основе информации о составе элементов и их связях. Дальнейшее развитие методоло ии стртрных параметров для решения задач стртрно о анализа может быть основано на чете нестртрной информации за счет введения числовых фнций на рафах. Это позволяет, наряд с составом элементов и направленностью их взаимодействия, читывать при решении задач др ие стороны их фнционирования (временные, надежностные, стоимостные и т. п. Рассмотрим далее третий ровень формализации задач стртрно о анализа, о да читывается состав си налов взаимосвязи элементов и их вид. 156

Напомним, что на первом ровне 1 2 3 читывалось лишь наличие связи межд 4 элементами, на втором – наличие и направление этой связи. 5 6 7 8 Пример расчета стртрно-тополоичесих харатеристи. Псть необхо9 10 димо для стртры, представленной на Рис. 4.31. Вид исходрис. 4.31, вычислить все ее стртрноно о рафа тополо ичесие харатеристии, по полченным резльтатам охаратеризовать стртр. 1. Связность стртры. Для неориентированных рафов связность всех элементов в стртре соответствет выполнению следюще о словия: n

n

0,5 ∑ ∑ a ij l n – 1,

i ≠ j,

i = 1j = 1

де aij — элемент матрицы смежности. В данном слчае имеем 0,5 · 24 > 9. Следовательно, раф является связным. 2. Стртрная избыточность R. n

n

1 R = 0,5 ∑ ∑ a ij ----------- –1 n−1

или

m R = ----------- – 1,

i = 1j = 1

n−1

де m – число ребер, n — число вершин. В данной стртре n = 10 , m = 12 и 12 1 R = -------------- – 1 = --- > 0. 10 − 1

3

Посоль R > 0 , то в данной системе пристствет стртрная избыточность. 3. Средневадратичное отлонение ε2. Справедливо следющее соотношение: n

ε2 = ∑ ρ i – 4--- m2, n i=1

2

2

ρ i — вадрат степени i-той вершины.

Для данной системы: ⋅ 12 2 ε2 = 22 + 32 + 1 + 42+ 1 + 32 + 42 + 22 + 22 + 22 – 4--------------- = 10,4. 10

157

4. Стртрная омпатность. Воспольземся соотношением n

n

Q = ∑ ∑ d ij ,

Q – 1, де Q = n(n – 1) — Относительный поазатель Qотн = ----------min Q min

стртрная омпатность для полно о рафа. i ≠ j,

i = 1j = 1

де dij — минимальная длина цепи межд i-той и j-той вершинами. 10

∑ d 1j = 1 + 2 + 1 + 3 + 2 + 2 + 3 + 3 + 4 =21, (j ≠ 1);

j=1

210 Qотн = ------------------------- – 1 = 1,3. 10 ( 10 − 1 )

5. Степень централизации в стртре γ. Воспольземся соотношением (4.17) − n) ( n − 1 ) ( 2z ( n − 2 )z max

max γ = --------------------------------------------.

10

∑ d 2j = 1 + 1 + 1 + 3 + 2 + 2 + 3 + 3 + 4 = 20, (j ≠ 2);

j=1 10

∑ d3j = 2 + 1 + 2 + 4 + 3 + 3 + 4 + 4 + 5 = 28, (j ≠ 3);

j=1 10

∑ d 4j = 1 + 1 + 2 + 2 + 1 + 1 + 2 + 2 + 3 = 15, (j ≠ 4);

j=1 10

∑ d 5j = 3 + 3 + 4 + 2 + 1 + 2 + 3 + 3 + 4 = 25, (j ≠ 5);

j=1 10

∑ d 6j = 2 + 2 + 3 + 1 + 1 + 1 + 2 + 2 + 3 = 17, (j ≠ 6);

j=1 10

∑ d 7j = 2 + 2 + 3 + 1 + 2 + 1 + 1 + 1 + 2 = 15, (j ≠ 7);

j=1 10

∑ d 8j = 3 + 3 + 4 + 2 + 3 + 2 + 1+ 2 + 1 = 21, (j ≠ 8);

j=1 10

∑ d 9j = 3 + 3 + 4 + 2 + 3 + 2 + 1 + 2 + 1 =21, (j ≠ 9);

j=1 10

∑ d 10j = 4 + 4 + 5 + 3 + 4 + 3 + 2 + 1 + 1 = 27, (j ≠ 10).

j=1

Следовательно, Q = 210. 158

Подставляя числовые значения, полчим: 210 zmax = ------------ = 7; 2 ⋅ 15

⋅ 7 − 10 γ = 9--- · 2---------------------d 0,643. 8

7

Мы вычислили основные стртрно-тополо ичесие харатеристии заданной стртры. Эти харатеристии имеют следющие числовые значения: — стртрная избыточность R = 0,33; — средневадратичное отлонение ε2 = 10,4; — стртрная омпатность Q = 210, Qотн. = 1,3; — степень централизации в стртре γ = 0,643 . Стртра является связной. Для то о, чтобы сдить о степени близости анализиремой стртры  типовым стртрам по различным параметрам, необходимо составить таблиц, аналоичню таблице 4.16, и заполнить ее данными для слчая n = 10. Для древовидной стртры необходимо честь таже, что m = 12. Сравнение этих данных с данными анализиремой стртры позволит полчить ответы на поставленные вопросы. Ита, заполняем табл. 4.17 для слчая n = 10, m = 12. В стро «Анализиремая стртра» подставляем тольо что рассчитанные данные. Стртрная избыточность На основании выражений (4.6—4.17) произведем требемые вычисления. Напомним, что m n−1

R = ------------ – 1. 1. Последовательная стртра: m = n – 1;

−1 R = n----------- – 1 = 0. n−1

159

4. Стртрная омпатность. Воспольземся соотношением n

n

Q = ∑ ∑ d ij ,

Q – 1, де Q = n(n – 1) — Относительный поазатель Qотн = ----------min Q min

стртрная омпатность для полно о рафа. i ≠ j,

i = 1j = 1

де dij — минимальная длина цепи межд i-той и j-той вершинами. 10

∑ d 1j = 1 + 2 + 1 + 3 + 2 + 2 + 3 + 3 + 4 =21, (j ≠ 1);

j=1

210 Qотн = ------------------------- – 1 = 1,3. 10 ( 10 − 1 )

5. Степень централизации в стртре γ. Воспольземся соотношением (4.17) − n) ( n − 1 ) ( 2z ( n − 2 )z max

max γ = --------------------------------------------.

10

∑ d 2j = 1 + 1 + 1 + 3 + 2 + 2 + 3 + 3 + 4 = 20, (j ≠ 2);

j=1 10

∑ d3j = 2 + 1 + 2 + 4 + 3 + 3 + 4 + 4 + 5 = 28, (j ≠ 3);

j=1 10

∑ d 4j = 1 + 1 + 2 + 2 + 1 + 1 + 2 + 2 + 3 = 15, (j ≠ 4);

j=1 10

∑ d 5j = 3 + 3 + 4 + 2 + 1 + 2 + 3 + 3 + 4 = 25, (j ≠ 5);

j=1 10

∑ d 6j = 2 + 2 + 3 + 1 + 1 + 1 + 2 + 2 + 3 = 17, (j ≠ 6);

j=1 10

∑ d 7j = 2 + 2 + 3 + 1 + 2 + 1 + 1 + 1 + 2 = 15, (j ≠ 7);

j=1 10

∑ d 8j = 3 + 3 + 4 + 2 + 3 + 2 + 1+ 2 + 1 = 21, (j ≠ 8);

j=1 10

∑ d 9j = 3 + 3 + 4 + 2 + 3 + 2 + 1 + 2 + 1 =21, (j ≠ 9);

j=1 10

∑ d 10j = 4 + 4 + 5 + 3 + 4 + 3 + 2 + 1 + 1 = 27, (j ≠ 10).

j=1

Следовательно, Q = 210. 158

Подставляя числовые значения, полчим: 210 zmax = ------------ = 7; 2 ⋅ 15

⋅ 7 − 10 γ = 9--- · 2---------------------d 0,643. 8

7

Мы вычислили основные стртрно-тополо ичесие харатеристии заданной стртры. Эти харатеристии имеют следющие числовые значения: — стртрная избыточность R = 0,33; — средневадратичное отлонение ε2 = 10,4; — стртрная омпатность Q = 210, Qотн. = 1,3; — степень централизации в стртре γ = 0,643 . Стртра является связной. Для то о, чтобы сдить о степени близости анализиремой стртры  типовым стртрам по различным параметрам, необходимо составить таблиц, аналоичню таблице 4.16, и заполнить ее данными для слчая n = 10. Для древовидной стртры необходимо честь таже, что m = 12. Сравнение этих данных с данными анализиремой стртры позволит полчить ответы на поставленные вопросы. Ита, заполняем табл. 4.17 для слчая n = 10, m = 12. В стро «Анализиремая стртра» подставляем тольо что рассчитанные данные. Стртрная избыточность На основании выражений (4.6—4.17) произведем требемые вычисления. Напомним, что m n−1

R = ------------ – 1. 1. Последовательная стртра: m = n – 1;

−1 R = n----------- – 1 = 0. n−1

159

Стртрная омпатность

2. Кольцевая стртра: m = n;

n 1 R = ----------- – 1 = ------------ = 0,1. n−1

n

n−1

n−1 R = ----------- – 1 = 0.

1. Последовательная стртра: Q = --1- n(n2 – 1) = 330.

n−1

3

4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае): m 12 R = ----------- – 1 = --------------- – 1 = 0,33. n−1 10 − 1

5. Стртра полный раф: (n − 1) m = n-------------------; 2

2. Кольцевая стртра: 3 Q = n----- = 250.

4

3. Радиальная стртра:

n( n − 1) n−2 R ------------------- – 1 = ------------ = 4. 2(n − 1) 2

Средневадратичное отлонение 10

2

4m ε2 = ∑ ρ i – ---------. n 2

i=1

1. Последовательная стртра: (n − 2) ε2 = 2------------------- = 1,6. n

Q = 2(n – 1)2 = 162. 4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае): 10

∑ d 1j = 1 + 1 + 2 + 2 + 2 + 2 + 3 + 3 + 4 = 20,

i=1

Q = 20 + 17 + 23 + 21 + 25 + 31 + 31 + 29 + 29 + 31 = 257. 5. Стртра полный раф: Q = n(n – 1) = 90. Относительная стртрная омпатность

2. Кольцевая стртра: ε2 =0.

Q Qотн = ----------- – 1. Q min

3. Радиальная стртра: ( n − 1 )( n − 2 )2 ε2 = ------------------------------------ = 57,6. 2

4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае): ε2 = 22 + 32 + 32 + 32 + 22 + 11 + 32 + 12 + ⋅ 92 + 12 + 12 + 12 + 12 – 4------------ = 7,6. 10

5. Стртра полный раф: ε2 = 0. 160

i ≠ j.

i = 1j = 1

3. Радиальная стртра: m = n – 1;

n

Q = ∑ ∑ d ij ,

1. Последовательная стртра: Qотн = 330 --------- – 1 = 2,67. 90

2. Кольцевая стртрa: Qотн = 250 --------- – 1 = 1,78. 90

3. Радиальная стртра: Qотн = 162 -------- – 1 = 0,8. 90

161

Стртрная омпатность

2. Кольцевая стртра: m = n;

n 1 R = ----------- – 1 = ------------ = 0,1. n−1

n

n−1

n−1 R = ----------- – 1 = 0.

1. Последовательная стртра: Q = --1- n(n2 – 1) = 330.

n−1

3

4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае): m 12 R = ----------- – 1 = --------------- – 1 = 0,33. n−1 10 − 1

5. Стртра полный раф: (n − 1) m = n-------------------; 2

2. Кольцевая стртра: 3 Q = n----- = 250.

4

3. Радиальная стртра:

n( n − 1) n−2 R ------------------- – 1 = ------------ = 4. 2(n − 1) 2

Средневадратичное отлонение 10

2

4m ε2 = ∑ ρ i – ---------. n 2

i=1

1. Последовательная стртра: (n − 2) ε2 = 2------------------- = 1,6. n

Q = 2(n – 1)2 = 162. 4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае): 10

∑ d 1j = 1 + 1 + 2 + 2 + 2 + 2 + 3 + 3 + 4 = 20,

i=1

Q = 20 + 17 + 23 + 21 + 25 + 31 + 31 + 29 + 29 + 31 = 257. 5. Стртра полный раф: Q = n(n – 1) = 90. Относительная стртрная омпатность

2. Кольцевая стртра: ε2 =0.

Q Qотн = ----------- – 1. Q min

3. Радиальная стртра: ( n − 1 )( n − 2 )2 ε2 = ------------------------------------ = 57,6. 2

4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае): ε2 = 22 + 32 + 32 + 32 + 22 + 11 + 32 + 12 + ⋅ 92 + 12 + 12 + 12 + 12 – 4------------ = 7,6. 10

5. Стртра полный раф: ε2 = 0. 160

i ≠ j.

i = 1j = 1

3. Радиальная стртра: m = n – 1;

n

Q = ∑ ∑ d ij ,

1. Последовательная стртра: Qотн = 330 --------- – 1 = 2,67. 90

2. Кольцевая стртрa: Qотн = 250 --------- – 1 = 1,78. 90

3. Радиальная стртра: Qотн = 162 -------- – 1 = 0,8. 90

161

4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае): Qотн = 257 --------- – 1 = 1,85.

2zmax = 257 --------- =15,12.

90

17

5. Стртра полный раф:

n−1

j=1

∑ dij

i( i + 1) (n − i)(n − i − 1) ----------------- + ----------------------------------------- . 2 2

∑ d 5j

j=1

10

min

∑ d 6j

=

j=1

min

( 4 + 1) ( 10 − 4 ) ( 10 − 4 − 1 ) = 4------------------- + ------------------------------------------------- = 2

2

2

2

2zmax = 330 --------- = 13,2; 25

( 10 − 1 )2 ( 13, 2 − 10 ) γ = ---------------------------------------------------= 0,18. ( 10 − 2 ) ⋅ 13, 2

2. Кольцевая стртрa: 2zmax = n

и

γ = 0.

3. Радиальная стртра: 2( n − 1)2 2zmax = ---------------------- = 2(n – 1).

162

R

ε2

Q

Qотн

d

γ

0

1,6

330

2,67

9

0,18

Кольцевая

0,1

0

250

1,78

2

0

Радиальная

0

57,6

162

0,8

2

1,0

Древовидная

0,33

7,6

257

1,85

5

0,76

Полный раф

4

0

90

0

1

0

0,33

10,4

210

1,3

5

0,643

Стр т ра

Параметр

Последовательная

Анализир. стрт.

(5 + 1) ( 10 − 5 ) ( 10 − 5 − 1 ) = 5------------------- + ------------------------------------------------- = 25;

n−1

Та б л и ц а 4 . 1 7

n

Для n = 10 и N = 5 и N = 6: 10

γ = 0.

Q де 2zmax = --------------------.

1. Последовательная стртра. Можно поазать, что для N-но о элемента (т. е. элемента, находяще ося на месте N) справедливо соотношение

∑ d ij =

и

Ита, имеем:

j=1

n

( 10 − 2 )15, 12

(n − 1) 2zmax = n------------------- =n

Степень централизации − n) ( n − 1 ) ( 2z ( n − 2 )z max

10 − 1 ) ( 15, 12 − 10 )2 γ = (------------------------------------------------------= 0,76.

5. Стртра полный раф:

Qотн = 90 ------ – 1 = 0. 90

max γ = ---------------------------------------------,

4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае):

n − 1)( 2( n − 1) ) − n γ = (--------------------------------------------------- = 1. 2(n − 2)(n − 1)

Из табл. 4.17 cледет, что по своим параметрам анализиремая стртра ближе все о  древовидной стртре. Если заранее изчить свойства типовых стртр, то можно с большой степенью веренности сдить о свойствах анализиремой стртры по близости соответствющих параметров.

4.7. Модели ф н ционирования оранизационной системы Основные допщения и определения. Для построения математичесой модели стртрно о сопряжения элементов в системе введем ряд допщений: 1. Входной си нал x(t), постпающий  элемент в момент времени t, бдем рассматривать а совопность элементарных си налов x1(t), x2(t), …, xm(t), одновременно возниающих на входах элемента. 163

4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае): Qотн = 257 --------- – 1 = 1,85.

2zmax = 257 --------- =15,12.

90

17

5. Стртра полный раф:

n−1

j=1

∑ dij

i( i + 1) (n − i)(n − i − 1) ----------------- + ----------------------------------------- . 2 2

∑ d 5j

j=1

10

min

∑ d 6j

=

j=1

min

( 4 + 1) ( 10 − 4 ) ( 10 − 4 − 1 ) = 4------------------- + ------------------------------------------------- = 2

2

2

2

2zmax = 330 --------- = 13,2; 25

( 10 − 1 )2 ( 13, 2 − 10 ) γ = ---------------------------------------------------= 0,18. ( 10 − 2 ) ⋅ 13, 2

2. Кольцевая стртрa: 2zmax = n

и

γ = 0.

3. Радиальная стртра: 2( n − 1)2 2zmax = ---------------------- = 2(n – 1).

162

R

ε2

Q

Qотн

d

γ

0

1,6

330

2,67

9

0,18

Кольцевая

0,1

0

250

1,78

2

0

Радиальная

0

57,6

162

0,8

2

1,0

Древовидная

0,33

7,6

257

1,85

5

0,76

Полный раф

4

0

90

0

1

0

0,33

10,4

210

1,3

5

0,643

Стр т ра

Параметр

Последовательная

Анализир. стрт.

(5 + 1) ( 10 − 5 ) ( 10 − 5 − 1 ) = 5------------------- + ------------------------------------------------- = 25;

n−1

Та б л и ц а 4 . 1 7

n

Для n = 10 и N = 5 и N = 6: 10

γ = 0.

Q де 2zmax = --------------------.

1. Последовательная стртра. Можно поазать, что для N-но о элемента (т. е. элемента, находяще ося на месте N) справедливо соотношение

∑ d ij =

и

Ита, имеем:

j=1

n

( 10 − 2 )15, 12

(n − 1) 2zmax = n------------------- =n

Степень централизации − n) ( n − 1 ) ( 2z ( n − 2 )z max

10 − 1 ) ( 15, 12 − 10 )2 γ = (------------------------------------------------------= 0,76.

5. Стртра полный раф:

Qотн = 90 ------ – 1 = 0. 90

max γ = ---------------------------------------------,

4. Древовидная стртра (в данном онретном слчае):

n − 1)( 2( n − 1) ) − n γ = (--------------------------------------------------- = 1. 2(n − 2)(n − 1)

Из табл. 4.17 cледет, что по своим параметрам анализиремая стртра ближе все о  древовидной стртре. Если заранее изчить свойства типовых стртр, то можно с большой степенью веренности сдить о свойствах анализиремой стртры по близости соответствющих параметров.

4.7. Модели ф н ционирования оранизационной системы Основные допщения и определения. Для построения математичесой модели стртрно о сопряжения элементов в системе введем ряд допщений: 1. Входной си нал x(t), постпающий  элемент в момент времени t, бдем рассматривать а совопность элементарных си налов x1(t), x2(t), …, xm(t), одновременно возниающих на входах элемента. 163

2. Выходной си нал y(t) анало ично может рассматриваться а совопность элементарных выходных си налов y1(t), y2(t), …, yn(t). 3. Элементарные си налы передаются в системе независимо др от др а по элементарным аналам. 4. К входном онтат любо о элемента может быть подлючен не более чем один элементарный анал. 5. К выходном онтат любо о элемента может быть подлючено любое оличество элементарных аналов. Ита, псть система S состоит из N элементов. Для i-то о элемента, обозначим е о через Ci , в соответствии с введенными допщениями мы имеем: ⎧ i i mi i i ⎫ = ⎨ X 1 , X 2 , ..., X m ⎬ — множество входных онтатов Xj i 1 ⎩ ⎭ элемента; mi

x i(t) элемента;

1

°

i

X j (t)

mi

1

ni

y i(t)

ni

1

°

ni i Y j (t) 1

— множество выходных си налов это о

элемента. Графичеси это вы лядит следющим образом (рис. 4.31): X 1i

Y 1i

X 2i

Y 2i Ci

[xji (t)]1mi ; [ Xji ]1mi Xmi i

[Yji ]1ni ; [ yji (t)]1ni Ynii

Рис. 4.31. Вид модели элемента

Взаимодействие системы с внешней средой рассматривается а обмен си налами межд внешней средой и элементами системы, причем для всех этих си налов справедливы все отмеченные выше допщения. В соответствии с этим внешнюю сред можно представить в виде фитивно о элемента системы C0, при164

0

0

0

x0(t) = { x 1 (t), x 1 (t), ..., x m (t)}, 0

а си нал, постпающий на наш систем из внешней среды, является выходным си налом элемента C0, имитирюще о внешнюю сред, и он состоит из элементарных си налов 0

0

0

y0(t) = { y 1 (t), y 1 (t), ..., y n (t)}. 0

Он воспринимается одним или несольими элементами нашей системы. Одноровневая схема сопряжения. Введем неоторый оператор R та, чтобы k

i

Y l = R ( X j ).

— множество входных си налов это о

⎧ i i i ⎫ = ⎨ Y 1 , Y 2 , ..., Y n ⎬ — множество выходных онтаi 1 ⎩ ⎭ тов элемента; i

Yj

чем си нал, выдаваемый нашей системой, воспринимается внешней средой а входной си нал

В этом соотношении i и k – номера элементов, j и l – номера онтатов. Причем i

N

i mi

X j ° ∪ [ X j ] 1 – есть один из множества входных онтатов. i=1

Совершенно анало ично: i

N

i ni

Y j ° ∪ [ Y j ] 1 – есть один из множества выходных онтаi=1

тов. В последних записях mi – число входных онтатов i-то о элемента и соответственно число входных си налов, ni – число выходных онтатов i-то о элемента и соответственно число выходных си налов. Оператор R называют оператором сопряжения. Он ставит в k i соответствие входном онтат X j выходной онтат Y l , связанный c ним элементарным аналом. Причем, если  онтат не подлючен ниаой элементарный анал, то оператор R счиi тается неопределенным на этом X j . Обычно оператор R задается в виде таблицы, в оторой на пересечении стро с номерами элементов i и столбцов с номерами онтатов j распола ается пара чисел (k, l), азывающая номер i

элемента k и номер онтата l, с оторым соединен онтат X j . Рассмотрим пример. Псть стртра неоторой системы отображена на рис. 4.32. Необходимо разработать ее оператор сопряжения. 165

2. Выходной си нал y(t) анало ично может рассматриваться а совопность элементарных выходных си налов y1(t), y2(t), …, yn(t). 3. Элементарные си налы передаются в системе независимо др от др а по элементарным аналам. 4. К входном онтат любо о элемента может быть подлючен не более чем один элементарный анал. 5. К выходном онтат любо о элемента может быть подлючено любое оличество элементарных аналов. Ита, псть система S состоит из N элементов. Для i-то о элемента, обозначим е о через Ci , в соответствии с введенными допщениями мы имеем: ⎧ i i mi i i ⎫ = ⎨ X 1 , X 2 , ..., X m ⎬ — множество входных онтатов Xj i 1 ⎩ ⎭ элемента; mi

x i(t) элемента;

1

°

i

X j (t)

mi

1

ni

y i(t)

ni

1

°

ni i Y j (t) 1

— множество выходных си налов это о

элемента. Графичеси это вы лядит следющим образом (рис. 4.31): X 1i

Y 1i

X 2i

Y 2i Ci

[xji (t)]1mi ; [ Xji ]1mi Xmi i

[Yji ]1ni ; [ yji (t)]1ni Ynii

Рис. 4.31. Вид модели элемента

Взаимодействие системы с внешней средой рассматривается а обмен си налами межд внешней средой и элементами системы, причем для всех этих си налов справедливы все отмеченные выше допщения. В соответствии с этим внешнюю сред можно представить в виде фитивно о элемента системы C0, при164

0

0

0

x0(t) = { x 1 (t), x 1 (t), ..., x m (t)}, 0

а си нал, постпающий на наш систем из внешней среды, является выходным си налом элемента C0, имитирюще о внешнюю сред, и он состоит из элементарных си налов 0

0

0

y0(t) = { y 1 (t), y 1 (t), ..., y n (t)}. 0

Он воспринимается одним или несольими элементами нашей системы. Одноровневая схема сопряжения. Введем неоторый оператор R та, чтобы k

i

Y l = R ( X j ).

— множество входных си налов это о

⎧ i i i ⎫ = ⎨ Y 1 , Y 2 , ..., Y n ⎬ — множество выходных онтаi 1 ⎩ ⎭ тов элемента; i

Yj

чем си нал, выдаваемый нашей системой, воспринимается внешней средой а входной си нал

В этом соотношении i и k – номера элементов, j и l – номера онтатов. Причем i

N

i mi

X j ° ∪ [ X j ] 1 – есть один из множества входных онтатов. i=1

Совершенно анало ично: i

N

i ni

Y j ° ∪ [ Y j ] 1 – есть один из множества выходных онтаi=1

тов. В последних записях mi – число входных онтатов i-то о элемента и соответственно число входных си налов, ni – число выходных онтатов i-то о элемента и соответственно число выходных си налов. Оператор R называют оператором сопряжения. Он ставит в k i соответствие входном онтат X j выходной онтат Y l , связанный c ним элементарным аналом. Причем, если  онтат не подлючен ниаой элементарный анал, то оператор R счиi тается неопределенным на этом X j . Обычно оператор R задается в виде таблицы, в оторой на пересечении стро с номерами элементов i и столбцов с номерами онтатов j распола ается пара чисел (k, l), азывающая номер i

элемента k и номер онтата l, с оторым соединен онтат X j . Рассмотрим пример. Псть стртра неоторой системы отображена на рис. 4.32. Необходимо разработать ее оператор сопряжения. 165

2

1

1

2

2

1 3

1

Â Í Å Ø Í ß ß

1

2

2

3

Ñ Ð Å Ä À

2

3

3

Ñ 3 Ð Å 4 Ä À

1

1

1 2

2

1

4

2

Рис. 4.32. Вид стртры системы

Оператор сопряжения составляется тольо по вход, именно поэтом вознило требование подлючения  вход тольо одноо элементарно о анала. Для простоты составления оператора сопряжения представим отдельно входы всех элементов системы (рис. 4.33). 1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

3

3

i=0

i=2

i=3

Если ввести двойню нмерацию онтатов, читывающю а номер элемента, та и номер онтата, то полченная матрица, отражающая связи в данной схеме, бдет представлять собой не что иное, а матриц смежности ориентированно о рафа, вершинами оторо о являются онтаты, а д ами – элементарные аналы. Достоинством тао о представления оператора сопряжения является то, что  нем может быть применен весь рассмотренный выше аппарат, связанный с матрицей смежности. Недостато – чрезвычайная ромоздость этой матрицы. Мнооровневая схема сопряжения. Задание оператора R рассмотренным способом определяет одноровневю схем сопряжения. Однао точно таой же формальный подход может быть применен и для построения мно оровневых схем сопряжения. Для это о надо честь тот фат, что любая подсистема S μ , с одной стороны, сама является системой, содержащей неоторое число элементов, с др ой стороны, ее же можно рассматривать а неоторый элемент системы S более высоо о ровня. Подсистема S μ а самостоятельная система должна иметь ( 0 )μ

i=4

i=1

Та б л и ц а 4 . 1 8 j

1

2

3

0

(3, 1)

(4, 1)

(4, 2)

1

(0, 1)

(0, 2)

(3, 2)

2

(0, 3)

(0, 4)

—

3

(1, 1)

(1, 2)

—

4

(1, 3)

(2, 1)

—

i

166

Sμ êàê ñàìîñòîÿòåëüíàÿ ñèñòåìà

Y i(0)μ

Рис. 4.33. Входы элементов

В таблице 4.18 представлен разработанный оператор сопряжения анализиремой системы.

( 0 )μ

онтаты X j и Y l , харатеризющие источнии и потребители внешней для нее среды (рис. 4.34). Ê ïîòðåáèòåëþ

1

Îò èñòî÷íèêîâ

 1 Í Å 2 Ø Í ß ß

X j(0)μ

Рис. 4.34. Подсистема а самостоятельная система

С др ой стороны, а элемент системы S подсистема S μ μ

μ

должна содержать входные X j и выходные Y l онтаты для связи ее с др ими подсистемами (рис. 4.35). μ

( 0 )μ

Соответствющие онтаты X j и Y l

( 0 )μ Xj

при j = l, а таже

μ Yl

и при j = l объединяются в «двойные» онтаты на раницах подсистемы S μ . Объединяя рис. 4.34 и рис. 4.35, полчим рис. 4.36. 167

2

1

1

2

2

1 3

1

Â Í Å Ø Í ß ß

1

2

2

3

Ñ Ð Å Ä À

2

3

3

Ñ 3 Ð Å 4 Ä À

1

1

1 2

2

1

4

2

Рис. 4.32. Вид стртры системы

Оператор сопряжения составляется тольо по вход, именно поэтом вознило требование подлючения  вход тольо одноо элементарно о анала. Для простоты составления оператора сопряжения представим отдельно входы всех элементов системы (рис. 4.33). 1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

3

3

i=0

i=2

i=3

Если ввести двойню нмерацию онтатов, читывающю а номер элемента, та и номер онтата, то полченная матрица, отражающая связи в данной схеме, бдет представлять собой не что иное, а матриц смежности ориентированно о рафа, вершинами оторо о являются онтаты, а д ами – элементарные аналы. Достоинством тао о представления оператора сопряжения является то, что  нем может быть применен весь рассмотренный выше аппарат, связанный с матрицей смежности. Недостато – чрезвычайная ромоздость этой матрицы. Мнооровневая схема сопряжения. Задание оператора R рассмотренным способом определяет одноровневю схем сопряжения. Однао точно таой же формальный подход может быть применен и для построения мно оровневых схем сопряжения. Для это о надо честь тот фат, что любая подсистема S μ , с одной стороны, сама является системой, содержащей неоторое число элементов, с др ой стороны, ее же можно рассматривать а неоторый элемент системы S более высоо о ровня. Подсистема S μ а самостоятельная система должна иметь ( 0 )μ

i=4

i=1

Та б л и ц а 4 . 1 8 j

1

2

3

0

(3, 1)

(4, 1)

(4, 2)

1

(0, 1)

(0, 2)

(3, 2)

2

(0, 3)

(0, 4)

—

3

(1, 1)

(1, 2)

—

4

(1, 3)

(2, 1)

—

i

166

Sμ êàê ñàìîñòîÿòåëüíàÿ ñèñòåìà

Y i(0)μ

Рис. 4.33. Входы элементов

В таблице 4.18 представлен разработанный оператор сопряжения анализиремой системы.

( 0 )μ

онтаты X j и Y l , харатеризющие источнии и потребители внешней для нее среды (рис. 4.34). Ê ïîòðåáèòåëþ

1

Îò èñòî÷íèêîâ

 1 Í Å 2 Ø Í ß ß

X j(0)μ

Рис. 4.34. Подсистема а самостоятельная система

С др ой стороны, а элемент системы S подсистема S μ μ

μ

должна содержать входные X j и выходные Y l онтаты для связи ее с др ими подсистемами (рис. 4.35). μ

( 0 )μ

Соответствющие онтаты X j и Y l

( 0 )μ Xj

при j = l, а таже

μ Yl

и при j = l объединяются в «двойные» онтаты на раницах подсистемы S μ . Объединяя рис. 4.34 и рис. 4.35, полчим рис. 4.36. 167

реализющий отображение множества всех входных онтатов подсистем S0, S1, …, S µ системы S в множество всех выход(μ)

Sμ êàê ñàìîñòîÿòåëüíàÿ ñèñòåìà

Xj

ных онтатов, оторый данном онтат X j

Sμ

μ

Yi

( k) l ,

ответствие онтат Y соединенный таое соединение в S сществет. Оператор называть оператором сопряжения второо ровня. Совопность внтренних одноровневых схем сопряжения всех подсистем S (μ = 1, 2) вместе со схемой сопряжения второ о ровня называется двхровневой схемой сопряжения системы S. Рассмотрим пример мно оровневой схемы сопряжения. Псть, например, система S состоит из двх подсистем S1 и S2, (т.е. μ = 1, 2) и псть в S1 входят элементы C1 и C2, а в подсистем S2 входят элементы C3 и C4. Стртра этой системы представлена на рис. 4.37.

μ

Рис. 4.35. Подсистема а элемент системы

Рис. 4.36. Представление подсистемы S µ

Введем неоторый оператор R та, чтобы (k)

(1)

(i)

μ = 1, 2, ...

= R μ ( X j ),

Yl

(i)

Этот оператор данном входном онтат X j

элемента Ci (k)

подсистемы S μ ставит в соответствие выходной онтат Y l

той

(i)

же подсистемы, соединенный с X j элементарным аналом (если таое соединение в подсистеме S μ сществет). Операторы (1)

Rμ

μ = 1, 2, ... называются внтренними операторами сопряже( 1) Rμ

ния подсистем S μ. Способы задания и  обычно о оператора сопряжения.

μ = 1, 2, ... таие же, а

(1) Rμ

Операторы μ = 1, 2, ... называют операторами сопряжения перво о ровня. Рассмотрим теперь подсистем S μ а элемент системы S. С этих позиций она харатеризется множеством входных и вы( μ ) mµ

 1 Í Å 2 Ø Í ß ß

( 0 ) m0

( 0 ) n0 [ Yl ]1

онтатами . Введем оператор

168

1

2 2

2

3 3

3

C1

1 1

1

2

2 2

2 2

2

3

3 3

1

C3

1

1 1

2

2 2

1 2

1

Â Í Å Ø Í ß ß

3 3

2

4 4

3

Ñ Ð Å Ä À

i=1

S2

5 5

2

C2

1

i=2

4 4

3 3

1

4 4

2

i=0

C4

i=2

i=1

i=0

i=2

i=0 X (0)

Рис. 4.37. Стртра системы

В соответствии со сазанным выше подсистема S1 а само-

и выходными

( 0 )1

стоятельная система имеет онтаты Y 1 ( 0 )1

(μ)

1 1

Y (0)

Y5 = R (2)( X j ),

1

S1 4 4

( μ ) nµ

подсистем S0 с входными онтатами и [X j ] 1

(k)

1 1

i=1

Ñ 3 Ð Å 4 Ä À

ходных онтатов: [X j ] 1 и [ Y l ] 1 . Элемент C0, представляющий внешнюю сред системы S, бдем интерпретировать а

Yl

ставит в со-

(μ) с X j , если R (2) бдем

( 0 )1

, X1

( 0 )1

, X2 1

1

( 0 )1

, X3 1

( 0 )1

, X4 1

1

( 0 )1

, Y2

( 0 )1

, Y3

( 0 )1

, Y4

,

, а а элемент системы S имеет 1

1

1

1

онтаты X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , Y1 , Y 2 , Y3 , Y 4 , (рис. 4.38). 169

реализющий отображение множества всех входных онтатов подсистем S0, S1, …, S µ системы S в множество всех выход(μ)

Sμ êàê ñàìîñòîÿòåëüíàÿ ñèñòåìà

Xj

ных онтатов, оторый данном онтат X j

Sμ

μ

Yi

( k) l ,

ответствие онтат Y соединенный таое соединение в S сществет. Оператор называть оператором сопряжения второо ровня. Совопность внтренних одноровневых схем сопряжения всех подсистем S (μ = 1, 2) вместе со схемой сопряжения второ о ровня называется двхровневой схемой сопряжения системы S. Рассмотрим пример мно оровневой схемы сопряжения. Псть, например, система S состоит из двх подсистем S1 и S2, (т.е. μ = 1, 2) и псть в S1 входят элементы C1 и C2, а в подсистем S2 входят элементы C3 и C4. Стртра этой системы представлена на рис. 4.37.

μ

Рис. 4.35. Подсистема а элемент системы

Рис. 4.36. Представление подсистемы S µ

Введем неоторый оператор R та, чтобы (k)

(1)

(i)

μ = 1, 2, ...

= R μ ( X j ),

Yl

(i)

Этот оператор данном входном онтат X j

элемента Ci (k)

подсистемы S μ ставит в соответствие выходной онтат Y l

той

(i)

же подсистемы, соединенный с X j элементарным аналом (если таое соединение в подсистеме S μ сществет). Операторы (1)

Rμ

μ = 1, 2, ... называются внтренними операторами сопряже( 1) Rμ

ния подсистем S μ. Способы задания и  обычно о оператора сопряжения.

μ = 1, 2, ... таие же, а

(1) Rμ

Операторы μ = 1, 2, ... называют операторами сопряжения перво о ровня. Рассмотрим теперь подсистем S μ а элемент системы S. С этих позиций она харатеризется множеством входных и вы( μ ) mµ

 1 Í Å 2 Ø Í ß ß

( 0 ) m0

( 0 ) n0 [ Yl ]1

онтатами . Введем оператор

168

1

2 2

2

3 3

3

C1

1 1

1

2

2 2

2 2

2

3

3 3

1

C3

1

1 1

2

2 2

1 2

1

Â Í Å Ø Í ß ß

3 3

2

4 4

3

Ñ Ð Å Ä À

i=1

S2

5 5

2

C2

1

i=2

4 4

3 3

1

4 4

2

i=0

C4

i=2

i=1

i=0

i=2

i=0 X (0)

Рис. 4.37. Стртра системы

В соответствии со сазанным выше подсистема S1 а само-

и выходными

( 0 )1

стоятельная система имеет онтаты Y 1 ( 0 )1

(μ)

1 1

Y (0)

Y5 = R (2)( X j ),

1

S1 4 4

( μ ) nµ

подсистем S0 с входными онтатами и [X j ] 1

(k)

1 1

i=1

Ñ 3 Ð Å 4 Ä À

ходных онтатов: [X j ] 1 и [ Y l ] 1 . Элемент C0, представляющий внешнюю сред системы S, бдем интерпретировать а

Yl

ставит в со-

(μ) с X j , если R (2) бдем

( 0 )1

, X1

( 0 )1

, X2 1

1

( 0 )1

, X3 1

( 0 )1

, X4 1

1

( 0 )1

, Y2

( 0 )1

, Y3

( 0 )1

, Y4

,

, а а элемент системы S имеет 1

1

1

1

онтаты X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , Y1 , Y 2 , Y3 , Y 4 , (рис. 4.38). 169

(0)1 Y 1–5

à)

S1

1 X 1–5

(0)1 X 1–4

Âûõîäû

S1

i

Âõîäû

Ê ïîòðåáèòåëÿì

Îò èñòî÷íèêîâ

Та б л и ц а 4 . 1 9 j

2

3

1 1

1

2 2

2

3 3

3

C1

(1)

и R2

представлены в таблицах 4.19 и 4.20

5 5

2

1

(0, 1) (0, 2) (0, 3)

—

3

(0, 1) (0, 2)

—

—

2

(0, 4) (0, 5)

—

4

(0, 3) (0, 4)

—

—

—

i=2

1

1 1

1 1

1

2

2 2

2 2

2

3

3 3

C3

1

1 1

2

2 2

1

2

2

3

1

1

3

S1

2

S2

4

4

3

5 i=1

i=2

i=0

В табл. 4.21 представлен оператор сопряжения второ о ровня R(2). Нлевая строа соответствет внешней среде, первая строа — подсистеме S1, вторая строа — подсистеме S2. Та б л и ц а 4 . 2 1

i=3

S2 4 4 i=0

3 3

1

4 4

2 i=4

(1 )

Рис. 4.39. К определению R 1

170

1

j

i

C2

4

Рис. 4.41. К определению R (2)

S1 1

3

(3, 1) (3, 2) (4, 1) (4, 2)

(1) R2

i=1 4 4

2

0

внтренних операторов и подсистемы S1 и S2 а самостоятельные системы представлены на рис. 4.39 и рис. 4.40. Внт( 1)

1

(1, 1) (1, 2) (1, 3) (2, 1)

Анало ичным образом соответствющие множества мо т быть построены и для подсистемы S2. В соответствии с введенными определениями разрабатываем внтренние операторы сопряжения. Для обле чения разработи

ренние операторы R 1 соответственно.

i

0

Рис. 4.38. Подсистема а самостоятельная система (а) и а элемент (б)

(1) R1

4

Для обле чения разработи оператора сопряжения второ о ровня R (2) на рис. 4.41 изображены входы подсистем S1, S2, и внешней среды.

1 Y 1–4

á)

1

Та б л и ц а 4 . 2 0 j

C4

1

3 3

2

4 4 i=0 (1)

Рис. 4.40. К определению R 2

1

2

3

4

5

—

—

0

(2, 1) (2, 3) (2, 4)

1

(0, 1) (0, 2) (2, 2) (0, 3) (0, 4)

2

(1, 1) (1, 2) (1, 3) (1, 4)

—

Совопность внтренних одноровневых операторов сопряжения всех подсистем вместе с оператором сопряжения второ о ровня называется двхровневой схемой сопряжения системы. Развитие подобно о подхода ле о обобщить на создании мно оровневых стртрных моделей. 171

(0)1 Y 1–5

à)

S1

1 X 1–5

(0)1 X 1–4

Âûõîäû

S1

i

Âõîäû

Ê ïîòðåáèòåëÿì

Îò èñòî÷íèêîâ

Та б л и ц а 4 . 1 9 j

2

3

1 1

1

2 2

2

3 3

3

C1

(1)

и R2

представлены в таблицах 4.19 и 4.20

5 5

2

1

(0, 1) (0, 2) (0, 3)

—

3

(0, 1) (0, 2)

—

—

2

(0, 4) (0, 5)

—

4

(0, 3) (0, 4)

—

—

—

i=2

1

1 1

1 1

1

2

2 2

2 2

2

3

3 3

C3

1

1 1

2

2 2

1

2

2

3

1

1

3

S1

2

S2

4

4

3

5 i=1

i=2

i=0

В табл. 4.21 представлен оператор сопряжения второ о ровня R(2). Нлевая строа соответствет внешней среде, первая строа — подсистеме S1, вторая строа — подсистеме S2. Та б л и ц а 4 . 2 1

i=3

S2 4 4 i=0

3 3

1

4 4

2 i=4

(1 )

Рис. 4.39. К определению R 1

170

1

j

i

C2

4

Рис. 4.41. К определению R (2)

S1 1

3

(3, 1) (3, 2) (4, 1) (4, 2)

(1) R2

i=1 4 4

2

0

внтренних операторов и подсистемы S1 и S2 а самостоятельные системы представлены на рис. 4.39 и рис. 4.40. Внт( 1)

1

(1, 1) (1, 2) (1, 3) (2, 1)

Анало ичным образом соответствющие множества мо т быть построены и для подсистемы S2. В соответствии с введенными определениями разрабатываем внтренние операторы сопряжения. Для обле чения разработи

ренние операторы R 1 соответственно.

i

0

Рис. 4.38. Подсистема а самостоятельная система (а) и а элемент (б)

(1) R1

4

Для обле чения разработи оператора сопряжения второ о ровня R (2) на рис. 4.41 изображены входы подсистем S1, S2, и внешней среды.

1 Y 1–4

á)

1

Та б л и ц а 4 . 2 0 j

C4

1

3 3

2

4 4 i=0 (1)

Рис. 4.40. К определению R 2

1

2

3

4

5

—

—

0

(2, 1) (2, 3) (2, 4)

1

(0, 1) (0, 2) (2, 2) (0, 3) (0, 4)

2

(1, 1) (1, 2) (1, 3) (1, 4)

—

Совопность внтренних одноровневых операторов сопряжения всех подсистем вместе с оператором сопряжения второ о ровня называется двхровневой схемой сопряжения системы. Развитие подобно о подхода ле о обобщить на создании мно оровневых стртрных моделей. 171

Оператор преобразования. Ита, в соответствии с введенными выше определениями имеем: i

N

m1

i

x j ( t ) ° ∪ [ x j ( t ) ] 1 — один из множества элементарных входi=0

ных си налов, воздействющих на i-тый элемент системы; k

N

n1

k

y l ( t ) ° ∪ [ y l ( t ) ] 1 – один из множества элементарных выi=0

ходных си налов i-то о элемента системы. Введем неоторый оператор F (t), таой, чтобы k

i

y l ( t ) = F (t){ x j (t)}. Назовем е о оператором преобразования системы. Он ставит в i

k

соответствие входном си нал x j (t) выходной си нал y l ( t ) , связанный с ним неоторым преобразованием. Рассмотрим оператор преобразования i-то о элемента Fi (t). Е о можно задать азаниями следющих 3-х параметров: — операции или оманды, т. е. азания, что надо делать, – fa; — адреса, т. е. азания номера элемента и номера входно о i онтата, над оторым выполняется оманда i/ X j ; — номера тата, на отором выполняется оманда, – te. То да оператор преобразования системы F(t) (табл. 4.22) может быть задан с помощью матрицы,  оторой по строам перечислены все использемые оманды fa (проще в поряде их использования), a по столбцам — таты, на оторых использется данная оманда te (проще в поряде возрастания номера тата); на пересечении соответствющих стро и столбцов азывается i адрес элемента и входно о онтата i/ X j , над оторым выполняется оманда. Та б л и ц а 4 . 2 2 t1

t2

……..

f1 f2 i

i /X j

Перед разработой F (t) раф, отображающий принципиальню схем, должен быть порядочен по татам (с помощью одной из методи, изложенных выше). 172

Примеры оманд: сложить, вычесть, начислить %, ввести домент в систем и т. п. Алоритм разработи модели фнционирования оранизационной системы. Введем допщения: 1. Бдем считать, что любой домент, цирлирющий в системе, состоит из элементарных частей, содержащих тольо один параметр – ревизит. 2. Назовем эт элементарню часть домента полем домента. 3. Бдем считать, что связь межд доментами осществляется через связь межд полями. 4. Бдем считать, что формирование любо о поля осществляется за два полтата: — подача выходной информации  данном полю данно о домента; — преобразование входной информации в соответствии с неоторой фнцией. При этом данное преобразование может осществляться а с четом же содержащейся в этом поле информации, та и без это о чета, но все да резльтирющая информация остается в данном поле (рис. 4.42). Âõîä

Îò äðóãèõ ïîëåé

Ôóíêöèîíàëüíîå ïðåîáðàçîâàíèå

Ïîëå äîêóìåíòà

Âûõîä

Рис. 4.42. К определению поля домента

Таим образом, одно и то же поле до выполнения второ о полтата является входным, после выполнения второ о полтата – выходным. В этом смысле можно считать, что поле имеет несольо независимых в пространстве входов, посоль в одно и то же поле может вноситься информация а из др их полей данно о домента, та и из др их полей др их доментов, и тольо один выход. 5. Бдем рассматривать поле Р а элемент системы D, D – домент. В соответствии с материалом предыдще о пара рафа: i

N

( i ) mi

i

i=0 N

( i ) ni

X j ° ∪ [ X j ] 1 — один из множества входов i-то о домента; Y j ° ∪ [ Y j ] 1 – один из множества выходов i-то о домента. i=0

173

Оператор преобразования. Ита, в соответствии с введенными выше определениями имеем: i

N

m1

i

x j ( t ) ° ∪ [ x j ( t ) ] 1 — один из множества элементарных входi=0

ных си налов, воздействющих на i-тый элемент системы; k

N

n1

k

y l ( t ) ° ∪ [ y l ( t ) ] 1 – один из множества элементарных выi=0

ходных си налов i-то о элемента системы. Введем неоторый оператор F (t), таой, чтобы k

i

y l ( t ) = F (t){ x j (t)}. Назовем е о оператором преобразования системы. Он ставит в i

k

соответствие входном си нал x j (t) выходной си нал y l ( t ) , связанный с ним неоторым преобразованием. Рассмотрим оператор преобразования i-то о элемента Fi (t). Е о можно задать азаниями следющих 3-х параметров: — операции или оманды, т. е. азания, что надо делать, – fa; — адреса, т. е. азания номера элемента и номера входно о i онтата, над оторым выполняется оманда i/ X j ; — номера тата, на отором выполняется оманда, – te. То да оператор преобразования системы F(t) (табл. 4.22) может быть задан с помощью матрицы,  оторой по строам перечислены все использемые оманды fa (проще в поряде их использования), a по столбцам — таты, на оторых использется данная оманда te (проще в поряде возрастания номера тата); на пересечении соответствющих стро и столбцов азывается i адрес элемента и входно о онтата i/ X j , над оторым выполняется оманда. Та б л и ц а 4 . 2 2 t1

t2

……..

f1 f2 i

i /X j

Перед разработой F (t) раф, отображающий принципиальню схем, должен быть порядочен по татам (с помощью одной из методи, изложенных выше). 172

Примеры оманд: сложить, вычесть, начислить %, ввести домент в систем и т. п. Алоритм разработи модели фнционирования оранизационной системы. Введем допщения: 1. Бдем считать, что любой домент, цирлирющий в системе, состоит из элементарных частей, содержащих тольо один параметр – ревизит. 2. Назовем эт элементарню часть домента полем домента. 3. Бдем считать, что связь межд доментами осществляется через связь межд полями. 4. Бдем считать, что формирование любо о поля осществляется за два полтата: — подача выходной информации  данном полю данно о домента; — преобразование входной информации в соответствии с неоторой фнцией. При этом данное преобразование может осществляться а с четом же содержащейся в этом поле информации, та и без это о чета, но все да резльтирющая информация остается в данном поле (рис. 4.42). Âõîä

Îò äðóãèõ ïîëåé

Ôóíêöèîíàëüíîå ïðåîáðàçîâàíèå

Ïîëå äîêóìåíòà

Âûõîä

Рис. 4.42. К определению поля домента

Таим образом, одно и то же поле до выполнения второ о полтата является входным, после выполнения второ о полтата – выходным. В этом смысле можно считать, что поле имеет несольо независимых в пространстве входов, посоль в одно и то же поле может вноситься информация а из др их полей данно о домента, та и из др их полей др их доментов, и тольо один выход. 5. Бдем рассматривать поле Р а элемент системы D, D – домент. В соответствии с материалом предыдще о пара рафа: i

N

( i ) mi

i

i=0 N

( i ) ni

X j ° ∪ [ X j ] 1 — один из множества входов i-то о домента; Y j ° ∪ [ Y j ] 1 – один из множества выходов i-то о домента. i=0

173

Óðîâåíü 1

Óðîâåíü 2

Óðîâåíü 3

В залючение приведем обобщенный ал оритм разработи формальной модели фнционирования. Исходные данные: а) схема доментооборота; б) фнциональные обязанности операторов системы. Эти данные полчаются либо в резльтате обследования же фнционирющей ор анизационной стртры, либо при ее проетировании. В соответствии с фнциями ор анизационной системы разрабатывается ал оритм обработи информации. 1. Производится нмерация элементов системы. 2. Для аждо о элемента системы нмерются все е о входы и выходы. 3. Производится порядочение элементов системы. 4. Разрабатывается оператор сопряжения R. 5. Разрабатывается оператор преобразования F(t). 6. Разрабатывается моделирющий ал оритм. Подобное описание может быть использовано для любо о ровня: — первый ровень – ровень полей доментов, то да поле является элементом системы, домент – системой; — второй ровень – ровень доментов, то да домент является элементом, омплет доментов – системой; — третий ровень – ровень омплетов доментов, то да омплет доментов бдет элементом, ор анизация в целом (например, бан) – системой (рис. 4.43).

Рис. 4.43. Уровни описания

174

4.8. Пример разработ и модели фн ционирования оранизационной системы

Словесное описание процесса фнционирования. Псть  неоторо о пользователя домашней лоальной сети, именемо о впоследствии лиентом, вознила необходимость продлить свой абонемент пользования Интернетом на аой-то сро. С этой целью он прибывает в офис администраторов сети, де производят эт операцию. Введём следющие допщения, не снижающие общности постанови задачи: — лиент распола ает требемой сммой, — очередь лиентов отстствет. На время обслживания лиента формирется система, состоящая из лиента, администратора и ЭВМ-администратора. Рассмотрим фнции всех элементов системы: Фнции лиента: — Передача администратор достоверения пользователя сети (УПС), в отором, в числе проче о, содержится ло ин это о пользователя. — Словесное азание, на аой месяц нжно оформить абонемент. — Оплата стоимости абонемента. — Полчение УПС и чеа. Фнции администратора: — Идентифиация лиента по данным УПС. — Ввод в ЭВМ оплаченно о сроа действия абонемента и сммы, оторю заплатил лиент. — Передача лиент УПС и чеа об оплате. Фнции ЭВМ: — Ативирование пользования Интернетом для данно о лиента на оплачиваемый сро. — Выдача чеа, в отором азываются фамилия администратора, принявше о платеж, ло ин лиента, оплаченный сро действия абонемента, смма, оторю заплатил лиент, дата. Оранизационная схема системы. Ор анизационная схема составляется на основе словесно о описания, приведенно о в предыдщем разделе. Ита, на время обслживания лиента формирется система: лиент, администратор, ЭВМ, стртрная схема оторой представлена на рис. 4.44. 175

Óðîâåíü 1

Óðîâåíü 2

Óðîâåíü 3

В залючение приведем обобщенный ал оритм разработи формальной модели фнционирования. Исходные данные: а) схема доментооборота; б) фнциональные обязанности операторов системы. Эти данные полчаются либо в резльтате обследования же фнционирющей ор анизационной стртры, либо при ее проетировании. В соответствии с фнциями ор анизационной системы разрабатывается ал оритм обработи информации. 1. Производится нмерация элементов системы. 2. Для аждо о элемента системы нмерются все е о входы и выходы. 3. Производится порядочение элементов системы. 4. Разрабатывается оператор сопряжения R. 5. Разрабатывается оператор преобразования F(t). 6. Разрабатывается моделирющий ал оритм. Подобное описание может быть использовано для любо о ровня: — первый ровень – ровень полей доментов, то да поле является элементом системы, домент – системой; — второй ровень – ровень доментов, то да домент является элементом, омплет доментов – системой; — третий ровень – ровень омплетов доментов, то да омплет доментов бдет элементом, ор анизация в целом (например, бан) – системой (рис. 4.43).

Рис. 4.43. Уровни описания

174

4.8. Пример разработ и модели фн ционирования оранизационной системы

Словесное описание процесса фнционирования. Псть  неоторо о пользователя домашней лоальной сети, именемо о впоследствии лиентом, вознила необходимость продлить свой абонемент пользования Интернетом на аой-то сро. С этой целью он прибывает в офис администраторов сети, де производят эт операцию. Введём следющие допщения, не снижающие общности постанови задачи: — лиент распола ает требемой сммой, — очередь лиентов отстствет. На время обслживания лиента формирется система, состоящая из лиента, администратора и ЭВМ-администратора. Рассмотрим фнции всех элементов системы: Фнции лиента: — Передача администратор достоверения пользователя сети (УПС), в отором, в числе проче о, содержится ло ин это о пользователя. — Словесное азание, на аой месяц нжно оформить абонемент. — Оплата стоимости абонемента. — Полчение УПС и чеа. Фнции администратора: — Идентифиация лиента по данным УПС. — Ввод в ЭВМ оплаченно о сроа действия абонемента и сммы, оторю заплатил лиент. — Передача лиент УПС и чеа об оплате. Фнции ЭВМ: — Ативирование пользования Интернетом для данно о лиента на оплачиваемый сро. — Выдача чеа, в отором азываются фамилия администратора, принявше о платеж, ло ин лиента, оплаченный сро действия абонемента, смма, оторю заплатил лиент, дата. Оранизационная схема системы. Ор анизационная схема составляется на основе словесно о описания, приведенно о в предыдщем разделе. Ита, на время обслживания лиента формирется система: лиент, администратор, ЭВМ, стртрная схема оторой представлена на рис. 4.44. 175

Ëîãèí, ñóììà, ÓÏÑ, îïåðàöèÿ, Ïîòðåáíîñòü äåíüãè, îïëà÷èâàåìûé îïåðàöèÿ â àáîíåìåíòå ñðîê ÀäìèíèÊëèåíò ÝÂÌ ñòðàòîð Äàòà, ôàìèëèÿ àäìèíèñòðàòîðà

ÓÏÑ, ÷åê

ÓÏÑ, ÷åê

Âíåøíÿÿ ñðåäà

Âíåøíÿÿ ñðåäà

×åê

Описание доментов системы. Описание доментооборота составляется на основе материала двх предыдщих пара рафов. Ка следет из них, доментооборот влючает в себя два домента: УПС и че. Рассмотрим прощенню схем доментооборота (рис.4.45), на оторой отразим тольо те взаимосвязи межд доментами, оторые использются для реализации рассматриваемой операции.

Ôàìèëèÿ àäìèíèñòðàòîðà

×ÅÊ (D2)

Êëèåíòó

Ñóììà Îïëà÷èâàåìûé ñðîê Êëèåíòó

Рис. 4.45. Урпненная схема доментооборота

176

Âíåøíÿÿ ñðåäà

Âíåøíÿÿ ñðåäà

Äàòà Ëîãèí

ÔÈÎ ïîëüçîâàòåëÿ

1

Ëîãèí ïîëüçîâàòåëÿ

2

¹ ÓÏÑ

3

Рис. 4.46. Домент D1. Форма УПС

Ïàìÿòü ÝÂÌ

Рис. 4.44. Оранизационная схема системы

ÓÏÑ (D1)

На рис. 4.46 и 4.47 представлены стилизованные, но очень близие  подлинни формы азанных доментов. Содержание этих доментов расрывается в словесном описании. Поля данных доментов пронмерованы в произвольном поряде .

Ôàìèëèÿ àäìèíèñòðàòîðà

1

Ëîãèí ïîëüçîâàòåëÿ

2

Îïëà÷åííûé ñðîê

3

Ñóììà

4

Äàòà

5

Рис. 4.47. Домент D2. Форма чеа

Урпненный алоритм обработи информации. На рис. 4.48 представлен ал оритм обработи информации, составленный на основе словесно о описания процесса фнционирования системы. На рис. 4.48 обозначены: t i – i-тый тат движения доментов; F i – обозначение i-той процедры, содержание оторой расрыто в названии i-то о блоа ал оритма; ji – i-тая оманда словно о перехода. В отличие от Fi она не изменяет содержимо о доментов. Тат движения доментов не читывает оманды словно о перехода, а тат работы ал оритма читывает их. Конретные словия: j1 – есть ли  лиента потребность оформить абонемент на пользование Интернетом на следющий месяц; j2 – провера сществования в сети пользователя, соответствюще о данном УПС. Разработа принципиальной схемы доментооборота. Для этоо необходимо перенмеровать все доменты и все поля этих доментов. Это сделано в разделе «Описание доментов». При177

Ëîãèí, ñóììà, ÓÏÑ, îïåðàöèÿ, Ïîòðåáíîñòü äåíüãè, îïëà÷èâàåìûé îïåðàöèÿ â àáîíåìåíòå ñðîê ÀäìèíèÊëèåíò ÝÂÌ ñòðàòîð Äàòà, ôàìèëèÿ àäìèíèñòðàòîðà

ÓÏÑ, ÷åê

ÓÏÑ, ÷åê

Âíåøíÿÿ ñðåäà

Âíåøíÿÿ ñðåäà

×åê

Описание доментов системы. Описание доментооборота составляется на основе материала двх предыдщих пара рафов. Ка следет из них, доментооборот влючает в себя два домента: УПС и че. Рассмотрим прощенню схем доментооборота (рис.4.45), на оторой отразим тольо те взаимосвязи межд доментами, оторые использются для реализации рассматриваемой операции.

Ôàìèëèÿ àäìèíèñòðàòîðà

×ÅÊ (D2)

Êëèåíòó

Ñóììà Îïëà÷èâàåìûé ñðîê Êëèåíòó

Рис. 4.45. Урпненная схема доментооборота

176

Âíåøíÿÿ ñðåäà

Âíåøíÿÿ ñðåäà

Äàòà Ëîãèí

ÔÈÎ ïîëüçîâàòåëÿ

1

Ëîãèí ïîëüçîâàòåëÿ

2

¹ ÓÏÑ

3

Рис. 4.46. Домент D1. Форма УПС

Ïàìÿòü ÝÂÌ

Рис. 4.44. Оранизационная схема системы

ÓÏÑ (D1)

На рис. 4.46 и 4.47 представлены стилизованные, но очень близие  подлинни формы азанных доментов. Содержание этих доментов расрывается в словесном описании. Поля данных доментов пронмерованы в произвольном поряде .

Ôàìèëèÿ àäìèíèñòðàòîðà

1

Ëîãèí ïîëüçîâàòåëÿ

2

Îïëà÷åííûé ñðîê

3

Ñóììà

4

Äàòà

5

Рис. 4.47. Домент D2. Форма чеа

Урпненный алоритм обработи информации. На рис. 4.48 представлен ал оритм обработи информации, составленный на основе словесно о описания процесса фнционирования системы. На рис. 4.48 обозначены: t i – i-тый тат движения доментов; F i – обозначение i-той процедры, содержание оторой расрыто в названии i-то о блоа ал оритма; ji – i-тая оманда словно о перехода. В отличие от Fi она не изменяет содержимо о доментов. Тат движения доментов не читывает оманды словно о перехода, а тат работы ал оритма читывает их. Конретные словия: j1 – есть ли  лиента потребность оформить абонемент на пользование Интернетом на следющий месяц; j2 – провера сществования в сети пользователя, соответствюще о данном УПС. Разработа принципиальной схемы доментооборота. Для этоо необходимо перенмеровать все доменты и все поля этих доментов. Это сделано в разделе «Описание доментов». При177

нципиальная схема разрабатывается на основе все о предыдщео материала. На схеме знаом «*» обозначены операции над всем доментом в целом. Для добства чтения схемы внешняя среда, обозначим ее через 0, бдет состоять из 3-х составляющих: 01 – лиент; 02 – администратор; 03 – ЭВМ. Изобразим все доменты, частвющие в доментообороте. Сначала изображаем со всеми входными и выходными онтатами внешнюю сред и все доменты, частвющие в обработе информации. Слева – выходы внешней среды, справа – входы внешней среды. На аждом доменте слева – входы, а справа – выходы. Нмерем по поряд все выходные онтаты внешней среды от 1 до 6. Затем нмерем по поряд, начиная с 7, все выходы доментов. Заводим все входные и выходные онтаты, а внешней среды, та и всех доментов в общю шин. Затем реализем блои ал оритма [t1, F1; t2, F2; t3, F3; t4, F4; t5, F5] (рис. 4.49). Òàêò, ïðîöåäóðà

t0

Àëãîðèòì

íåò

6 2

3 4

03 Ðàñïå÷àòêà ÷åêà

5

6

D1(ÓÏÑ)

*

1

ÔÈÎ

1

2

Ëîãèí

2

3

¹ ÓÏÑ

3

*

D2(÷åê)

*

7 8

íåò

Êëèåíò Àäìèíèñòðàòîð

äà t2, F2

Ââîä ÷åðåç ÝÂÌ îïëà÷åííîãî ñðîêà, ëîãèíà, ñóììû

Àäìèíèñòðàòîð, ÝÂÌ

t3, F3

Ïåðåíîñ ïîëÿ ëîãèí â ÷åê

ÝÂÌ

Çàïîëíåíèå ÷åêà

ÝÂÌ

t5, F5

Ïåðåäà÷à êëèåíòó D1 è D2

Êëèåíò, àäìèíèñòðàòîð, ÝÂÌ

t0

Êîíåö

1

8

2

9

5

4

6

3

7

3

7

01 Ïîëó÷åíèå ÓÏÑ

10

02 Ïðîâåðêà ñóùåñòâîâàíèÿ 9 3 ïîëüçîâàòåëÿ ñ òàêèì ÓÏÑ 10 4

11

03 Ââîä: ëîãèí ñóììà, ñðîê, äàòà

Рис. 4.49. Принципиальная схема доментооборота

Оператор сопряжения. На основе принципиальной схемы и ал оритма обработи информации разрабатываем оператор сопряжения R (табл.4.23). Та б л и ц а 4 . 2 3 j i

Рис. 4.48. Алоритм обработи информации

7

9

12 Ôàìèëèÿ 1 àäìèíèñòðàòîðà 1 13 Ëîãèí 2 ïîëüçîâàòåëÿ 2 14 3 Îïëà÷åííûé 3 ñðîê 15 Ñóììà 4 4 16 5 5 Äàòà

9

5

*

Êëèåíò

Ïåðåäà÷à îïåðàòîðó ÓÏÑ ϕ2

178

2 02 Ââîä: ôàìèëèÿ àäìèíèñòðàòîðà, 3 îïëà÷åííûé ñðîê, ñóììà, äàòà 4

Èñïîëíèòåëü

äà

t4, F4

1

1

Íà÷àëî ϕ1

t1, F1

01 Ââîä: ÓÏÑ

*

01 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D1/2

02/4

02/3

03/5

D1/* D2/*

02

D1/1 D1/2 D1/3

03 D1

01/1

D2

03/6

02/2

D1/2

02/3

02/4

02/5

179

нципиальная схема разрабатывается на основе все о предыдщео материала. На схеме знаом «*» обозначены операции над всем доментом в целом. Для добства чтения схемы внешняя среда, обозначим ее через 0, бдет состоять из 3-х составляющих: 01 – лиент; 02 – администратор; 03 – ЭВМ. Изобразим все доменты, частвющие в доментообороте. Сначала изображаем со всеми входными и выходными онтатами внешнюю сред и все доменты, частвющие в обработе информации. Слева – выходы внешней среды, справа – входы внешней среды. На аждом доменте слева – входы, а справа – выходы. Нмерем по поряд все выходные онтаты внешней среды от 1 до 6. Затем нмерем по поряд, начиная с 7, все выходы доментов. Заводим все входные и выходные онтаты, а внешней среды, та и всех доментов в общю шин. Затем реализем блои ал оритма [t1, F1; t2, F2; t3, F3; t4, F4; t5, F5] (рис. 4.49). Òàêò, ïðîöåäóðà

t0

Àëãîðèòì

íåò

6 2

3 4

03 Ðàñïå÷àòêà ÷åêà

5

6

D1(ÓÏÑ)

*

1

ÔÈÎ

1

2

Ëîãèí

2

3

¹ ÓÏÑ

3

*

D2(÷åê)

*

7 8

íåò

Êëèåíò Àäìèíèñòðàòîð

äà t2, F2

Ââîä ÷åðåç ÝÂÌ îïëà÷åííîãî ñðîêà, ëîãèíà, ñóììû

Àäìèíèñòðàòîð, ÝÂÌ

t3, F3

Ïåðåíîñ ïîëÿ ëîãèí â ÷åê

ÝÂÌ

Çàïîëíåíèå ÷åêà

ÝÂÌ

t5, F5

Ïåðåäà÷à êëèåíòó D1 è D2

Êëèåíò, àäìèíèñòðàòîð, ÝÂÌ

t0

Êîíåö

1

8

2

9

5

4

6

3

7

3

7

01 Ïîëó÷åíèå ÓÏÑ

10

02 Ïðîâåðêà ñóùåñòâîâàíèÿ 9 3 ïîëüçîâàòåëÿ ñ òàêèì ÓÏÑ 10 4

11

03 Ââîä: ëîãèí ñóììà, ñðîê, äàòà

Рис. 4.49. Принципиальная схема доментооборота

Оператор сопряжения. На основе принципиальной схемы и ал оритма обработи информации разрабатываем оператор сопряжения R (табл.4.23). Та б л и ц а 4 . 2 3 j i

Рис. 4.48. Алоритм обработи информации

7

9

12 Ôàìèëèÿ 1 àäìèíèñòðàòîðà 1 13 Ëîãèí 2 ïîëüçîâàòåëÿ 2 14 3 Îïëà÷åííûé 3 ñðîê 15 Ñóììà 4 4 16 5 5 Äàòà

9

5

*

Êëèåíò

Ïåðåäà÷à îïåðàòîðó ÓÏÑ ϕ2

178

2 02 Ââîä: ôàìèëèÿ àäìèíèñòðàòîðà, 3 îïëà÷åííûé ñðîê, ñóììà, äàòà 4

Èñïîëíèòåëü

äà

t4, F4

1

1

Íà÷àëî ϕ1

t1, F1

01 Ââîä: ÓÏÑ

*

01 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D1/2

02/4

02/3

03/5

D1/* D2/*

02

D1/1 D1/2 D1/3

03 D1

01/1

D2

03/6

02/2

D1/2

02/3

02/4

02/5

179

Оператор преобразования F(t). На основе ал оритма обработи информации и принципиальной схемы доментооборота расрываем все операторы F (t). На аждом тате tj (j = 1–5) выполняется один оператор Fi (t). t1, F1 – передача оператор УПС. Вводим элементарню оманд f1 – передача домента. F1 = f1(D1/*). t2, F2 – ввод в память ЭВМ ло ина, сроа и сммы. Вводим элементарню оманд f2 – ввод домента в целом или полей домента. F2 = f2 (D1/2, 02/3, 02/4). t3, F3 – перенос поля ло ин домента D1 в соответствющее поле домента D2. Вводим элементарню оманд f3 – перенос. F3 = f3(D1/2 → D2/2). t2, F4 – ввод в че полей: фамилия администратора, оплаченный сро, смма, дата. F4 = f2(D2/1, D2/3, D2/4, D2/5). t5, F5 – передача лиент D1/* и D2/*. F5 = f1(D1/*, D2/*). Резльтаты сводим в табл. 4.24 – оператор преобразования системы. Та б л и ц а 4 . 2 4 tj

fi

f1

t1

t2

D1/2

t4

D1/*

t5

D1/* D2/*

f2

f3

t3

D1/2 02/3 02/4

D2/1 D2/3 D2/4 D2/5

лоин D2/2

Примечание. В операции «Перенос», очевидно, необходимо азывать два адреса: отда брать и да направлять. В табл. 4.24 это поазано с помощью стрели.

Моделирющий алоритм. Разработаем неоторый автомат A, состояниями оторо о были бы таты доментооборота tj , де j = 1, 2, 3, 4, 5, а выходным алфавитом это о автомата – элементарные оманды fi , i = 1, 2, 3. Ка отмечалось выше, на аждом тате tj выполняется одна или несольо оманд fi , имеющих ненлевой списо ар ментов. Эта информация определяется на основе оператора преобразования F (t) (табл. 4.24). На тате t0 ниаие элементарные оманды не выполняются. Данный автомат моделирет переходы системы из одно о состояния в др ое толь180

о в зависимости от словий ϕl . Причем если «да», то ϕl , если «нет», то ϕ l . Поведение автомата описывается табл. 4.25, оторая составляется на основе ал оритма обработи информации. В отличие от оманд fi , jl таже переводит систем из одно о состояния в др ое, но она не изменяет содержимо о ни одно о из доментов. Та б л и ц а 4 . 2 5 Номер перехода

Те щее состояние

Условие

Следющее состояние

1

t0

ϕ1

t0

2

—

3

t0

4

—

5

t2

—

t5

6

t3

—

t4

7

t4

—

t5

8

t5

—

t0

ϕ1 ϕ2 ϕ2

t1 t3 t4

Таим образом, модель фнционирования ор анизационной системы представлена автоматом, оператором преобразования F(t), оператором сопряжения R и моделирющим ал оритмом (автоматом). Для ее реализации необходимо заодировать элементарные оманды fi в виде подпро рамм, а сам автомат — в виде лавно о модля. При работе автомата необходимо пользоваться оператором F(t), чтобы определять элементарню оманд, выполняемю в тещем тате, и оператором R, чтобы станавливать источнии информации, подаваемой на входы доментов, обрабатываемых с помощью fi . КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите цели и задачи стртрно(о анализа АСУ. 2. Рассмотрите пти совершенствования ор(анизационной, фнциональной, ал(оритмичесой стртр. 3. Назовите ровни описания стртры АСУ. 4. Сформлирйте формализованные способы описания стртры АСУ.

181

Оператор преобразования F(t). На основе ал оритма обработи информации и принципиальной схемы доментооборота расрываем все операторы F (t). На аждом тате tj (j = 1–5) выполняется один оператор Fi (t). t1, F1 – передача оператор УПС. Вводим элементарню оманд f1 – передача домента. F1 = f1(D1/*). t2, F2 – ввод в память ЭВМ ло ина, сроа и сммы. Вводим элементарню оманд f2 – ввод домента в целом или полей домента. F2 = f2 (D1/2, 02/3, 02/4). t3, F3 – перенос поля ло ин домента D1 в соответствющее поле домента D2. Вводим элементарню оманд f3 – перенос. F3 = f3(D1/2 → D2/2). t2, F4 – ввод в че полей: фамилия администратора, оплаченный сро, смма, дата. F4 = f2(D2/1, D2/3, D2/4, D2/5). t5, F5 – передача лиент D1/* и D2/*. F5 = f1(D1/*, D2/*). Резльтаты сводим в табл. 4.24 – оператор преобразования системы. Та б л и ц а 4 . 2 4 tj

fi

f1

t1

t2

D1/2

t4

D1/*

t5

D1/* D2/*

f2

f3

t3

D1/2 02/3 02/4

D2/1 D2/3 D2/4 D2/5

лоин D2/2

Примечание. В операции «Перенос», очевидно, необходимо азывать два адреса: отда брать и да направлять. В табл. 4.24 это поазано с помощью стрели.

Моделирющий алоритм. Разработаем неоторый автомат A, состояниями оторо о были бы таты доментооборота tj , де j = 1, 2, 3, 4, 5, а выходным алфавитом это о автомата – элементарные оманды fi , i = 1, 2, 3. Ка отмечалось выше, на аждом тате tj выполняется одна или несольо оманд fi , имеющих ненлевой списо ар ментов. Эта информация определяется на основе оператора преобразования F (t) (табл. 4.24). На тате t0 ниаие элементарные оманды не выполняются. Данный автомат моделирет переходы системы из одно о состояния в др ое толь180

о в зависимости от словий ϕl . Причем если «да», то ϕl , если «нет», то ϕ l . Поведение автомата описывается табл. 4.25, оторая составляется на основе ал оритма обработи информации. В отличие от оманд fi , jl таже переводит систем из одно о состояния в др ое, но она не изменяет содержимо о ни одно о из доментов. Та б л и ц а 4 . 2 5 Номер перехода

Те щее состояние

Условие

Следющее состояние

1

t0

ϕ1

t0

2

—

3

t0

4

—

5

t2

—

t5

6

t3

—

t4

7

t4

—

t5

8

t5

—

t0

ϕ1 ϕ2 ϕ2

t1 t3 t4

Таим образом, модель фнционирования ор анизационной системы представлена автоматом, оператором преобразования F(t), оператором сопряжения R и моделирющим ал оритмом (автоматом). Для ее реализации необходимо заодировать элементарные оманды fi в виде подпро рамм, а сам автомат — в виде лавно о модля. При работе автомата необходимо пользоваться оператором F(t), чтобы определять элементарню оманд, выполняемю в тещем тате, и оператором R, чтобы станавливать источнии информации, подаваемой на входы доментов, обрабатываемых с помощью fi . КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите цели и задачи стртрно(о анализа АСУ. 2. Рассмотрите пти совершенствования ор(анизационной, фнциональной, ал(оритмичесой стртр. 3. Назовите ровни описания стртры АСУ. 4. Сформлирйте формализованные способы описания стртры АСУ.

181

5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.

Каю цель преследет введение порядовой фнции? Рассмотрите ал(оритм введения порядовой фнции. Что представляет собой числовая фнция на (рафе? Рассмотрите тополо(ичесю деомпозицию стртр АСУ. Ка определяется порядо элементов? Что является формальным признаом для выделения входных и выходных элементов потоа? Приведите пример анализа потоов информации в АСУ. Дайте харатеристи основных стртрно-тополо(ичесих харатеристи систем. Приведите основные виды тополо(ичесих стртр. Ка определяется связность стртры? Каим образом определяется избыточность стртры? Зачем вводят параметр ε2? Что представляет собой омпатность стртры? Ка определяется степень централизации стртры? Проведите сравнительный анализ тополо(ичесих стртр. Определите одноровневю схем сопряжения. Что представляет собой мно(оровневая схема сопряжения? Каим образом разрабатывается оператор преобразования? Приведите ал(оритм разработи модели фнционирования ор(анизационной системы. Что представляет собой ал(оритм, моделирющий процесс фнционирования ор(анизационной системы? Рассмотрите пример модели фнционирования ор(анизационной системы.

Глава 5 МОДЕЛИ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ АСУ

В лаве рассмотрены неоторые вопросы синтеза моделей стртры АСУ. Сначала производится формализация общей задачи синтеза в самом общем слчае. Затем разрабатываются математичесие выражения для частных ритериев оптимизации и о раничений в частных задачах оптимизации. Основными параметрами в рассматриваемых моделях являются затраты на реализацию фнциональных задач АСУ и время решения этих задач. Различные омбинации этих параметров и составляют сть той или иной частной задачи синтеза оптимальной стртры АСУ. 182

В резльтате изчения данной лавы стденты должны знать подходы  постанове и решению задач подобно о ласса, меть анализировать полченные резльтаты. Авторы сознательно о раничили рами изла аемо о материала, посвященно о синтез моделей стртры АСУ. Это вызвано, во-первых, о раниченностью объема чебниа, во-вторых, требованиями соответствюще о Госдарственно о образовательно о стандарта высше о профессионально о образования и, в-третьих, наличием специально о рса «Проетирование АСОИУ».

5.1. Формализация общей задачи синтеза стртры АСУ Стртра системы — это способ ор анизации системы из отдельных элементов с их взаимосвязями, оторые зависят от распределения фнций и целей, выполняемых системой. Таим образом, стртра (одно из определений) — это способ ор анизации цело о из составных частей. В зависимости от задачи исследования в понятие стртры системы может владываться различный смысл. Та, при разработе стртры АСУ в это понятие входит, например, определение множества элементов системы и связей межд ними, распределение задач, возла аемых на техничесие средства АСУ, по ровням и элементам системы и выбор омплеса техничесих средств, обеспечивающе о их своевременное решение. Основными проблемами, возниающими при разработе стртры АСУ, являются: 1) определение необходимо о числа ровней иерархии; 2) становление межд ровнями правильных взаимоотношений, что связано с задачами со ласования целей элементов различных ровней и оптимальным стимлированием их работы; 3) распределение ответственности; 4) выбор онретных схем правления и создание онтров принятия решения; 5) ор анизация информационных потоов; 6) выбор соответствющих техничесих средств. Все эти вопросы взаимосвязаны и образют сложню проблем. Рассмотрим задач синтеза стртры АС в самом общем виде. Для ее формализации введем следющие обозначения: 183

5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.

Каю цель преследет введение порядовой фнции? Рассмотрите ал(оритм введения порядовой фнции. Что представляет собой числовая фнция на (рафе? Рассмотрите тополо(ичесю деомпозицию стртр АСУ. Ка определяется порядо элементов? Что является формальным признаом для выделения входных и выходных элементов потоа? Приведите пример анализа потоов информации в АСУ. Дайте харатеристи основных стртрно-тополо(ичесих харатеристи систем. Приведите основные виды тополо(ичесих стртр. Ка определяется связность стртры? Каим образом определяется избыточность стртры? Зачем вводят параметр ε2? Что представляет собой омпатность стртры? Ка определяется степень централизации стртры? Проведите сравнительный анализ тополо(ичесих стртр. Определите одноровневю схем сопряжения. Что представляет собой мно(оровневая схема сопряжения? Каим образом разрабатывается оператор преобразования? Приведите ал(оритм разработи модели фнционирования ор(анизационной системы. Что представляет собой ал(оритм, моделирющий процесс фнционирования ор(анизационной системы? Рассмотрите пример модели фнционирования ор(анизационной системы.

Глава 5 МОДЕЛИ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ АСУ

В лаве рассмотрены неоторые вопросы синтеза моделей стртры АСУ. Сначала производится формализация общей задачи синтеза в самом общем слчае. Затем разрабатываются математичесие выражения для частных ритериев оптимизации и о раничений в частных задачах оптимизации. Основными параметрами в рассматриваемых моделях являются затраты на реализацию фнциональных задач АСУ и время решения этих задач. Различные омбинации этих параметров и составляют сть той или иной частной задачи синтеза оптимальной стртры АСУ. 182

В резльтате изчения данной лавы стденты должны знать подходы  постанове и решению задач подобно о ласса, меть анализировать полченные резльтаты. Авторы сознательно о раничили рами изла аемо о материала, посвященно о синтез моделей стртры АСУ. Это вызвано, во-первых, о раниченностью объема чебниа, во-вторых, требованиями соответствюще о Госдарственно о образовательно о стандарта высше о профессионально о образования и, в-третьих, наличием специально о рса «Проетирование АСОИУ».

5.1. Формализация общей задачи синтеза стртры АСУ Стртра системы — это способ ор анизации системы из отдельных элементов с их взаимосвязями, оторые зависят от распределения фнций и целей, выполняемых системой. Таим образом, стртра (одно из определений) — это способ ор анизации цело о из составных частей. В зависимости от задачи исследования в понятие стртры системы может владываться различный смысл. Та, при разработе стртры АСУ в это понятие входит, например, определение множества элементов системы и связей межд ними, распределение задач, возла аемых на техничесие средства АСУ, по ровням и элементам системы и выбор омплеса техничесих средств, обеспечивающе о их своевременное решение. Основными проблемами, возниающими при разработе стртры АСУ, являются: 1) определение необходимо о числа ровней иерархии; 2) становление межд ровнями правильных взаимоотношений, что связано с задачами со ласования целей элементов различных ровней и оптимальным стимлированием их работы; 3) распределение ответственности; 4) выбор онретных схем правления и создание онтров принятия решения; 5) ор анизация информационных потоов; 6) выбор соответствющих техничесих средств. Все эти вопросы взаимосвязаны и образют сложню проблем. Рассмотрим задач синтеза стртры АС в самом общем виде. Для ее формализации введем следющие обозначения: 183

P — множество возможных принципов построения системы или ее элементов. Возможные принципы бывают обычно заданы и выбираются при синтезе системы; π — выбранные принципы построения системы или ее элементов. Очевидно, π ° P; F — множество взаимосвязанных фнций (операций), выполняемых системой. Каждом набор принципов π построения системы соответствет неоторое множество фнций F (π), из оторо о при проетировании системы необходимо выбрать подмножество f ° F (π), достаточное для реализации выбранных принципов π; А — множество возможных взаимосвязанных элементов системы. Подобными элементами, например, мо т быть злы системы, техничесие средства, пнты обслживания, отдельные исполнители, оллетивы и т. п.; а — выбранные взаимосвязанные элементы системы. Введем таже операцию отображения W элементов множества F на элементы множества А. Оптимальное отображение должно обеспечивать эстремм неоторой (или неоторых) целевой фнции при выполнении заданных о раничений. В общем слчае задача синтеза оптимальной стртры состоит в определении: π ° P;

(5.1)

f ° F (π);

(5.2)

a ° A;

(5.3)

[ f ° F (π)]W [a ° A].

(5.4)

Если заданы принципы построения системы, то синтез оптимальной стртры состоит в определении (5.2), (5.3) и (5.4). Если заданы принципы построения системы и выполняемые ею фнции — то в определении (5.4) и (5.3). Если заданы принципы построения системы, выполняемые ею фнции и элементы системы — то в определении (5.4), т. е. в нахождении оптимально о отображения множества выполняемых фнций на множестве взаимосвязанных элементов. Задача анализа состоит в определении харатеристи системы при заданных словиях (5.1) — (5.4). Если для неоторых элементов возниает проблема большой на рзи, то словия с (5.1) по (5.4) должны читывать правила фнционирования элементов. В ряде слчаев эти правила определяются при синтезе, посоль от них может зависеть распределение фнций и взаимосвязей в системе. 184

5.2. Частные задачи синтеза оптимальной стртры АСУ Сложность синтеза оптимальной стртры АСУ приводит  том, что на пратие ставят и решают более частные задачи синтеза, таие, например, а оптимальное распределение возла аемых на АСУ фнций по заданным ровням и  лам системы, определение оптимальной реализации фнций в АСУ, выбор омплеса техничесих средств, обеспечивающе о ачественню реализацию фнций, и т. д. Рассмотрим неоторые частные постанови задач формализованно о распределения множества решаемых задач межд злами АСУ при различных ритериях и о раничениях.

5.2.1. Частные ритерии оптимизации а) Минимизация затрат на реализацию задач в АСУ. I

J

min ∑ ∑ W ij x ij ,

(5.5)

i = 1j = 1

де i = 1, I — множество фнциональных задач, реализемых в АСУ, j = 1, J — множество обслживающих злов системы правления, Wij — затраты на реализацию i-той задачи в j-том злe. 1 ; x = 1, если i-тая задача выполняется 0 ij в j-том зле и xij = 0 — в противном слчае. Кроме то о, псть xij =

б) Минимизация обще о времени решения всех задач АСУ I

J

min ∑ ∑ t ij x ij ,

(5.6)

i = 1j = 1

де tij — время решения i-той задачи в j -том зле. в) Минимизация масимально о времени решения задач в АСУ I

J

min ⎛ max ∑ ∑ t ij x ij ⎞ . ⎝ ⎠

(5.7)

i = 1j = 1

Возможна оптимизация по более сложным ритериям, влючающим (5.5) — (5.7), а таже использование ритериев более обще о типа, таих, а полчение масимальной прибыли, обеспечение требемо о времени отовности системы и т. д. 185

P — множество возможных принципов построения системы или ее элементов. Возможные принципы бывают обычно заданы и выбираются при синтезе системы; π — выбранные принципы построения системы или ее элементов. Очевидно, π ° P; F — множество взаимосвязанных фнций (операций), выполняемых системой. Каждом набор принципов π построения системы соответствет неоторое множество фнций F (π), из оторо о при проетировании системы необходимо выбрать подмножество f ° F (π), достаточное для реализации выбранных принципов π; А — множество возможных взаимосвязанных элементов системы. Подобными элементами, например, мо т быть злы системы, техничесие средства, пнты обслживания, отдельные исполнители, оллетивы и т. п.; а — выбранные взаимосвязанные элементы системы. Введем таже операцию отображения W элементов множества F на элементы множества А. Оптимальное отображение должно обеспечивать эстремм неоторой (или неоторых) целевой фнции при выполнении заданных о раничений. В общем слчае задача синтеза оптимальной стртры состоит в определении: π ° P;

(5.1)

f ° F (π);

(5.2)

a ° A;

(5.3)

[ f ° F (π)]W [a ° A].

(5.4)

Если заданы принципы построения системы, то синтез оптимальной стртры состоит в определении (5.2), (5.3) и (5.4). Если заданы принципы построения системы и выполняемые ею фнции — то в определении (5.4) и (5.3). Если заданы принципы построения системы, выполняемые ею фнции и элементы системы — то в определении (5.4), т. е. в нахождении оптимально о отображения множества выполняемых фнций на множестве взаимосвязанных элементов. Задача анализа состоит в определении харатеристи системы при заданных словиях (5.1) — (5.4). Если для неоторых элементов возниает проблема большой на рзи, то словия с (5.1) по (5.4) должны читывать правила фнционирования элементов. В ряде слчаев эти правила определяются при синтезе, посоль от них может зависеть распределение фнций и взаимосвязей в системе. 184

5.2. Частные задачи синтеза оптимальной стртры АСУ Сложность синтеза оптимальной стртры АСУ приводит  том, что на пратие ставят и решают более частные задачи синтеза, таие, например, а оптимальное распределение возла аемых на АСУ фнций по заданным ровням и  лам системы, определение оптимальной реализации фнций в АСУ, выбор омплеса техничесих средств, обеспечивающе о ачественню реализацию фнций, и т. д. Рассмотрим неоторые частные постанови задач формализованно о распределения множества решаемых задач межд злами АСУ при различных ритериях и о раничениях.

5.2.1. Частные ритерии оптимизации а) Минимизация затрат на реализацию задач в АСУ. I

J

min ∑ ∑ W ij x ij ,

(5.5)

i = 1j = 1

де i = 1, I — множество фнциональных задач, реализемых в АСУ, j = 1, J — множество обслживающих злов системы правления, Wij — затраты на реализацию i-той задачи в j-том злe. 1 ; x = 1, если i-тая задача выполняется 0 ij в j-том зле и xij = 0 — в противном слчае. Кроме то о, псть xij =

б) Минимизация обще о времени решения всех задач АСУ I

J

min ∑ ∑ t ij x ij ,

(5.6)

i = 1j = 1

де tij — время решения i-той задачи в j -том зле. в) Минимизация масимально о времени решения задач в АСУ I

J

min ⎛ max ∑ ∑ t ij x ij ⎞ . ⎝ ⎠

(5.7)

i = 1j = 1

Возможна оптимизация по более сложным ритериям, влючающим (5.5) — (5.7), а таже использование ритериев более обще о типа, таих, а полчение масимальной прибыли, обеспечение требемо о времени отовности системы и т. д. 185

5.2.2. Ораничения в частных задачах синтеза

Математичесая модель этой задачи может быть записана следющим образом: найти

а) На связи межд задачами, т. е. задан раф σE .

I

(5.8)

(5.9)

при I

в) На общие затраты на реализацию задач в AСУ I

(5.10)

i = 1j = 1

) На затраты на реализацию задач в злах (5.11)

i=1

д) На за рз аждо о зла I

∑ λ ij t ij x ij m πj, j = 1, J ,

(5.12)

i=1

де λi — интенсивность постпления i-той задачи на решение. Возможны дополнительные требования  равномерности за рзи злов. е) На общее время решения всех задач I

J

∑ ∑ t ij x ij m T.

(5.13)

i = 1j = 1

ж) На время решения отдельных задач J

∑ t ij x ij m τi, i = 1, I .

(5.14)

i=1

5.2.3. Первая частная задача синтеза оптимальной стр тры АСУ Необходимо та распределить i задач i = 1, I межд j злами j = 1, J , чтобы обеспечить минимм общих затрат (5.5) или минимм обще о времени решения (5.6) при исполнении о раничений на за рз аждо о из злов (5.12), или на затраты в аждом j-том зле (5.11). 186

(5.16)

∑ x ij m 1, i = 1, I , xij = {1, 0}.

(5.17)

i = 1j = 1 J

i=1

I

∑ W ij x ij m W iдоп .

J

∑ ∑ a ij x ij m bj, j = 1, J ,

J

∑ ∑ W ij x ij m W доп .

(5.15)

i = 1j = 1

б) На связи межд злами, т. е. задан раф σM .

J

min ∑ ∑ a ij x ij

В этих соотношениях: aij — затраты (время решения) i-той задачи в j-том зле; bj — допстимые затраты (за рза) в j-том зле; xi j — переменная, равная 1, если i-тая задача решается в j-том зле, и равная 0 — в противном слчае. Условие (5.17) означает, что аждая задача должна решаться тольо в одном зле. Наиболее добным для решения данно о ласса задач является метод «ветвей и раниц». Применительно  данной задаче он залючается в направленном движении по вершинам дерева, полченно о птем фисирования части переменных xij, xij = {0, 1}. Вершины перво о ровня полчают, поочередно зарепляя первю задач за первым злом, вторым и т. д., т. е. фисиря x′ij = 1 для j = 1, 2, 3, … при i = 1. Вершины второ о ровня полчают, фисиря x ″ij = 1 для j = 1, 2, 3, … при i = 2 и т. д. Для m аждой вершины находят оцен

∑ aij + ∑ a ij ,

i < i*

(5.18)

i ≥ i*

де i* — число рассмотренных ровней ветвления; a ij = min aij. j

Страте ия ветвления может быть лчшена за счет использования специфичесих свойств рассматриваемой задачи, что сщественно при решении задач большой размерности. Вначале из матрицы оэффициентов ||aij || системы (5.15) ислючаем все элементы, для оторых выполняется словие aij > bj, i = 1, I , j = 1, J . При этом для любой строчи возможны следющие варианты: 187

5.2.2. Ораничения в частных задачах синтеза

Математичесая модель этой задачи может быть записана следющим образом: найти

а) На связи межд задачами, т. е. задан раф σE .

I

(5.8)

(5.9)

при I

в) На общие затраты на реализацию задач в AСУ I

(5.10)

i = 1j = 1

) На затраты на реализацию задач в злах (5.11)

i=1

д) На за рз аждо о зла I

∑ λ ij t ij x ij m πj, j = 1, J ,

(5.12)

i=1

де λi — интенсивность постпления i-той задачи на решение. Возможны дополнительные требования  равномерности за рзи злов. е) На общее время решения всех задач I

J

∑ ∑ t ij x ij m T.

(5.13)

i = 1j = 1

ж) На время решения отдельных задач J

∑ t ij x ij m τi, i = 1, I .

(5.14)

i=1

5.2.3. Первая частная задача синтеза оптимальной стр тры АСУ Необходимо та распределить i задач i = 1, I межд j злами j = 1, J , чтобы обеспечить минимм общих затрат (5.5) или минимм обще о времени решения (5.6) при исполнении о раничений на за рз аждо о из злов (5.12), или на затраты в аждом j-том зле (5.11). 186

(5.16)

∑ x ij m 1, i = 1, I , xij = {1, 0}.

(5.17)

i = 1j = 1 J

i=1

I

∑ W ij x ij m W iдоп .

J

∑ ∑ a ij x ij m bj, j = 1, J ,

J

∑ ∑ W ij x ij m W доп .

(5.15)

i = 1j = 1

б) На связи межд злами, т. е. задан раф σM .

J

min ∑ ∑ a ij x ij

В этих соотношениях: aij — затраты (время решения) i-той задачи в j-том зле; bj — допстимые затраты (за рза) в j-том зле; xi j — переменная, равная 1, если i-тая задача решается в j-том зле, и равная 0 — в противном слчае. Условие (5.17) означает, что аждая задача должна решаться тольо в одном зле. Наиболее добным для решения данно о ласса задач является метод «ветвей и раниц». Применительно  данной задаче он залючается в направленном движении по вершинам дерева, полченно о птем фисирования части переменных xij, xij = {0, 1}. Вершины перво о ровня полчают, поочередно зарепляя первю задач за первым злом, вторым и т. д., т. е. фисиря x′ij = 1 для j = 1, 2, 3, … при i = 1. Вершины второ о ровня полчают, фисиря x ″ij = 1 для j = 1, 2, 3, … при i = 2 и т. д. Для m аждой вершины находят оцен

∑ aij + ∑ a ij ,

i < i*

(5.18)

i ≥ i*

де i* — число рассмотренных ровней ветвления; a ij = min aij. j

Страте ия ветвления может быть лчшена за счет использования специфичесих свойств рассматриваемой задачи, что сщественно при решении задач большой размерности. Вначале из матрицы оэффициентов ||aij || системы (5.15) ислючаем все элементы, для оторых выполняется словие aij > bj, i = 1, I , j = 1, J . При этом для любой строчи возможны следющие варианты: 187

— ислючены все элементы аij, то да решение отстствет; — остался лишь один элемент aij, он обязательно входит в оптимальное решение, если оно сществет. Значение bj заменяется на bij—аij , и этот элемент в дальнейшем поисе не частвет; — осталось несольо элементов, они частвют в дальнейшем поисе оптимально о решения.

Необходимо та распределить i задач i = 1, I межд j злами j = 1, J , чтобы обеспечить минимм общих затрат (5.5) или минимм обще о времени решения (5.6) при выполнении о раничений на общее время решения (5.13) или общие затраты (5.10) соответственно. Математичесая модель этой задачи может быть записана следющим образом: найти I

J

(5.19)

i = 1j = 1

i=1

∑ bij m B, l = 1, I , j = 1, J ,

(5.22)

i = l+1

Иначе оворя, аждая задача последовательно зарепляется за аждым из злов и проверяется выполнение словия (5.20) в лчшем слчае. Если словие (5.22) наршается, то соответствющий элемент bl j не входит в допстимое решение и ислючается из матрицы ||ai j ||. Из матрицы || ai j || ислючается соответствющий элемент аi j. Из словия (5.21) следет, что в аждой строе может быть I

J

тольо один элемент. Поэтом min ∑ ∑ a ij x ij без чета выраI

J

i=1

j=1

жения (5.18) равен ∑ min ∑ a ij x ij . Отсюда, если для элементов

J

∑ ∑ b ij x ij m B.

(5.20)

∑ x ij m 1, xij = {1, 0}.

(5.21)

i = 1j = 1 J

j=1

В этих соотношениях: аij — затраты (время решения) i-той задачи в j-том зле; bij — время решения (затраты) i-той задачи в j-том зле; B — общее время решения (затраты) всех задач. Для решения этой задачи прежде все о бертся минимальные элементы в аждой строе матрицы оэффициентов ||aij || и проверяется выполнение словия (5.20) для соответствющих элементов матрицы оэффициентов ||bij ||. Если словие (5.20) выполняется, это и бдет оптимальным решением. Если словие (5.20) не выполняется, то из матрицы оэффициентов ||ai j || и ||bij || ислючают те элементы, оторые не мо т 188

∑ bij + bl j +

i = 1j = 1

при I

I

l−1

де b ij — минимальный элемент в соответствющей строе; bl j — рассматриваемый элемент, j ≠ l.

5.2.4. Вторая частная задача синтеза оптимальной стр тры АСУ

min ∑ ∑ a ij x ij

войти ни в одно допстимое решение. Для это о последовательно рассматриваются все элементы матрицы ||aij || и проверяется словие

одновременно выполняются словия aij l alj и bi j l blj, (j ≠ l), то эти элементы мо т быть ислючены из рассмотрения. Хотя ислючение элементов не все да приводит  оптимальном решению, однао объем вычислений резо соращается. Далее использется метод «ветвей и раниц». В отличие от предыдщей задачи, ветвление осществляется с четом о раничения (5.20), что сщественно соращает число рассматриваемых вариантов. Оцена для аждой вершины находится по элементам матрицы (5.19) анало ично предыдщей задаче (5.18). О раничение при этом имеет вид

∑ bij + ∑ b ij ,

i < i*

(5.23)

i ≥ i*

де i* — ровень ветвления; b ij = min bj . j

189

— ислючены все элементы аij, то да решение отстствет; — остался лишь один элемент aij, он обязательно входит в оптимальное решение, если оно сществет. Значение bj заменяется на bij—аij , и этот элемент в дальнейшем поисе не частвет; — осталось несольо элементов, они частвют в дальнейшем поисе оптимально о решения.

Необходимо та распределить i задач i = 1, I межд j злами j = 1, J , чтобы обеспечить минимм общих затрат (5.5) или минимм обще о времени решения (5.6) при выполнении о раничений на общее время решения (5.13) или общие затраты (5.10) соответственно. Математичесая модель этой задачи может быть записана следющим образом: найти I

J

(5.19)

i = 1j = 1

i=1

∑ bij m B, l = 1, I , j = 1, J ,

(5.22)

i = l+1

Иначе оворя, аждая задача последовательно зарепляется за аждым из злов и проверяется выполнение словия (5.20) в лчшем слчае. Если словие (5.22) наршается, то соответствющий элемент bl j не входит в допстимое решение и ислючается из матрицы ||ai j ||. Из матрицы || ai j || ислючается соответствющий элемент аi j. Из словия (5.21) следет, что в аждой строе может быть I

J

тольо один элемент. Поэтом min ∑ ∑ a ij x ij без чета выраI

J

i=1

j=1

жения (5.18) равен ∑ min ∑ a ij x ij . Отсюда, если для элементов

J

∑ ∑ b ij x ij m B.

(5.20)

∑ x ij m 1, xij = {1, 0}.

(5.21)

i = 1j = 1 J

j=1

В этих соотношениях: аij — затраты (время решения) i-той задачи в j-том зле; bij — время решения (затраты) i-той задачи в j-том зле; B — общее время решения (затраты) всех задач. Для решения этой задачи прежде все о бертся минимальные элементы в аждой строе матрицы оэффициентов ||aij || и проверяется выполнение словия (5.20) для соответствющих элементов матрицы оэффициентов ||bij ||. Если словие (5.20) выполняется, это и бдет оптимальным решением. Если словие (5.20) не выполняется, то из матрицы оэффициентов ||ai j || и ||bij || ислючают те элементы, оторые не мо т 188

∑ bij + bl j +

i = 1j = 1

при I

I

l−1

де b ij — минимальный элемент в соответствющей строе; bl j — рассматриваемый элемент, j ≠ l.

5.2.4. Вторая частная задача синтеза оптимальной стр тры АСУ

min ∑ ∑ a ij x ij

войти ни в одно допстимое решение. Для это о последовательно рассматриваются все элементы матрицы ||aij || и проверяется словие

одновременно выполняются словия aij l alj и bi j l blj, (j ≠ l), то эти элементы мо т быть ислючены из рассмотрения. Хотя ислючение элементов не все да приводит  оптимальном решению, однао объем вычислений резо соращается. Далее использется метод «ветвей и раниц». В отличие от предыдщей задачи, ветвление осществляется с четом о раничения (5.20), что сщественно соращает число рассматриваемых вариантов. Оцена для аждой вершины находится по элементам матрицы (5.19) анало ично предыдщей задаче (5.18). О раничение при этом имеет вид

∑ bij + ∑ b ij ,

i < i*

(5.23)

i ≥ i*

де i* — ровень ветвления; b ij = min bj . j

189

5.2.5. Третья частная задача синтеза оптимальной стр тры АСУ

при

Необходимо та распределить i задач i = 1, I межд j злами j = 1, J , чтобы обеспечить минимм общих затрат (5.5) или минимм обще о времени решения (5.6) при выполнении о раничений на общее время решения (5.13) и за рз злов (5.12), либо на общие затраты (5.10) и за рз злов (5.12) соответственно. Математичесая модель этой задачи может быть записана в следющем виде: найти I

J

min ∑ ∑ a ij x ij при J

∑ ∑ b ij x ij m B,

(5.25)

i = 1j = 1 I

∑ c ij x ij m cj , j = 1, J ,

(5.26)

j=1 J

∑ x ij m 1, xij = {0,1}.

∑ a ij x ij = 1,

(5.29)

i=1 4

∑ a ij x ij = 1,

(5.30)

xi j = {0, 1},

(5.31)

j=1

(5.24)

i = 1j = 1

I

4

(5.27)

8 5 aij = 1 2

5 3 7 3

6 2 3 8

4 2 . 4 5

(5.32)

Условие (5.29) означает, что аждый зел может решать тольо одн задач. Условие (5.30) означает, что аждая задача может решаться тольо в одном зле. Бдем изображать множество вариантов ржами, в верхней части оторых проставлен номер множества, а в нижней — значение нижней раницы (рис. 5.1).

j=1

Для решения этой задачи прежде все о из матриц оэффициентов ||aij ||, ||bi j ||, ||cij || ислючаются элементы, оторые заведомо не мо т войти в оптимальное решение. Ислючение элементов bij и сij из матриц систем (5.25) и (5.26) осществляется анало ично рассмотренной выше, т. е. ислючаются все элементы, для оторых не выполняется словие (5.22). Оцена для матрицы оэффициентов (5.24) находится анало ично оцене системы (5.18) в первой задаче.

5.3. Примеры частных задач синтеза оптимальной стртры АСУ Пример 1.1 Сначала решим методом «ветвей и раниц» следющю задач: найти минимм 4

4

min ∑ ∑ a ij x ij

(5.28)

i = 1j = 1

1

Пример имеет целью продемонстрировать процедр ветвления.

190

0 9 1 2 16 10 2-ÿ çàäà÷à çà óçëîì 3

2 11

5 15 3-ÿ çàäà÷à çà óçëîì 1 4-ÿ çàäà÷à çà óçëîì 2

1-ÿ çàäà÷à çà óçëîì 4 4 9 6 10

7 9

8 10

9 16

10 10 Рис. 5.1. Процед ра ветвления

191

5.2.5. Третья частная задача синтеза оптимальной стр тры АСУ

при

Необходимо та распределить i задач i = 1, I межд j злами j = 1, J , чтобы обеспечить минимм общих затрат (5.5) или минимм обще о времени решения (5.6) при выполнении о раничений на общее время решения (5.13) и за рз злов (5.12), либо на общие затраты (5.10) и за рз злов (5.12) соответственно. Математичесая модель этой задачи может быть записана в следющем виде: найти I

J

min ∑ ∑ a ij x ij при J

∑ ∑ b ij x ij m B,

(5.25)

i = 1j = 1 I

∑ c ij x ij m cj , j = 1, J ,

(5.26)

j=1 J

∑ x ij m 1, xij = {0,1}.

∑ a ij x ij = 1,

(5.29)

i=1 4

∑ a ij x ij = 1,

(5.30)

xi j = {0, 1},

(5.31)

j=1

(5.24)

i = 1j = 1

I

4

(5.27)

8 5 aij = 1 2

5 3 7 3

6 2 3 8

4 2 . 4 5

(5.32)

Условие (5.29) означает, что аждый зел может решать тольо одн задач. Условие (5.30) означает, что аждая задача может решаться тольо в одном зле. Бдем изображать множество вариантов ржами, в верхней части оторых проставлен номер множества, а в нижней — значение нижней раницы (рис. 5.1).

j=1

Для решения этой задачи прежде все о из матриц оэффициентов ||aij ||, ||bi j ||, ||cij || ислючаются элементы, оторые заведомо не мо т войти в оптимальное решение. Ислючение элементов bij и сij из матриц систем (5.25) и (5.26) осществляется анало ично рассмотренной выше, т. е. ислючаются все элементы, для оторых не выполняется словие (5.22). Оцена для матрицы оэффициентов (5.24) находится анало ично оцене системы (5.18) в первой задаче.

5.3. Примеры частных задач синтеза оптимальной стртры АСУ Пример 1.1 Сначала решим методом «ветвей и раниц» следющю задач: найти минимм 4

4

min ∑ ∑ a ij x ij

(5.28)

i = 1j = 1

1

Пример имеет целью продемонстрировать процедр ветвления.

190

0 9 1 2 16 10 2-ÿ çàäà÷à çà óçëîì 3

2 11

5 15 3-ÿ çàäà÷à çà óçëîì 1 4-ÿ çàäà÷à çà óçëîì 2

1-ÿ çàäà÷à çà óçëîì 4 4 9 6 10

7 9

8 10

9 16

10 10 Рис. 5.1. Процед ра ветвления

191

Та б л и ц а 5 . 2

Для вычисления нижней раницы использется соотношение

∑ bij + ∑ b ij ,

(5.33)

j

i ≥ i*

i < i*

де a ij = min ai j, i* — число рассмотренных ровней ветвле-

i=2

j

ния. Для исходно о множества (обозначим е о через «0») соотно-

∑ aij

∑ a ij

i < i*

i ≥ i*

1

4+5

+ 3+ 3

15

2

4+3

+1+2

12

3

4+2

+1+2

9

4

шение (5.3.6) имеет вид ∑ a ij = min aij, т. е. из матрицы (5.32) j

Та б л и ц а 5 . 3

i≥0

выбираются минимальные числа, причем словие (5.29) может наршаться. Ита,

j

4

i=3

∑ a ij = 4 + 2 + 1 + 2 = 9.

∑ aij

∑ a ij

i < i*

i ≥ i*

1

4+2+1

+3

10

2

4+2+7

+2

15

i≥0

Вершины перво о ровня полчим, поочередно зарепляя первю задач за первым, вторым, третьим и четвертым злами. Соответствющие значения нижней раницы представлены в табл. 5.1. Вершины второ о ровня полчим, зарепив первю задач за четвертым злом. Соответствющие значения нижней раницы представлены в табл. 5.2. Из табл. 5.2. следет, что вторю задач следет зарепить за третьим злом. Вершины третье о ровня полчим, зарепив первю задач за четвертым злом и вторю за третьим. Соответствющие значения нижней раницы представлены в табл. 5.3. Из табл. 5.3 следет, что задача 3 должна быть зареплена за злом один. Четвертая задача однозначно зарепляется за злом два.

Оончательный ответ представлен в матрице 0 0 xij = 1 0

i=1

192

∑ a ij

i < i*

4

при о раничениях 4

i=1

i ≥ i*

+2+3+3

16

2

5

+2+1+2

10

3

6

+2+1+2

11

4

4

+2+1+2

9

4

i = 1j = 1

∑ a ij x ij m bj,

8

1 0 . 0 0

min ∑ ∑ a ij x ij

∑ aij

1

0 1 0 0

Значение целевой фнции равно 10. Пример 2. Рассмотрим решение первой частной задачи синтеза оптимальной стртры. Найти

Та б л и ц а 5 . 1 j

0 0 0 1

8 5 aij = 1 2

5 3 7 3

6 2 3 8

4 2 , 4 5

4

∑ x ij = 1, xij = {0, 1}, bi j = 3 1 5 3 .

i=1

В соответствии с ранее рассмотренным ал оритмом производим прощение матрицы ||aij ||, для че о ислючаем элементы, для 193

Та б л и ц а 5 . 2

Для вычисления нижней раницы использется соотношение

∑ bij + ∑ b ij ,

(5.33)

j

i ≥ i*

i < i*

де a ij = min ai j, i* — число рассмотренных ровней ветвле-

i=2

j

ния. Для исходно о множества (обозначим е о через «0») соотно-

∑ aij

∑ a ij

i < i*

i ≥ i*

1

4+5

+ 3+ 3

15

2

4+3

+1+2

12

3

4+2

+1+2

9

4

шение (5.3.6) имеет вид ∑ a ij = min aij, т. е. из матрицы (5.32) j

Та б л и ц а 5 . 3

i≥0

выбираются минимальные числа, причем словие (5.29) может наршаться. Ита,

j

4

i=3

∑ a ij = 4 + 2 + 1 + 2 = 9.

∑ aij

∑ a ij

i < i*

i ≥ i*

1

4+2+1

+3

10

2

4+2+7

+2

15

i≥0

Вершины перво о ровня полчим, поочередно зарепляя первю задач за первым, вторым, третьим и четвертым злами. Соответствющие значения нижней раницы представлены в табл. 5.1. Вершины второ о ровня полчим, зарепив первю задач за четвертым злом. Соответствющие значения нижней раницы представлены в табл. 5.2. Из табл. 5.2. следет, что вторю задач следет зарепить за третьим злом. Вершины третье о ровня полчим, зарепив первю задач за четвертым злом и вторю за третьим. Соответствющие значения нижней раницы представлены в табл. 5.3. Из табл. 5.3 следет, что задача 3 должна быть зареплена за злом один. Четвертая задача однозначно зарепляется за злом два.

Оончательный ответ представлен в матрице 0 0 xij = 1 0

i=1

192

∑ a ij

i < i*

4

при о раничениях 4

i=1

i ≥ i*

+2+3+3

16

2

5

+2+1+2

10

3

6

+2+1+2

11

4

4

+2+1+2

9

4

i = 1j = 1

∑ a ij x ij m bj,

8

1 0 . 0 0

min ∑ ∑ a ij x ij

∑ aij

1

0 1 0 0

Значение целевой фнции равно 10. Пример 2. Рассмотрим решение первой частной задачи синтеза оптимальной стртры. Найти

Та б л и ц а 5 . 1 j

0 0 0 1

8 5 aij = 1 2

5 3 7 3

6 2 3 8

4 2 , 4 5

4

∑ x ij = 1, xij = {0, 1}, bi j = 3 1 5 3 .

i=1

В соответствии с ранее рассмотренным ал оритмом производим прощение матрицы ||aij ||, для че о ислючаем элементы, для 193

J

оторых выполняется словие аij > bj . Первая строча после ислючения не содержит ни одно о элемента, т. е. первая задача не может быть решена: решение отстствет. Псть bj = 3 6 5 3 . То да после ислючения || ai j || имеет вид — — aij = 1 2

5 3 — 3

— 2 3 —

— 2 . — —

bij = 3 1 5 3 ,

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 0 0

или

x ij′

0 0 = 1 1

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 . 0 0

(5.34)

i = 1j = 1

при I

J

∑ ∑ b ij x ij m B,

i = 1j = 1

194

(5.37)

4 3 2 , 1 1

1,5 2 || bi j || = 3 4 4

3 6 7 8 9

2 9 5 10 6 11 , 7 12 8 5

B m 20.

Сначала находим минимальные элементы в аждой строе матрицы || ai j || и проверяем, довлетворяется ли словие (5.35) по одноименным элементам матрицы ||bi j ||: I

∑ b ij = 2 + 5 + 11 + 12 + 5 > 20.

i=1

l−1

∑ bij + bl j +

I

∑ bij m B, l = 1, I , j = 1, J .

(5.38)

i = l+1

де b ij — минимальные элементы стро; blj — рассматриваемый элемент.

4

min ∑ ∑ a ij x ij

3 7 2 4 8 1 ||ai j || = 6 9 6 6 10 7 7 5 3

i=1

Значение целевой фнции в первом слчае 5 + 2 + 1 + 2 = = 10, во втором 5 + 2 + 1 + 2 = 10. Варианты равнозначны. Пример 3. Рассмотрим числовое решение задачи минимизации общих затрат при о раничениях на общее время решения, т. е. бдем исать 4

xij = {0, 1}.

Условие (5.35) не выполняется, и задач «в лоб» решить не дается. Пристпим  прощению матрицы. Для матрицы || bi j || последовательно для всех элементов проверяется словие

i = 2, 3, 4.

Выбираем минимальные элементы в аждой строе. За рза не превышает заданню. Оончательно 0 0 xi j = 1 1

(5.36)

Псть

Первая строча содержит тольо один элемент а12 = 5, следовательно, он обязательно войдет в решение. В отличие от рассмотренно о ранее примера, мы сняли словие, со ласно отором один зел может быть за ржен тольо одной задачей. Ресрс на второй зел равен 6, следовательно, остается резерв: 6 – 5 = 1, Далее процедра анало ична рассмотренной выше, но аждый раз ищтся минимальные элементы в столбцах и проверяется, не на ржен ли данный зел. Ита, x12 = 1. Имеем — 3 2 2 aij = 1 — 3 — , 2 3 — —

∑ x ij = 1,

j=1

(5.35)

Для i = 1:

1,5 +2 +3 + 4 + 4 = 14,5, 3 +2 +3 + 4 + 4 = 16, 2 +2 +3 + 4 + 4 = 15, 9 +2 +3 + 4 + 4 = 22 .

Элемент b14 не довлетворяет словию (5.38), он ислючается из матрицы || bi j ||, и одноименный элемент а14 ислючается из матрицы ||ai j ||. Анало ично для i = 2: 2 + 1,5 + 3 + 4+ 4 = 14,5, 6 + 1,5 + 3 + 4+ 4 = 18,5, 5 + 1,5 + 3 + 4+ 4 = 17,5, 10 + 1,5 + 3 + 4+ 4 = 22,5. 195

J

оторых выполняется словие аij > bj . Первая строча после ислючения не содержит ни одно о элемента, т. е. первая задача не может быть решена: решение отстствет. Псть bj = 3 6 5 3 . То да после ислючения || ai j || имеет вид — — aij = 1 2

5 3 — 3

— 2 3 —

— 2 . — —

bij = 3 1 5 3 ,

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 0 0

или

x ij′

0 0 = 1 1

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 . 0 0

(5.34)

i = 1j = 1

при I

J

∑ ∑ b ij x ij m B,

i = 1j = 1

194

(5.37)

4 3 2 , 1 1

1,5 2 || bi j || = 3 4 4

3 6 7 8 9

2 9 5 10 6 11 , 7 12 8 5

B m 20.

Сначала находим минимальные элементы в аждой строе матрицы || ai j || и проверяем, довлетворяется ли словие (5.35) по одноименным элементам матрицы ||bi j ||: I

∑ b ij = 2 + 5 + 11 + 12 + 5 > 20.

i=1

l−1

∑ bij + bl j +

I

∑ bij m B, l = 1, I , j = 1, J .

(5.38)

i = l+1

де b ij — минимальные элементы стро; blj — рассматриваемый элемент.

4

min ∑ ∑ a ij x ij

3 7 2 4 8 1 ||ai j || = 6 9 6 6 10 7 7 5 3

i=1

Значение целевой фнции в первом слчае 5 + 2 + 1 + 2 = = 10, во втором 5 + 2 + 1 + 2 = 10. Варианты равнозначны. Пример 3. Рассмотрим числовое решение задачи минимизации общих затрат при о раничениях на общее время решения, т. е. бдем исать 4

xij = {0, 1}.

Условие (5.35) не выполняется, и задач «в лоб» решить не дается. Пристпим  прощению матрицы. Для матрицы || bi j || последовательно для всех элементов проверяется словие

i = 2, 3, 4.

Выбираем минимальные элементы в аждой строе. За рза не превышает заданню. Оончательно 0 0 xi j = 1 1

(5.36)

Псть

Первая строча содержит тольо один элемент а12 = 5, следовательно, он обязательно войдет в решение. В отличие от рассмотренно о ранее примера, мы сняли словие, со ласно отором один зел может быть за ржен тольо одной задачей. Ресрс на второй зел равен 6, следовательно, остается резерв: 6 – 5 = 1, Далее процедра анало ична рассмотренной выше, но аждый раз ищтся минимальные элементы в столбцах и проверяется, не на ржен ли данный зел. Ита, x12 = 1. Имеем — 3 2 2 aij = 1 — 3 — , 2 3 — —

∑ x ij = 1,

j=1

(5.35)

Для i = 1:

1,5 +2 +3 + 4 + 4 = 14,5, 3 +2 +3 + 4 + 4 = 16, 2 +2 +3 + 4 + 4 = 15, 9 +2 +3 + 4 + 4 = 22 .

Элемент b14 не довлетворяет словию (5.38), он ислючается из матрицы || bi j ||, и одноименный элемент а14 ислючается из матрицы ||ai j ||. Анало ично для i = 2: 2 + 1,5 + 3 + 4+ 4 = 14,5, 6 + 1,5 + 3 + 4+ 4 = 18,5, 5 + 1,5 + 3 + 4+ 4 = 17,5, 10 + 1,5 + 3 + 4+ 4 = 22,5. 195

Для i = 3:

3 + 1,5 + 2 + 4 + 4 = 14,5, 7 + 1,5 + 2 + 4 + 4 = 18,5, 6 + 1,5 + 2 + 4 + 4 = 17,5, 11 + 1,5 + 2 + 4 + 4 = 22,5.

Для i = 4:

4 + 1,5 + 2 + 3 + 4 = 14,5, 8 + 1,5 + 2 + 3 + 4 = 18,5, 7 + 1,5 + 2 + 3 + 4 = 17,5, 12 + 1,5 + 2 + 3 + 4 = 22,5.

Ле о видеть, что для i = 5 все элементы довлетворяют словию (5.38). Посоль в аждой строче может быть тольо один элемент и в обеих матрицах осществляется минимизация, то при одновременном выполнении словия ai j > alj ,

Глава 6

bij > blj

эти элемент мо т быть ислючены из рассмотрения. После соответствющих прощений матрицы имеют вид 3 4 ||ai j || = 6 6 7

— — — — 5

2 1 — — 3

— — —, — 1

1,5 2 ||bi j || = 3 4 4

— — — — 9

2 5 — — 8

— — — . — 5

Из матрицы || ai j || выбираем минимальные элементы и подсчитываем время решения: 2 + 5 + 3 + 4 + 5 = 19 < 20. Задача решена. Если бы это не далось, пришлось бы вести ветвление и аждый минимальный вариант проверять на словие (5.35). Ита, ответ: 0 0 xi j = 1 1 0

0 0 0 0 0

1 1 0 0 0

0 0 0 . 0 1

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассмотрите основные проблемы, возниающие при разработе стртры АСУ. 2. Приведите общю формлиров синтеза стртры АСУ. 3. Что представляют собой частные ритерии оптимизации?

196

4. Каие основные виды о(раничений необходимо читывать в частных задачах оптимизации? 5. Что представляет собой первая частная задача оптимизации стртры АСУ? 6. Приведите ал(оритм решения первой частной задачи оптимизации. 7. В чем сть второй частной задачи оптимизации стртры АСУ? 8. Каовы отличительные особенности ал(оритма решения второй частной задачи оптимизации? 9. Что представляет собой третья частная задача оптимизации стртры АСУ? 10. Рассмотрите ал(оритм решения третьей частной задачи оптимизации стртры АСУ.

МОДЕЛИ И ПРОЦЕСС ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В АСУ

В этой лаве рассмотрены формальные процедры и формальный аппарат принятия решений человеом в онтре автоматизированно о правления. В отличие от автоматичесих систем, в оторых после их запса роль человеа сводится  онтролю за работой системы, в автоматизированных системах челове является лавным определяющим звеном этих систем, поэтом при проетировании АСУ необходимо читывать таие «человечесие» фаторы, а индивидальная и рпповая психоло ия, пропсная способность человеа, сорость реации, допстимые объемы перерабатываемой информации и т.п. При этом процесс принятия решений сопровождается и подрепляется использованием соответствющих формальных моделей. В лаве прежде все о анализирются проблема и процесс принятия решений. Формлирется общая постанова задачи принятия решений. Приводится лассифиация задач принятия решений. Рассматриваются одноритериальная задача принятия решений, принятие решений в словиях риса и неопределенности, мно оритериальные задачи принятия решений. Материал лавы сопровождается соответствющими примерами. В резльтате изчения данной лавы стденты должны знать подходы  постанове и решению задач подобно о ласса, меть производить необходимые расчеты и анализировать полченные резльтаты. 197

Для i = 3:

3 + 1,5 + 2 + 4 + 4 = 14,5, 7 + 1,5 + 2 + 4 + 4 = 18,5, 6 + 1,5 + 2 + 4 + 4 = 17,5, 11 + 1,5 + 2 + 4 + 4 = 22,5.

Для i = 4:

4 + 1,5 + 2 + 3 + 4 = 14,5, 8 + 1,5 + 2 + 3 + 4 = 18,5, 7 + 1,5 + 2 + 3 + 4 = 17,5, 12 + 1,5 + 2 + 3 + 4 = 22,5.

Ле о видеть, что для i = 5 все элементы довлетворяют словию (5.38). Посоль в аждой строче может быть тольо один элемент и в обеих матрицах осществляется минимизация, то при одновременном выполнении словия ai j > alj ,

Глава 6

bij > blj

эти элемент мо т быть ислючены из рассмотрения. После соответствющих прощений матрицы имеют вид 3 4 ||ai j || = 6 6 7

— — — — 5

2 1 — — 3

— — —, — 1

1,5 2 ||bi j || = 3 4 4

— — — — 9

2 5 — — 8

— — — . — 5

Из матрицы || ai j || выбираем минимальные элементы и подсчитываем время решения: 2 + 5 + 3 + 4 + 5 = 19 < 20. Задача решена. Если бы это не далось, пришлось бы вести ветвление и аждый минимальный вариант проверять на словие (5.35). Ита, ответ: 0 0 xi j = 1 1 0

0 0 0 0 0

1 1 0 0 0

0 0 0 . 0 1

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассмотрите основные проблемы, возниающие при разработе стртры АСУ. 2. Приведите общю формлиров синтеза стртры АСУ. 3. Что представляют собой частные ритерии оптимизации?

196

4. Каие основные виды о(раничений необходимо читывать в частных задачах оптимизации? 5. Что представляет собой первая частная задача оптимизации стртры АСУ? 6. Приведите ал(оритм решения первой частной задачи оптимизации. 7. В чем сть второй частной задачи оптимизации стртры АСУ? 8. Каовы отличительные особенности ал(оритма решения второй частной задачи оптимизации? 9. Что представляет собой третья частная задача оптимизации стртры АСУ? 10. Рассмотрите ал(оритм решения третьей частной задачи оптимизации стртры АСУ.

МОДЕЛИ И ПРОЦЕСС ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В АСУ

В этой лаве рассмотрены формальные процедры и формальный аппарат принятия решений человеом в онтре автоматизированно о правления. В отличие от автоматичесих систем, в оторых после их запса роль человеа сводится  онтролю за работой системы, в автоматизированных системах челове является лавным определяющим звеном этих систем, поэтом при проетировании АСУ необходимо читывать таие «человечесие» фаторы, а индивидальная и рпповая психоло ия, пропсная способность человеа, сорость реации, допстимые объемы перерабатываемой информации и т.п. При этом процесс принятия решений сопровождается и подрепляется использованием соответствющих формальных моделей. В лаве прежде все о анализирются проблема и процесс принятия решений. Формлирется общая постанова задачи принятия решений. Приводится лассифиация задач принятия решений. Рассматриваются одноритериальная задача принятия решений, принятие решений в словиях риса и неопределенности, мно оритериальные задачи принятия решений. Материал лавы сопровождается соответствющими примерами. В резльтате изчения данной лавы стденты должны знать подходы  постанове и решению задач подобно о ласса, меть производить необходимые расчеты и анализировать полченные резльтаты. 197

6.1. Проблема принятия решений в больших системах Проблема принятия решений составляет сть любой целенаправленной человечесой деятельности. Несмотря на все мно ообразие ситаций и словий, в оторых производится выбор решения, сам процесс выбора носит достаточно ниверсальный харатер. Ситации, в оторых осществляется выбор, харатеризют следющие основные черты: 1) Наличие цели (целей). Необходимость принятия решения дитется тольо наличием цели, оторю необходимо достичь. Если цель отстствет, то и нет ниаой необходимости принимать решение. 2) Наличие альтернативных линий поведения. Решения принимаются тольо то да, о да сществет более одно о способа их достижения. Причем аждый из способов может харатеризоваться различной вероятностью достижения цели, а таже, различными затратами, необходимыми для достижения целей. 3) Наличие о раничивающих фаторов. Естественно, что лицо, принимающее решение, не обладает бесонечными возможностями. Все множество о раничивающих фаторов можно разбить на три основные рппы: — эономичесие фаторы (день и, производственные и людсие ресрсы, время и т.п.), — техничесие фаторы ( абариты, вес, энер опотребление, надежность, точность и т.п.), — социальные фаторы, оторые читывают требования человечесой этии и морали, а таже эоло ичесие требования. Проблем принятия решений проиллюстрирем на примере выбора оптимально о варианта проета. Применительно  АСУ объетом проетирования в зависимости от этапа разработи мо т быть собственно АСУ, фнциональные или обеспечивающие подсистемы, техничесие стройства, задачи, ал оритмы или про раммы. Каждый вариант проета харатеризется определенной совопностью параметров. Все их в принципе можно разделить на две рппы: внешние и внтренние. К внешним параметрам отнесем те параметры, оторые харатеризют объет с точи зрения заазчиа. Например, применительно  фнциональной задаче внешними параметрами мо т 198

быть: время решения задачи, требемые объемы памяти, надежность решения и т.п. К внтренним параметрам отнесем те параметры, оторые харатеризют объет с точи зрения разработчиа и оторые, вообще оворя, безразличны заазчи. В том же примере таими параметрами мо т быть: способ одирования, виды элетричесих си налов, может даже тип ЭВМ и т.п. В самом общем слчае аждый из внешних параметров g1, g2, ..., gn аим-то образом зависит от внтренних параметров a1, a2, ..., am , т. е. g1 = g1(a1, a2, ..., am), g2 = g2(a1, a2, ..., am), gn = gn(a1, a2, ..., am). Таим образом, аждом вариант проета, или (что то же самое) ветор внтренних параметров, a = (a1, a2, ..., am)

(6.1)

соответствет ветор внешних параметров g ( a ) = [g1( a ), g2( a ), ..., gn( a )].

(6.2)

Бдем называть допстимым вариантом проета таой набор значений внтренних параметров: a доп = ( a 1, доп , a 2, доп , ..., a m, доп ),

(6.3)

при отором довлетворяются все заданные о раничения. Основными о раничениями, а следет из вышеизложенноо, являются: 1. О раничения, вытеающие из о раниченности ресрсов: Ck m Ck, доп , де k = 1, l ; Ck — k-тый вид ресрса, l — число ресрсов. Особо следет отметить о раничение на стоимость. 2. О раничение, связанное со сроом разработи T m Tдоп . 199

6.1. Проблема принятия решений в больших системах Проблема принятия решений составляет сть любой целенаправленной человечесой деятельности. Несмотря на все мно ообразие ситаций и словий, в оторых производится выбор решения, сам процесс выбора носит достаточно ниверсальный харатер. Ситации, в оторых осществляется выбор, харатеризют следющие основные черты: 1) Наличие цели (целей). Необходимость принятия решения дитется тольо наличием цели, оторю необходимо достичь. Если цель отстствет, то и нет ниаой необходимости принимать решение. 2) Наличие альтернативных линий поведения. Решения принимаются тольо то да, о да сществет более одно о способа их достижения. Причем аждый из способов может харатеризоваться различной вероятностью достижения цели, а таже, различными затратами, необходимыми для достижения целей. 3) Наличие о раничивающих фаторов. Естественно, что лицо, принимающее решение, не обладает бесонечными возможностями. Все множество о раничивающих фаторов можно разбить на три основные рппы: — эономичесие фаторы (день и, производственные и людсие ресрсы, время и т.п.), — техничесие фаторы ( абариты, вес, энер опотребление, надежность, точность и т.п.), — социальные фаторы, оторые читывают требования человечесой этии и морали, а таже эоло ичесие требования. Проблем принятия решений проиллюстрирем на примере выбора оптимально о варианта проета. Применительно  АСУ объетом проетирования в зависимости от этапа разработи мо т быть собственно АСУ, фнциональные или обеспечивающие подсистемы, техничесие стройства, задачи, ал оритмы или про раммы. Каждый вариант проета харатеризется определенной совопностью параметров. Все их в принципе можно разделить на две рппы: внешние и внтренние. К внешним параметрам отнесем те параметры, оторые харатеризют объет с точи зрения заазчиа. Например, применительно  фнциональной задаче внешними параметрами мо т 198

быть: время решения задачи, требемые объемы памяти, надежность решения и т.п. К внтренним параметрам отнесем те параметры, оторые харатеризют объет с точи зрения разработчиа и оторые, вообще оворя, безразличны заазчи. В том же примере таими параметрами мо т быть: способ одирования, виды элетричесих си налов, может даже тип ЭВМ и т.п. В самом общем слчае аждый из внешних параметров g1, g2, ..., gn аим-то образом зависит от внтренних параметров a1, a2, ..., am , т. е. g1 = g1(a1, a2, ..., am), g2 = g2(a1, a2, ..., am), gn = gn(a1, a2, ..., am). Таим образом, аждом вариант проета, или (что то же самое) ветор внтренних параметров, a = (a1, a2, ..., am)

(6.1)

соответствет ветор внешних параметров g ( a ) = [g1( a ), g2( a ), ..., gn( a )].

(6.2)

Бдем называть допстимым вариантом проета таой набор значений внтренних параметров: a доп = ( a 1, доп , a 2, доп , ..., a m, доп ),

(6.3)

при отором довлетворяются все заданные о раничения. Основными о раничениями, а следет из вышеизложенноо, являются: 1. О раничения, вытеающие из о раниченности ресрсов: Ck m Ck, доп , де k = 1, l ; Ck — k-тый вид ресрса, l — число ресрсов. Особо следет отметить о раничение на стоимость. 2. О раничение, связанное со сроом разработи T m Tдоп . 199

3. О раничения, вытеающие из необходимости поддержания внешних параметров в заданном диапазоне min

max

g i, доп m gi m g i, доп ,

i = 1, n .

4. О раничения, вытеающие из необходимости поддержания внтренних параметров в заданном диапазоне: min

max

a i, доп m ai m a i, доп ,

j = 1, m .

Теперь сформлирем задач оптимально о проетирования: ищется вариант проета (набор внтренних параметров) (6.1), оторый принадлежал бы множеств допстимых проетов (6.3) и обращал бы в оптимм ветор внешних параметров (6.2). Иначе оворя, требется найти opt),

j = 1, m ,

g(gi) = opt g(gi),

i = 1, n ,

aopt = (aj ,

де opt — оператор оптимизации. Он определяет выбранный принцип оптимизации.

6.2. Процесс принятия решений Процесс принятия правленчесих решений — это преобразование исходной информации (информации состояния) в выходню информацию (информацию правления) — приаз. Принято делить решения на формальные и творчесие. Если преобразование информации выполняется с помощью математичесих моделей, то выработанное решение считается формальным; если решение принимается в резльтате срытой работы интеллета лица, принимающе о решения, то это решение считается творчесим. Таое деление в достаточной степени словно, посоль ни чисто формально о, ни чисто творчесо о решения в природе не сществет. Если решения принимаются с помощью математичесих моделей, то знания и опыт человечества (элементы творчества) использются при создании этих моделей, а интиция (элемент творчества) использется в момент, о да лицо, принимающее решение, задает то или иное значение исходной информации или из множества альтернативных вариантов в ачестве решения выбирает один. Если основным инстрментом выбора решений является интеллет человеа, то 200

формальные методы, носителем оторых является вся наа, срыто пристствют в е о знаниях и опыте. В соответствии с делением решений на творчесие и формальные все множество проблем, соответствющих любом процесс принятия решений, делят на два принципиально различных ласса: это проблемы онцептально о харатера и проблемы формально-математичесо о, или вычислительно о, харатера. К онцептальным проблемам относят сложные ло ичесие проблемы, оторые невозможно решить с помощью тольо формально математичесих методов и ЭВМ. Очень часто эти проблемы ниальны в том смысле, что они решаются впервые и не имеют прототипов в прошлом. Обычно онцептальные проблемы решаются на ровне роводителей с привлечением рппы эспертов. В ачестве эспертов выстпают высоовалифицированные специалисты из различных областей наи и технии. При решении онцептальных проблем формально математичесие методы и рают тольо вспомо ательню роль, а лавное значение придается эрдиции, опыт и интиции эсперта. К числ онцептальных проблем относят, в частности, таие проблемы, а анализ и выбор целей, выявление совопности поазателей, харатеризющих следствия принято о решения, выбор из этих поазателей ритерия оптимальности и т.п. Формализация эвристичесих процедр является содержанием ново о начно о направления, оторое называется «Неформальная теория принятия решений». В дальнейшем мы бдем предпола ать, что цели правления, соответствющие им ритерии оптимальности и о раничения заданы и обсждению не подлежат. Иначе оворя, в дальнейшем мы бдем изчать оличественню, или формальню теорию принятия решений. Процесс принятия решений является сложной итерационной процедрой. Основные этапы это о процесса и их последовательность представлены на рисне 6.1. Процесс начинается с появления соответствющих стимлов. В том или ином виде осществляется первоначальная формлирова проблемы. Эта формлирова позволяет пристпить  определению целей, ритериев, о раничений, составляется списо альтернатив, производится сбор информации и про ноз развития проблемы. На этом заанчивается 1-й этап. Вся эта работа позволяет точнить и онретизировать проблем. После это о последовательно разрабатывается постанова задачи, математичесая модель, метод решения, ал оритм решения, производится оцена альтернатив и выбор среди них оптимальной. Проводимый в залючение 2- о этапа 201

3. О раничения, вытеающие из необходимости поддержания внешних параметров в заданном диапазоне min

max

g i, доп m gi m g i, доп ,

i = 1, n .

4. О раничения, вытеающие из необходимости поддержания внтренних параметров в заданном диапазоне: min

max

a i, доп m ai m a i, доп ,

j = 1, m .

Теперь сформлирем задач оптимально о проетирования: ищется вариант проета (набор внтренних параметров) (6.1), оторый принадлежал бы множеств допстимых проетов (6.3) и обращал бы в оптимм ветор внешних параметров (6.2). Иначе оворя, требется найти opt),

j = 1, m ,

g(gi) = opt g(gi),

i = 1, n ,

aopt = (aj ,

де opt — оператор оптимизации. Он определяет выбранный принцип оптимизации.

6.2. Процесс принятия решений Процесс принятия правленчесих решений — это преобразование исходной информации (информации состояния) в выходню информацию (информацию правления) — приаз. Принято делить решения на формальные и творчесие. Если преобразование информации выполняется с помощью математичесих моделей, то выработанное решение считается формальным; если решение принимается в резльтате срытой работы интеллета лица, принимающе о решения, то это решение считается творчесим. Таое деление в достаточной степени словно, посоль ни чисто формально о, ни чисто творчесо о решения в природе не сществет. Если решения принимаются с помощью математичесих моделей, то знания и опыт человечества (элементы творчества) использются при создании этих моделей, а интиция (элемент творчества) использется в момент, о да лицо, принимающее решение, задает то или иное значение исходной информации или из множества альтернативных вариантов в ачестве решения выбирает один. Если основным инстрментом выбора решений является интеллет человеа, то 200

формальные методы, носителем оторых является вся наа, срыто пристствют в е о знаниях и опыте. В соответствии с делением решений на творчесие и формальные все множество проблем, соответствющих любом процесс принятия решений, делят на два принципиально различных ласса: это проблемы онцептально о харатера и проблемы формально-математичесо о, или вычислительно о, харатера. К онцептальным проблемам относят сложные ло ичесие проблемы, оторые невозможно решить с помощью тольо формально математичесих методов и ЭВМ. Очень часто эти проблемы ниальны в том смысле, что они решаются впервые и не имеют прототипов в прошлом. Обычно онцептальные проблемы решаются на ровне роводителей с привлечением рппы эспертов. В ачестве эспертов выстпают высоовалифицированные специалисты из различных областей наи и технии. При решении онцептальных проблем формально математичесие методы и рают тольо вспомо ательню роль, а лавное значение придается эрдиции, опыт и интиции эсперта. К числ онцептальных проблем относят, в частности, таие проблемы, а анализ и выбор целей, выявление совопности поазателей, харатеризющих следствия принято о решения, выбор из этих поазателей ритерия оптимальности и т.п. Формализация эвристичесих процедр является содержанием ново о начно о направления, оторое называется «Неформальная теория принятия решений». В дальнейшем мы бдем предпола ать, что цели правления, соответствющие им ритерии оптимальности и о раничения заданы и обсждению не подлежат. Иначе оворя, в дальнейшем мы бдем изчать оличественню, или формальню теорию принятия решений. Процесс принятия решений является сложной итерационной процедрой. Основные этапы это о процесса и их последовательность представлены на рисне 6.1. Процесс начинается с появления соответствющих стимлов. В том или ином виде осществляется первоначальная формлирова проблемы. Эта формлирова позволяет пристпить  определению целей, ритериев, о раничений, составляется списо альтернатив, производится сбор информации и про ноз развития проблемы. На этом заанчивается 1-й этап. Вся эта работа позволяет точнить и онретизировать проблем. После это о последовательно разрабатывается постанова задачи, математичесая модель, метод решения, ал оритм решения, производится оцена альтернатив и выбор среди них оптимальной. Проводимый в залючение 2- о этапа 201

3-é ýòàï

Îöåíêà ïîëó÷åííîãî ðåçóëüòàòà

15

Èñïîëíåíèå ðåøåíèÿ

14

18

Ïðèíÿòèå ðåøåíèÿ

1-é ýòàï

3 Ñîñòàâëåíèå ñïèñêà àëüòåðíàòèâ

Рис. 6.1. Процесс принятия решений

2-é ýòàï

Àíàëèç ðåøåíèÿ

Îöåíêà àëüòåðíàòèâ, âûáîð îïòèìàëüíîé 8 Ñáîð èíôîðìàöèè è ïðîãíîç

3

2

Âûáîð ìåòîäà ðåøåíèÿ, ðàçðàáîòêà àëãîðèòìà 7 Ôîðìóëèðîâêà ïðîáëåìû 3 Îïðåäåëåíèå îãðàíè÷åíèé

4 3 Îïðåäåëåíèå öåëåé è êðèòåðèåâ

1 Ñòèìóëû ê ïîÿâëåíèþ ïðîáëåìû

6.3. Общая постанова задачи принятия решений

13

16 6

Ðàçðàáîòêà ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè

5

9

11 Ðàçðàáîòêà ïîñòàíîâêè çàäà÷è

19

10 Ïåðåñìîòð ïðîáëåìû

17

12 Ïåðåñìîòð ïîñòàíîâêè çàäà÷

Âûõîä

анализ решения может привести либо  пересмотр проблемы и, следовательно,  повторению 1- о и 2- о этапов, либо  пересмотр постанови задачи и, следовательно,  повторению тольо 2- о этапа. Уазанные возвраты мо т быть и неодноратными. В резльтате переходят  3-м этап: принятие решения, исполнение решения, оцена полченно о резльтата. Последняя процедра может привести  точно таим же последствиям, а и анализ решения. В резльтате проблема оазывается разрешенной.

Псть эффетивность выбора то о или ино о решения определяется неоторым ритерием F , допсающим оличественное представление. В самом общем слчае все фаторы, от оторых зависит эффетивность выбора, можно разбить на две рппы: — онтролиремые (правляемые) фаторы, выбор оторых определяется лицом, принимающим решения. Обозначим их через X1, X2, …, Xl ; — неонтролиремые (неправляемые) фаторы. Они харатеризют словия, в оторых осществляется выбор; и лицо, принимающее решение, не может повлиять на их величин. В состав неонтролиремых фаторов влючают и время t. Неонтролиремые фаторы, в зависимости от информированности о них лица, принимающе о решения, можно разделить на три под рппы: — детерминированные неонтролиремые фаторы — это неслчайные фисированные величины, значение оторых в точности известно. Обозначим их через A1, A2, …, Ap; — стохастичесие неонтролиремые фаторы — слчайные величины с известными заонами распределения. Обозначим их через Y1, Y2, …, Yq; — неопределенные неонтролиремые фаторы, для аждо о из оторых известна тольо область, внтри оторой находится неизвестный заон их распределения. Обозначим эти величины через Z1, Z2, …, Zr . В соответствии с выделенными фаторами ритерий оптимальности можно представить в следющем виде: F = F (X1, X2, ..., Xl , A1, A2, ..., Ap, Y1, Y2, ..., Yq , Z1, Z2, ..., Zr, t).

202

(6.4) 203

3-é ýòàï

Îöåíêà ïîëó÷åííîãî ðåçóëüòàòà

15

Èñïîëíåíèå ðåøåíèÿ

14

18

Ïðèíÿòèå ðåøåíèÿ

1-é ýòàï

3 Ñîñòàâëåíèå ñïèñêà àëüòåðíàòèâ

Рис. 6.1. Процесс принятия решений

2-é ýòàï

Àíàëèç ðåøåíèÿ

Îöåíêà àëüòåðíàòèâ, âûáîð îïòèìàëüíîé 8 Ñáîð èíôîðìàöèè è ïðîãíîç

3

2

Âûáîð ìåòîäà ðåøåíèÿ, ðàçðàáîòêà àëãîðèòìà 7 Ôîðìóëèðîâêà ïðîáëåìû 3 Îïðåäåëåíèå îãðàíè÷åíèé

4 3 Îïðåäåëåíèå öåëåé è êðèòåðèåâ

1 Ñòèìóëû ê ïîÿâëåíèþ ïðîáëåìû

6.3. Общая постанова задачи принятия решений

13

16 6

Ðàçðàáîòêà ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè

5

9

11 Ðàçðàáîòêà ïîñòàíîâêè çàäà÷è

19

10 Ïåðåñìîòð ïðîáëåìû

17

12 Ïåðåñìîòð ïîñòàíîâêè çàäà÷

Âûõîä

анализ решения может привести либо  пересмотр проблемы и, следовательно,  повторению 1- о и 2- о этапов, либо  пересмотр постанови задачи и, следовательно,  повторению тольо 2- о этапа. Уазанные возвраты мо т быть и неодноратными. В резльтате переходят  3-м этап: принятие решения, исполнение решения, оцена полченно о резльтата. Последняя процедра может привести  точно таим же последствиям, а и анализ решения. В резльтате проблема оазывается разрешенной.

Псть эффетивность выбора то о или ино о решения определяется неоторым ритерием F , допсающим оличественное представление. В самом общем слчае все фаторы, от оторых зависит эффетивность выбора, можно разбить на две рппы: — онтролиремые (правляемые) фаторы, выбор оторых определяется лицом, принимающим решения. Обозначим их через X1, X2, …, Xl ; — неонтролиремые (неправляемые) фаторы. Они харатеризют словия, в оторых осществляется выбор; и лицо, принимающее решение, не может повлиять на их величин. В состав неонтролиремых фаторов влючают и время t. Неонтролиремые фаторы, в зависимости от информированности о них лица, принимающе о решения, можно разделить на три под рппы: — детерминированные неонтролиремые фаторы — это неслчайные фисированные величины, значение оторых в точности известно. Обозначим их через A1, A2, …, Ap; — стохастичесие неонтролиремые фаторы — слчайные величины с известными заонами распределения. Обозначим их через Y1, Y2, …, Yq; — неопределенные неонтролиремые фаторы, для аждо о из оторых известна тольо область, внтри оторой находится неизвестный заон их распределения. Обозначим эти величины через Z1, Z2, …, Zr . В соответствии с выделенными фаторами ритерий оптимальности можно представить в следющем виде: F = F (X1, X2, ..., Xl , A1, A2, ..., Ap, Y1, Y2, ..., Yq , Z1, Z2, ..., Zr, t).

202

(6.4) 203

204

Рис. 6.2. Классифиация ЗПР и методов их решения

Òåîðèÿ ìíîãîêðèòåðèàëüíûõ ÇÏÐ + Ìàòåìàòè÷åñêèé ýêñïåðòíûå àïïàðàò ïðîöåäóðû Òåîðèÿ äèôôåðåíöèàëüíûõ èãð + ýêñïåðòíûå ïðîöåäóðû Òåîðèÿ ñëó÷àéíûõ ïðîöåññîâ + ñòàòèñòè÷åñêàÿ äèíàìèêà ÑÓ + ýêñïåðòíûå ïðîöåäóðû Âàðèàöèîííîå èñ÷èñëåíèå + òåîðèÿ îïòèìàëüíûõ ñèñòåì Òåîðèÿ âåðîÿòíîñòåé + ÒÌÏ + ýêñïåðòíûå ïðîöåäóðû Òåîðèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ (ÒÌÏ)

Òåîðèÿ èãð + òåîðèÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ ðåøåíèé + ýêñïåðòíûå ïðîöåäóðû

Îïðåäåëåííîñòü — ðèñê — íåîïðåäåëåííîñòü ÇÏÐ â óñëîâèÿõ íåîïðåäåëåííîñòè ÇÏÐ â óñëîâèÿõ ðèñêà ÇÏÐ â óñëîâèÿõ îïðåäåëåííîñòè

Êîëè÷åñòâî êðèòåðèåâ îïòèìèçàöèè Ìíîãîêðèòåðèàëüíûå ÇÏÐ

Ïðèçíàê êëàññèôèêàöèè

Çàâèñèìîñòü îò âðåìåíè

ÇÏÐ â óñëîâèÿõ íåîïðåäåëåííîñòè ÇÏÐ â óñëîâèÿõ ðèñêà

Воспольземся лассифиацией, в основ оторой положены четыре важных лассифиационных признаа (рис. 6.2): 1) оличество целей правления и соответствющих им ритериев оптимальности; 2) наличие или отстствие зависимости ритерия оптимальности и о раничений от времени;

ÇÏÐ â óñëîâèÿõ îïðåäåëåííîñòè

6.4. Классифиация задач принятия решений

Äèíàìè÷åñêèå ÇÏÐ

Средством достижения этой цели является выбор правлений X1, X2, ..., Xl, принадлежащих  областям их допстимых значений W x , W x , ..., W x . 1 2 l Таим образом, общая постанова задачи принятия решений может быть сформлирована следющим образом: при заданных значениях фисированных и неонтролиремых фаторов A1, A2, …, Ap стохастичесих неонтролиремых фаторов Y1, Y2, …, Yq с четом неопределенных фаторов Z1, Z2, …, ZY найти X 1 opt , X 2 opt , ..., X l opt, принадлежащее областям их допстимых значений Wx1 , Wx2 , …, W xl , оторые по возможности обращали бы в масимм (минимм) ритерий оптимальности F.

Ñòàòè÷åñêèå ÇÏÐ

F → max(или min).

Îäíîêðèòåðèàëüíûå ÇÏÐ

причем это выражение может быть меньше или равно, равно, больше или равно bi , i = 1, n . Условия (6.5) определяют области W x , W x , ..., W x — про1 2 l странства, внтри оторых расположены допстимые значения правляемых фаторов X1, X2,..., Xl. Совершенно анало ично можно расписать о раничения и на области значений неонтролиремых параметров. Посоль ритерий оптимальности F есть оличественная мера достижения целей правления, то математичеси цель правления выражается в стремлении  масимально возможном величению (или меньшению) значения ритерия оптимальности F , т. е.

Çàäà÷è ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé (ÇÏÐ)

Величины X, A, Y, Z в самом общем слчае мо т быть салярами, веторами, матрицами. Величины онтролиремых (правляемых) параметров в общем слчае обычно о раничены естественным рядом причин, например, о раниченностью ресрсов. Математичеси эти о раничения можно записать в следющем виде: qi = qi (X1, X2, ..., Xl, A1, A2, ..., Ap, Y1, Y2, ..., Yq , Z1, Z2, ..., Zr, t), (6.5)

205

204

Рис. 6.2. Классифиация ЗПР и методов их решения

Òåîðèÿ ìíîãîêðèòåðèàëüíûõ ÇÏÐ + Ìàòåìàòè÷åñêèé ýêñïåðòíûå àïïàðàò ïðîöåäóðû Òåîðèÿ äèôôåðåíöèàëüíûõ èãð + ýêñïåðòíûå ïðîöåäóðû Òåîðèÿ ñëó÷àéíûõ ïðîöåññîâ + ñòàòèñòè÷åñêàÿ äèíàìèêà ÑÓ + ýêñïåðòíûå ïðîöåäóðû Âàðèàöèîííîå èñ÷èñëåíèå + òåîðèÿ îïòèìàëüíûõ ñèñòåì Òåîðèÿ âåðîÿòíîñòåé + ÒÌÏ + ýêñïåðòíûå ïðîöåäóðû Òåîðèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ (ÒÌÏ)

Òåîðèÿ èãð + òåîðèÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ ðåøåíèé + ýêñïåðòíûå ïðîöåäóðû

Îïðåäåëåííîñòü — ðèñê — íåîïðåäåëåííîñòü ÇÏÐ â óñëîâèÿõ íåîïðåäåëåííîñòè ÇÏÐ â óñëîâèÿõ ðèñêà ÇÏÐ â óñëîâèÿõ îïðåäåëåííîñòè

Êîëè÷åñòâî êðèòåðèåâ îïòèìèçàöèè Ìíîãîêðèòåðèàëüíûå ÇÏÐ

Ïðèçíàê êëàññèôèêàöèè

Çàâèñèìîñòü îò âðåìåíè

ÇÏÐ â óñëîâèÿõ íåîïðåäåëåííîñòè ÇÏÐ â óñëîâèÿõ ðèñêà

Воспольземся лассифиацией, в основ оторой положены четыре важных лассифиационных признаа (рис. 6.2): 1) оличество целей правления и соответствющих им ритериев оптимальности; 2) наличие или отстствие зависимости ритерия оптимальности и о раничений от времени;

ÇÏÐ â óñëîâèÿõ îïðåäåëåííîñòè

6.4. Классифиация задач принятия решений

Äèíàìè÷åñêèå ÇÏÐ

Средством достижения этой цели является выбор правлений X1, X2, ..., Xl, принадлежащих  областям их допстимых значений W x , W x , ..., W x . 1 2 l Таим образом, общая постанова задачи принятия решений может быть сформлирована следющим образом: при заданных значениях фисированных и неонтролиремых фаторов A1, A2, …, Ap стохастичесих неонтролиремых фаторов Y1, Y2, …, Yq с четом неопределенных фаторов Z1, Z2, …, ZY найти X 1 opt , X 2 opt , ..., X l opt, принадлежащее областям их допстимых значений Wx1 , Wx2 , …, W xl , оторые по возможности обращали бы в масимм (минимм) ритерий оптимальности F.

Ñòàòè÷åñêèå ÇÏÐ

F → max(или min).

Îäíîêðèòåðèàëüíûå ÇÏÐ

причем это выражение может быть меньше или равно, равно, больше или равно bi , i = 1, n . Условия (6.5) определяют области W x , W x , ..., W x — про1 2 l странства, внтри оторых расположены допстимые значения правляемых фаторов X1, X2,..., Xl. Совершенно анало ично можно расписать о раничения и на области значений неонтролиремых параметров. Посоль ритерий оптимальности F есть оличественная мера достижения целей правления, то математичеси цель правления выражается в стремлении  масимально возможном величению (или меньшению) значения ритерия оптимальности F , т. е.

Çàäà÷è ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé (ÇÏÐ)

Величины X, A, Y, Z в самом общем слчае мо т быть салярами, веторами, матрицами. Величины онтролиремых (правляемых) параметров в общем слчае обычно о раничены естественным рядом причин, например, о раниченностью ресрсов. Математичеси эти о раничения можно записать в следющем виде: qi = qi (X1, X2, ..., Xl, A1, A2, ..., Ap, Y1, Y2, ..., Yq , Z1, Z2, ..., Zr, t), (6.5)

205

3) наличие слчайных и неопределенных фаторов, этот призна называют признаом «определенность — рис — неопределенность»; 4) использемый для их решения математичесий аппарат. По первом лассифиационном призна ЗПР делятся на одноцелевые или одноритериальные (салярные) и мно оцелевые или мно оритериальные (веторные) ЗПР. По втором лассифиационном призна ЗПР делится на статичесие (не зависящие от времени) и динамичесие (зависящие от времени) ЗПР. Динамичесим ЗПР присщи две особенности: 1) в ачестве ритерия оптимальности в динамичесих ЗПР выстпает не фнция, а в статичесих ЗПР, а фнционал, зависящий от фнций времени; 2) в составе о раничений обычно пристствют та называемые дифференциальные связи, описываемые дифференциальными равнениями. По призна «определенность — рис — неопределенность» ЗПР подразделяют на три больших подласса: 1) принятие решений в словиях определенности, или детерминированные ЗПР. Они харатеризются однозначной детерминированной связью межд принятым решением и е о исходом; 2) принятие решений при рисе, или стохастичесие ЗПР. Любое принятое решение может привести  одном из множества возможных исходов, причем аждый исход имеет определенню вероятность появления. Предпола ается, что эти вероятности заранее известны лиц, принимающем решения; 3) принятие решений в словиях неопределенности. Любое принятое решение может привести  одном из множества возможных исходов, вероятности появления оторых неизвестны. Деление задач принятия решений по использемом для их решения математичесом аппарат поазано на рис. 6.2.

6.5. Одноритериальные задачи принятия решений Псть исход правляемо о мероприятия зависит от выбранноо решения (страте ии правления) и неоторых неслчайных, фисированных фаторов, полностью известных лиц, принимающем решение. Страте ии правления мо т быть представлены в виде значений n-мерно о ветора X = (x1, x2,…, xn), на омпо206

ненты оторо о наложены о раничения, обсловленные рядом естественных причин и имеющие вид gi = gi (Ai , X ) {m, =, l} bi ; i = 1, m ; m {m, =, l} n,

(6.6)

де Аi — неоторый массив фисированных неслчайных параметров. Условия (6.6) определяют область ΩX допстимых значений страте ий X. Эффетивность правления харатеризется неоторым численным ритерием оптимальности F: F = F (X, C ), (6.7) де С — массив фисированных, неслчайных параметров. Массивы Ai и С харатеризют свойства объетов, частвющих в правлении, и словия протеания правления. Перед лицом, принимающим решение, стоит задача выбора тао о значениях X = ( x 1 , x 2 , ..., x n ) ветора правления X = (x1, x2, …, xn) из области ΩX е о допстимых значений, оторое масимизирет значение ритерия оптимальности F, а таже значение F это о масимма F = F ( X , C ) = max F (X, C ), X ° ΩX

(6.8)

де область ΩX представляется словием (6.6). В (6.8) символы F и X обозначают масимально достижимое в словиях (6.6) значение ритерия оптимальности F и соответствющее ем оптимальное значение ветора правления X. Совопность соотношений (6.6), (6.7) и (6.8) представляет собой общий вид математичесой модели одноритериальной статичесой детерминированной ЗПР. Задача в таой постанове полностью совпадает с общей постановой задачи математичесо о про раммирования. Поэтом весь арсенал методов, разработанных для решения задач математичесо о про раммирования, может быть использован для решения задач принятия решений данно о ласса. Мы не бдем здесь останавливаться на обзоре соответствющих методов решения. Рассмотрим пример одноритериальной статичесой детерминированной ЗПР. Псть необходимо отображать неоторое оличество информационных моделей (например, арто рафичесю информацию). Для отображения любой из моделей все да требется решать n различных задач З1, З2, ..., Зn (отображение символов, 207

3) наличие слчайных и неопределенных фаторов, этот призна называют признаом «определенность — рис — неопределенность»; 4) использемый для их решения математичесий аппарат. По первом лассифиационном призна ЗПР делятся на одноцелевые или одноритериальные (салярные) и мно оцелевые или мно оритериальные (веторные) ЗПР. По втором лассифиационном призна ЗПР делится на статичесие (не зависящие от времени) и динамичесие (зависящие от времени) ЗПР. Динамичесим ЗПР присщи две особенности: 1) в ачестве ритерия оптимальности в динамичесих ЗПР выстпает не фнция, а в статичесих ЗПР, а фнционал, зависящий от фнций времени; 2) в составе о раничений обычно пристствют та называемые дифференциальные связи, описываемые дифференциальными равнениями. По призна «определенность — рис — неопределенность» ЗПР подразделяют на три больших подласса: 1) принятие решений в словиях определенности, или детерминированные ЗПР. Они харатеризются однозначной детерминированной связью межд принятым решением и е о исходом; 2) принятие решений при рисе, или стохастичесие ЗПР. Любое принятое решение может привести  одном из множества возможных исходов, причем аждый исход имеет определенню вероятность появления. Предпола ается, что эти вероятности заранее известны лиц, принимающем решения; 3) принятие решений в словиях неопределенности. Любое принятое решение может привести  одном из множества возможных исходов, вероятности появления оторых неизвестны. Деление задач принятия решений по использемом для их решения математичесом аппарат поазано на рис. 6.2.

6.5. Одноритериальные задачи принятия решений Псть исход правляемо о мероприятия зависит от выбранноо решения (страте ии правления) и неоторых неслчайных, фисированных фаторов, полностью известных лиц, принимающем решение. Страте ии правления мо т быть представлены в виде значений n-мерно о ветора X = (x1, x2,…, xn), на омпо206

ненты оторо о наложены о раничения, обсловленные рядом естественных причин и имеющие вид gi = gi (Ai , X ) {m, =, l} bi ; i = 1, m ; m {m, =, l} n,

(6.6)

де Аi — неоторый массив фисированных неслчайных параметров. Условия (6.6) определяют область ΩX допстимых значений страте ий X. Эффетивность правления харатеризется неоторым численным ритерием оптимальности F: F = F (X, C ), (6.7) де С — массив фисированных, неслчайных параметров. Массивы Ai и С харатеризют свойства объетов, частвющих в правлении, и словия протеания правления. Перед лицом, принимающим решение, стоит задача выбора тао о значениях X = ( x 1 , x 2 , ..., x n ) ветора правления X = (x1, x2, …, xn) из области ΩX е о допстимых значений, оторое масимизирет значение ритерия оптимальности F, а таже значение F это о масимма F = F ( X , C ) = max F (X, C ), X ° ΩX

(6.8)

де область ΩX представляется словием (6.6). В (6.8) символы F и X обозначают масимально достижимое в словиях (6.6) значение ритерия оптимальности F и соответствющее ем оптимальное значение ветора правления X. Совопность соотношений (6.6), (6.7) и (6.8) представляет собой общий вид математичесой модели одноритериальной статичесой детерминированной ЗПР. Задача в таой постанове полностью совпадает с общей постановой задачи математичесо о про раммирования. Поэтом весь арсенал методов, разработанных для решения задач математичесо о про раммирования, может быть использован для решения задач принятия решений данно о ласса. Мы не бдем здесь останавливаться на обзоре соответствющих методов решения. Рассмотрим пример одноритериальной статичесой детерминированной ЗПР. Псть необходимо отображать неоторое оличество информационных моделей (например, арто рафичесю информацию). Для отображения любой из моделей все да требется решать n различных задач З1, З2, ..., Зn (отображение символов, 207

отображение веторов, поворот и перемещение изображения, масштабирование и т.п.). Все задачи взаимно независимы. Для решения этих задач мо т быть использованы m различных миропроцессоров М1, М2, ..., Мn. В течение времени T миропроцессор Mj может решить aij задач типа Зi (i = 1, n ; j = 1, m ), т. е. решить задач Зi несольо раз по одном и том же ал оритм, но для различных исходных данных. Информационню модель можно отображать тольо в том слчае, если она содержит полный набор резльтатов решения всех задач З1, З2, ..., Зn. Требется распределить задачи по миропроцессорам та, чтобы число информационных моделей, синтезированных за время Т, было масимально. Иначе оворя, необходимо азать, аю часть времени Т миропроцессор Мj , должен занимать решением задачи Зi . Обозначим эт величин через xij (если эта задача не бдет решаться на данном миропроцессоре, то xij = 0). Очевидно, что общее время занятости аждо о миропроцессора решением всех задач не должно превышать обще о запаса времени Т, «доля» — единицы. Таим образом, имеем следющие о раничительные словия: n

∑ x ij m 1, j = 1, m .

i=1

Общее оличество решений Ni задачи Зi, полченных всеми миропроцессорами вместе, m

Ni = ∑ a ij x ij ,

i = 1, n .

j=1

Та а информационная модель может быть синтезирована лишь из полно о набора резльтатов решения всех задач, то оличество информационных моделей F бдет определяться минимальным из чисел Ni . Ита, имеем следющю математичесю модель: требется найти таие xij , чтобы обращалась в масимм фнция F . m

F = min ∑ a ij x ij ,

i = 1, n

j=1

при

n

∑ x ij m 1, j = 1, m , xi j l 0.

i=1

208

6.6. Принятие решений в словиях риса Ка отмечалось, аждая выбранная страте ия правления в словиях рына связана с множеством возможных исходов, причем аждый исход имеет определенню вероятность появления, известню заранее челове, принимающем решение. При оптимизации решения в подобной ситации стохастичесю ЗПР сводят  детерминированной. Широо использют при этом следющие два принципа: иссственное сведение  детерминированной схеме и оптимизация в среднем. В первом слчае неопределенная, вероятностная артина явления приближенно заменяется детерминированной. Для это о все частвющие в задаче слчайные фаторы приближенно заменяются аими-то неслчайными харатеристиами этих фаторов (а правило, их математичесими ожиданиями). Этот прием использется в рбых, ориентировочных расчетах, а таже в тех слчаях, о да диапазон возможных значений слчайных величин сравнительно мал. В тех слчаях, о да поазатель эффетивности правления линейно зависит от слчайных параметров, этот прием приводит  том же резльтат, что и «оптимизация в среднем». Прием «оптимизация в среднем» залючается в переходе от исходно о поазателя эффетивности Q, являюще ося слчайной величиной: Q = Q(X, A, y1, y2, ..., yq), де X — ветор правления; A — массив детерминированных фаторов; y1, y2, ..., yq — онретные реализации слчайных фисированных фаторов Y1, Y2, ..., Yq  е о средненной, статичесой харатеристие, например,  е о математичесом ожиданию M[Q]: F = M[Q] = ∫ ∫ ... ∫ Q(X, A, y1, y2, ..., yq) × × f (y1, y2, ..., yq)d y 1 , dy2, ..., dyq = F (X, A, B).

(6.9)

Здесь B — массив известных статистичесих харатеристи слчайных величин Y1, Y2, …, Yq; f (y1, y2, …, yq) — заон распределения вероятностей слчайных величин Y1, Y2, ..., Уq . При оптимизации в среднем по ритерию (6.9) в ачестве оптимальной страте ии X бдет выбрана таая, страте ия, оторая, довлетворяя о раничениям на область Qx допстимых значений 209

отображение веторов, поворот и перемещение изображения, масштабирование и т.п.). Все задачи взаимно независимы. Для решения этих задач мо т быть использованы m различных миропроцессоров М1, М2, ..., Мn. В течение времени T миропроцессор Mj может решить aij задач типа Зi (i = 1, n ; j = 1, m ), т. е. решить задач Зi несольо раз по одном и том же ал оритм, но для различных исходных данных. Информационню модель можно отображать тольо в том слчае, если она содержит полный набор резльтатов решения всех задач З1, З2, ..., Зn. Требется распределить задачи по миропроцессорам та, чтобы число информационных моделей, синтезированных за время Т, было масимально. Иначе оворя, необходимо азать, аю часть времени Т миропроцессор Мj , должен занимать решением задачи Зi . Обозначим эт величин через xij (если эта задача не бдет решаться на данном миропроцессоре, то xij = 0). Очевидно, что общее время занятости аждо о миропроцессора решением всех задач не должно превышать обще о запаса времени Т, «доля» — единицы. Таим образом, имеем следющие о раничительные словия: n

∑ x ij m 1, j = 1, m .

i=1

Общее оличество решений Ni задачи Зi, полченных всеми миропроцессорами вместе, m

Ni = ∑ a ij x ij ,

i = 1, n .

j=1

Та а информационная модель может быть синтезирована лишь из полно о набора резльтатов решения всех задач, то оличество информационных моделей F бдет определяться минимальным из чисел Ni . Ита, имеем следющю математичесю модель: требется найти таие xij , чтобы обращалась в масимм фнция F . m

F = min ∑ a ij x ij ,

i = 1, n

j=1

при

n

∑ x ij m 1, j = 1, m , xi j l 0.

i=1

208

6.6. Принятие решений в словиях риса Ка отмечалось, аждая выбранная страте ия правления в словиях рына связана с множеством возможных исходов, причем аждый исход имеет определенню вероятность появления, известню заранее челове, принимающем решение. При оптимизации решения в подобной ситации стохастичесю ЗПР сводят  детерминированной. Широо использют при этом следющие два принципа: иссственное сведение  детерминированной схеме и оптимизация в среднем. В первом слчае неопределенная, вероятностная артина явления приближенно заменяется детерминированной. Для это о все частвющие в задаче слчайные фаторы приближенно заменяются аими-то неслчайными харатеристиами этих фаторов (а правило, их математичесими ожиданиями). Этот прием использется в рбых, ориентировочных расчетах, а таже в тех слчаях, о да диапазон возможных значений слчайных величин сравнительно мал. В тех слчаях, о да поазатель эффетивности правления линейно зависит от слчайных параметров, этот прием приводит  том же резльтат, что и «оптимизация в среднем». Прием «оптимизация в среднем» залючается в переходе от исходно о поазателя эффетивности Q, являюще ося слчайной величиной: Q = Q(X, A, y1, y2, ..., yq), де X — ветор правления; A — массив детерминированных фаторов; y1, y2, ..., yq — онретные реализации слчайных фисированных фаторов Y1, Y2, ..., Yq  е о средненной, статичесой харатеристие, например,  е о математичесом ожиданию M[Q]: F = M[Q] = ∫ ∫ ... ∫ Q(X, A, y1, y2, ..., yq) × × f (y1, y2, ..., yq)d y 1 , dy2, ..., dyq = F (X, A, B).

(6.9)

Здесь B — массив известных статистичесих харатеристи слчайных величин Y1, Y2, …, Yq; f (y1, y2, …, yq) — заон распределения вероятностей слчайных величин Y1, Y2, ..., Уq . При оптимизации в среднем по ритерию (6.9) в ачестве оптимальной страте ии X бдет выбрана таая, страте ия, оторая, довлетворяя о раничениям на область Qx допстимых значений 209

ветора X, масимизирет значение математичесо о ожидания F = М[Q] исходно о поазателя эффетивности Q, т. е. F = F ( X , A, B) = max F (X, A, B) = = max M [X, A, y1, y2, ..., yq]. X ° ΩX

(6.10)

В том слчае, если число возможных страте ий i онечно i = 1, I и число возможных исходов j онечно j = 1, J , то выражение (6.10) переписывается в виде F = F ( X ) = max [F (Xi)] = max 1mimI

1mimI

m

J

∑ P ij Q ij ,

(6.11)

j=1

де Qij — значение поазателя эффетивности правления в слчае появления j-то о исхода при выборе i страте ии правления; Pij — вероятность появления j-то о исхода при реализации i-той страте ии. Из выражений (6.10) и (6.11) следет, что оптимальная стратеия X приводит  арантированном наилчшем резльтат тольо при мно оратном повторении ситации в одинаовых словиях. Эффетивность аждо о отдельно о выбора связана с рисом и может отличаться от средней величины а в лчшю, та и в хдшю сторон. Сравнение двх рассмотренных принципов оптимизации в стохастичесих ЗПР поазывает, что они представляют собой детерминизацию исходной задачи на разных ровнях влияния стохастичесих фаторов. «Иссственное сведение  детерминированной схеме» представляет собой детерминизацию на ровне фаторов, «оптимизация в среднем» — на ровне поазателя эффетивности. После выполнения детерминизации мо т быть использованы все методы, применимые для решения одноритериальных статичесих детерминированных ЗПР. Рассмотрим пример одноритериальной статичесой задачи принятия решений в словиях риса. Для создания арто рафичесой базы данных необходимо одировать арто рафичесю информацию. Использование поэлементно о одирования приводит  необходимости использования чрезвычайно больших объемов памяти. Известен ряд методов одирования, позволяющих сщественно соратить требемый объем памяти (например, линейная интерполяция, интерполяция лассичесими мно очленами, бичесие сплайны и т.п.). Основным поазателем эффетивности метода одирования является оэффициент сжатия информации. Однао значение это210

о оэффициента зависит от вида одиремой арто рафичесой информации ( идро рафия, раницы вида рафичесой одиремой информации и т. п.). Обозначим через Qij i = 1, n ; j = 1, m значение оэффициента сжатия i-то о метода одирования для j-то о вида информации. Конретный район, подлежащий одированию, заранее неизвестен. Однао предварительный анализ арторафичесой информации все о ре иона и опыт предыдщих разработо позволяет вычислить вероятность появления аждо о из видов информации. Обозначим через Pij вероятность появления j-то о вида, ∑ P ij = 1. То да, использя метод оптимизации в j=1

среднем, следет выбрать таой метод одирования, для оторо о m

F = max ∑ P ij Q ij ,

i = 1, n .

j=1

6.7. Принятие решений в словиях неопределенности Прежде все о отметим принципиальное различие межд стохастичесими фаторами, приводящими  принятию решения в словиях риса, и неопределенными фаторами, приводящими  принятию решения в словиях неопределенности. И те, и дрие приводят  разброс возможных исходов резльтатов правления. Но стохастичесие фаторы полностью описываются известной стохастичесой информацией, эта информация и позволяет выбрать лчшее в среднем решение. Применительно  неопределенным фаторам подобная информация отстствет. В общем слчае неопределенность может быть вызвана либо противодействием размно о противниа, либо недостаточной осведомленностью об словиях, в оторых осществляется выбор решения. Принятие решений в словиях размно о противодействия является объетом исследования теории и р. Мы здесь не бдем асаться этих вопросов. Рассмотрим принципы выбора решений при наличии недостаточной осведомленности относительно словий, в оторых осществляется выбор. Таие ситации принято называть «и рами с природой». В терминах «и ры с природой» задача принятия решений может быть сформлирована следющим образом. Псть лицо, принимающее решение, может выбрать один из m возможных вари211

ветора X, масимизирет значение математичесо о ожидания F = М[Q] исходно о поазателя эффетивности Q, т. е. F = F ( X , A, B) = max F (X, A, B) = = max M [X, A, y1, y2, ..., yq]. X ° ΩX

(6.10)

В том слчае, если число возможных страте ий i онечно i = 1, I и число возможных исходов j онечно j = 1, J , то выражение (6.10) переписывается в виде F = F ( X ) = max [F (Xi)] = max 1mimI

1mimI

m

J

∑ P ij Q ij ,

(6.11)

j=1

де Qij — значение поазателя эффетивности правления в слчае появления j-то о исхода при выборе i страте ии правления; Pij — вероятность появления j-то о исхода при реализации i-той страте ии. Из выражений (6.10) и (6.11) следет, что оптимальная стратеия X приводит  арантированном наилчшем резльтат тольо при мно оратном повторении ситации в одинаовых словиях. Эффетивность аждо о отдельно о выбора связана с рисом и может отличаться от средней величины а в лчшю, та и в хдшю сторон. Сравнение двх рассмотренных принципов оптимизации в стохастичесих ЗПР поазывает, что они представляют собой детерминизацию исходной задачи на разных ровнях влияния стохастичесих фаторов. «Иссственное сведение  детерминированной схеме» представляет собой детерминизацию на ровне фаторов, «оптимизация в среднем» — на ровне поазателя эффетивности. После выполнения детерминизации мо т быть использованы все методы, применимые для решения одноритериальных статичесих детерминированных ЗПР. Рассмотрим пример одноритериальной статичесой задачи принятия решений в словиях риса. Для создания арто рафичесой базы данных необходимо одировать арто рафичесю информацию. Использование поэлементно о одирования приводит  необходимости использования чрезвычайно больших объемов памяти. Известен ряд методов одирования, позволяющих сщественно соратить требемый объем памяти (например, линейная интерполяция, интерполяция лассичесими мно очленами, бичесие сплайны и т.п.). Основным поазателем эффетивности метода одирования является оэффициент сжатия информации. Однао значение это210

о оэффициента зависит от вида одиремой арто рафичесой информации ( идро рафия, раницы вида рафичесой одиремой информации и т. п.). Обозначим через Qij i = 1, n ; j = 1, m значение оэффициента сжатия i-то о метода одирования для j-то о вида информации. Конретный район, подлежащий одированию, заранее неизвестен. Однао предварительный анализ арторафичесой информации все о ре иона и опыт предыдщих разработо позволяет вычислить вероятность появления аждо о из видов информации. Обозначим через Pij вероятность появления j-то о вида, ∑ P ij = 1. То да, использя метод оптимизации в j=1

среднем, следет выбрать таой метод одирования, для оторо о m

F = max ∑ P ij Q ij ,

i = 1, n .

j=1

6.7. Принятие решений в словиях неопределенности Прежде все о отметим принципиальное различие межд стохастичесими фаторами, приводящими  принятию решения в словиях риса, и неопределенными фаторами, приводящими  принятию решения в словиях неопределенности. И те, и дрие приводят  разброс возможных исходов резльтатов правления. Но стохастичесие фаторы полностью описываются известной стохастичесой информацией, эта информация и позволяет выбрать лчшее в среднем решение. Применительно  неопределенным фаторам подобная информация отстствет. В общем слчае неопределенность может быть вызвана либо противодействием размно о противниа, либо недостаточной осведомленностью об словиях, в оторых осществляется выбор решения. Принятие решений в словиях размно о противодействия является объетом исследования теории и р. Мы здесь не бдем асаться этих вопросов. Рассмотрим принципы выбора решений при наличии недостаточной осведомленности относительно словий, в оторых осществляется выбор. Таие ситации принято называть «и рами с природой». В терминах «и ры с природой» задача принятия решений может быть сформлирована следющим образом. Псть лицо, принимающее решение, может выбрать один из m возможных вари211

антов своих решений: x1, x2, …, xm и псть относительно словий, в оторых бдт реализованы возможные варианты, можно сделать n предположений: y1, y2, …, yn. Оцени аждо о варианта решения в аждых словиях (xi, yi) известны и заданы в виде матрицы выи рышей лица, принимающе о решения: A = |aij |. Предположим вначале, что априорная информация о вероятностях возниновения той или иной ситации yj отстствет. Теория статистичесих решений предла ает несольо ритериев оптимальности выбора решений. Выбор то о или ино о ритерия неформализем, он осществляется человеом, принимающим решения, сбъетивно, исходя из е о опыта, интиции и т. п. Рассмотрим эти ритерии. Критерий Лапласа. Посоль вероятности возниновения той или иной ситации yj неизвестны, бдем их все считать равновероятными. То да для аждой строи матрицы выи рышей подсчитывается среднее арифметичесое значение оцено. Оптимальном решению бдет соответствовать таое решение, отором соответствет масимальное значение это о средне о арифметичесо о, т. е.

матрица называется матрицей рисов. Далее из матрицы рисов выбирают таое решение, при отором величина риса принимает наименьшее значение в самой небла оприятной ситации, т.е. F = F ( X , Y ) = max min ⎛ max aj – ai j ⎞ . ⎠ 1mimm 1mjmn ⎝1mimm Сщность это о ритерия залючается в минимизации риса. Ка и ритерий Вальда, ритерий Сэвиджа очень осторожен. Они различаются разным пониманием хдшей ситации: в первом слчае — это минимальный выи рыш, во втором — масимальная потеря выи рыша по сравнению с тем, че о можно было бы достичь в данных словиях. Критерий Грвица. Вводится неоторый оэффициент α, называемый «оэффициентом оптимизма», 0 < α < 1. В аждой строе матрицы выи рышей находится самая большая оцена max aij и самая маленьая min aij . 1mjmn

1mjmn

n

Они множаются соответственно на α и (1 – α) и затем вычисляется их смма. Оптимальном решению бдет соответствовать таое решение, отором соответствет масимм этой сммы, т.е.

j=1

F = F ( X , Y ) = max α max aij + (1 – α) min aij .

F = F ( X , Y ) = max ⎛ 1--- ⎞ ∑ a ij . 1mimm ⎝n ⎠ Критерий Вальда. В аждой строче матрицы выбираем минимальню оцен. Оптимальном решению соответствет таое решение, отором соответствет масимм это о минимма, т. е. F = F ( X , Y ) = max min ai j . 1mimm 1mjmn

Этот ритерий очень осторожен. Он ориентирован на наихдшие словия, тольо среди оторых и отысивается наилчший и теперь же арантированный резльтат. Критерий Сэвиджа. В аждом столбце матрицы находится масимальная оцена max ai j и составляется новая матрица, эле1mimm

менты оторой определяются соотношением

1mimm

1mjmn

1mjmn

При α = 0 ритерий Грвица трансформирется в ритерий Вальда. Это слчай райне о «пессимизма». При α = 1 (слчай райне о «оптимизма») челове, принимающий решение, рассчитывает на то, что ем бдет соптствовать самая бла оприятная ситации. «Коэффициент оптимизма» α назначается сбъетивно, исходя из опыта, интиции и т.п. Чем более опасна ситация, тем более осторожным должен быть подход  выбор решения и тем меньшее значение присваивается оэффициент α. Примером принятия решений в словиях неопределенности может слжить рассмотренная выше задача выбора метода одирования арто рафичесой информации, о да вероятности появления то о или ино о вида этой информации известны.

rij = max aj – aij .

6.8. Мно"оритериальные задачи принятия решений

Величин ri j называют рисом, под оторым понимают разность межд масимальным выи рышем, оторый имел бы место, если бы было достоверно известно, что настпит ситация yj , и выи рышем при выборе решения xi в словиях yj . Эта новая

В примере, рассмотренном в предыдщем пара рафе, имелся все о один ритерий — F, но значительно чаще принимаемое решение описывается совопностью ритериев f1, f2, …, fk. Кроме то о, аждый из этих ритериев, назовем их лоальными рите-

1mimm

212

213

антов своих решений: x1, x2, …, xm и псть относительно словий, в оторых бдт реализованы возможные варианты, можно сделать n предположений: y1, y2, …, yn. Оцени аждо о варианта решения в аждых словиях (xi, yi) известны и заданы в виде матрицы выи рышей лица, принимающе о решения: A = |aij |. Предположим вначале, что априорная информация о вероятностях возниновения той или иной ситации yj отстствет. Теория статистичесих решений предла ает несольо ритериев оптимальности выбора решений. Выбор то о или ино о ритерия неформализем, он осществляется человеом, принимающим решения, сбъетивно, исходя из е о опыта, интиции и т. п. Рассмотрим эти ритерии. Критерий Лапласа. Посоль вероятности возниновения той или иной ситации yj неизвестны, бдем их все считать равновероятными. То да для аждой строи матрицы выи рышей подсчитывается среднее арифметичесое значение оцено. Оптимальном решению бдет соответствовать таое решение, отором соответствет масимальное значение это о средне о арифметичесо о, т. е.

матрица называется матрицей рисов. Далее из матрицы рисов выбирают таое решение, при отором величина риса принимает наименьшее значение в самой небла оприятной ситации, т.е. F = F ( X , Y ) = max min ⎛ max aj – ai j ⎞ . ⎠ 1mimm 1mjmn ⎝1mimm Сщность это о ритерия залючается в минимизации риса. Ка и ритерий Вальда, ритерий Сэвиджа очень осторожен. Они различаются разным пониманием хдшей ситации: в первом слчае — это минимальный выи рыш, во втором — масимальная потеря выи рыша по сравнению с тем, че о можно было бы достичь в данных словиях. Критерий Грвица. Вводится неоторый оэффициент α, называемый «оэффициентом оптимизма», 0 < α < 1. В аждой строе матрицы выи рышей находится самая большая оцена max aij и самая маленьая min aij . 1mjmn

1mjmn

n

Они множаются соответственно на α и (1 – α) и затем вычисляется их смма. Оптимальном решению бдет соответствовать таое решение, отором соответствет масимм этой сммы, т.е.

j=1

F = F ( X , Y ) = max α max aij + (1 – α) min aij .

F = F ( X , Y ) = max ⎛ 1--- ⎞ ∑ a ij . 1mimm ⎝n ⎠ Критерий Вальда. В аждой строче матрицы выбираем минимальню оцен. Оптимальном решению соответствет таое решение, отором соответствет масимм это о минимма, т. е. F = F ( X , Y ) = max min ai j . 1mimm 1mjmn

Этот ритерий очень осторожен. Он ориентирован на наихдшие словия, тольо среди оторых и отысивается наилчший и теперь же арантированный резльтат. Критерий Сэвиджа. В аждом столбце матрицы находится масимальная оцена max ai j и составляется новая матрица, эле1mimm

менты оторой определяются соотношением

1mimm

1mjmn

1mjmn

При α = 0 ритерий Грвица трансформирется в ритерий Вальда. Это слчай райне о «пессимизма». При α = 1 (слчай райне о «оптимизма») челове, принимающий решение, рассчитывает на то, что ем бдет соптствовать самая бла оприятная ситации. «Коэффициент оптимизма» α назначается сбъетивно, исходя из опыта, интиции и т.п. Чем более опасна ситация, тем более осторожным должен быть подход  выбор решения и тем меньшее значение присваивается оэффициент α. Примером принятия решений в словиях неопределенности может слжить рассмотренная выше задача выбора метода одирования арто рафичесой информации, о да вероятности появления то о или ино о вида этой информации известны.

rij = max aj – aij .

6.8. Мно"оритериальные задачи принятия решений

Величин ri j называют рисом, под оторым понимают разность межд масимальным выи рышем, оторый имел бы место, если бы было достоверно известно, что настпит ситация yj , и выи рышем при выборе решения xi в словиях yj . Эта новая

В примере, рассмотренном в предыдщем пара рафе, имелся все о один ритерий — F, но значительно чаще принимаемое решение описывается совопностью ритериев f1, f2, …, fk. Кроме то о, аждый из этих ритериев, назовем их лоальными рите-

1mimm

212

213

риями, — харатеризется своим оэффициентом относительной важности. Обозначим эти оэффициенты через λ1, λ2, …, λk. Ита, совопность лоальных или частных ритериев fq, де q = 1, k , образет инте ральный или веторный ритерий оптимальности принимаемо о решения. Обозначим это та: F = { fq }, де F — инте ральный ритерий. В свою очередь, оэффициенты относительной важности λq, q = 1, k образют ветор важности: λ = {λq}. Ка и прежде, задача залючается в том, чтобы найти оптимальное значение X из области допстимых значений λx. Каждый лоальный ритерий харатеризет одно аое-либо ачество принимаемо о решения. Например, в задаче выбора ЭВМ лоальными ритериями мо т быть: стоимость, быстродействие, объем оперативной памяти и т. п. Совопность этих лоальных ритериев образет инте ральный ритерий, различный для аждо о типа машины, и с помощью не о можно производить сравнение различных типов машин, или сравнение ачества принимаемо о решения. Формально оптимальное решение X может быть словно записано следющим образом: F = F ( X ) = opt F (X ), λ . X ° WX

(6.12)

В этом соотношении, точнее оворя, в этой формальной записи: F — оптимальное значение инте рально о ритерия, X — оптимальные значения правляемых параметров задачи, opt — оператор оптимизации, оторый определяет выбранный принцип оптимизации, λ — ветор важности. Область допстимых значений WX можно разбить на две непересеающиеся подобласти: C 1) W X — область «со ласия», в оторой ачество принимаемо о решения может быть лчшено по одном или несольим лоальным ритериям без хдшения хотя бы одно о из оставшихся лоальных ритериев. E 2) W X — область «омпромиссов», в оторой лчшение решения по одном или несольим лоальным ритериям обязательно приводит  снижению значений одно о или несольих оставшихся лоальных ритериев. Пример. Псть необходимо выбрать одн ЭВМ из двх различных типов, и псть лоальными ритериями являются стоимость и быстродействие. 214

Слчай 1 — псть ЭВМ-1 лчше и по стоимости и по быстродействию, чем ЭВМ-2, и то да, при переходе от ЭВМ-2  ЭВМ-1 оба ритерия «со ласны» лчшить свои значения. То да оворят, что оба эти варианта лежат в области со ласия, и очевидно, что выбирать следет первый вариант, а второй просто отбрасывается. Слчай 2 — псть  ЭВМ-1 лчше (меньше) стоимость, но хдшее быстродействие, чем  ЭВМ-2. Выбирая ЭВМ-1, мы лчшаем решение по стоимости, но хдшаем е о по быстродействию, выбирая ЭВМ-2, мы хдшаем решение по стоимости, но лчшаем по быстродействию. Для то о, чтобы выбрать оончательно аой-либо вариант, мы должны найти неоторый омпромисс, поэтом оворят, что эти два варианта лежат в области омпромиссов. Поэтом первый этап принятия решений — это разбиение области допстимых значений на область со ласия и область омпромиссов. Это разбиение позволяет сщественно соратить число рассматриваемых вариантов. Далее необходимо задаться неоторой «схемой омпромисса», или, оворя иначе, расрыть смысл оператора оптимизации — opt — выражения (6.12). В дальнейшем нам бдет добнее от допстимо о пространства C правляющих воздействий W X перейти  допстимом проC

странств лоальных ритериев W F и то да расписанная выше модель может быть формализована следющим образом: F = F ( X ) = optk F (X ), λ = optk F, λ . x ° ωX

x ° ωF

(6.13)

Рассмотрим основные схемы омпромисса, предпола ая, что все лоальные ритерии нормализованы, т. е. все они имеют одинаовю размерность, либо являются безразмерными величинами (это о раничение бдет снято). Кроме то о, все лоальные ритерии имеют одинаовю важность (и это о раничение бдет снято). И лчшим бдет считаться большее значение лоально о ритерия (и это о раничение тоже бдет снято). Необходимо отметить следющее обстоятельство: нет формальных правил выбора лчшей схемы омпромисса, т. е. оончательное решение принимает челове. Принцип равномерности. Он провоз лашает целесообразным выбор тао о варианта решения, принадлежаще о области омпромиссов, при отором дости алась бы неоторая «равномерность» поазателей по всем лоальным ритериям. 215

риями, — харатеризется своим оэффициентом относительной важности. Обозначим эти оэффициенты через λ1, λ2, …, λk. Ита, совопность лоальных или частных ритериев fq, де q = 1, k , образет инте ральный или веторный ритерий оптимальности принимаемо о решения. Обозначим это та: F = { fq }, де F — инте ральный ритерий. В свою очередь, оэффициенты относительной важности λq, q = 1, k образют ветор важности: λ = {λq}. Ка и прежде, задача залючается в том, чтобы найти оптимальное значение X из области допстимых значений λx. Каждый лоальный ритерий харатеризет одно аое-либо ачество принимаемо о решения. Например, в задаче выбора ЭВМ лоальными ритериями мо т быть: стоимость, быстродействие, объем оперативной памяти и т. п. Совопность этих лоальных ритериев образет инте ральный ритерий, различный для аждо о типа машины, и с помощью не о можно производить сравнение различных типов машин, или сравнение ачества принимаемо о решения. Формально оптимальное решение X может быть словно записано следющим образом: F = F ( X ) = opt F (X ), λ . X ° WX

(6.12)

В этом соотношении, точнее оворя, в этой формальной записи: F — оптимальное значение инте рально о ритерия, X — оптимальные значения правляемых параметров задачи, opt — оператор оптимизации, оторый определяет выбранный принцип оптимизации, λ — ветор важности. Область допстимых значений WX можно разбить на две непересеающиеся подобласти: C 1) W X — область «со ласия», в оторой ачество принимаемо о решения может быть лчшено по одном или несольим лоальным ритериям без хдшения хотя бы одно о из оставшихся лоальных ритериев. E 2) W X — область «омпромиссов», в оторой лчшение решения по одном или несольим лоальным ритериям обязательно приводит  снижению значений одно о или несольих оставшихся лоальных ритериев. Пример. Псть необходимо выбрать одн ЭВМ из двх различных типов, и псть лоальными ритериями являются стоимость и быстродействие. 214

Слчай 1 — псть ЭВМ-1 лчше и по стоимости и по быстродействию, чем ЭВМ-2, и то да, при переходе от ЭВМ-2  ЭВМ-1 оба ритерия «со ласны» лчшить свои значения. То да оворят, что оба эти варианта лежат в области со ласия, и очевидно, что выбирать следет первый вариант, а второй просто отбрасывается. Слчай 2 — псть  ЭВМ-1 лчше (меньше) стоимость, но хдшее быстродействие, чем  ЭВМ-2. Выбирая ЭВМ-1, мы лчшаем решение по стоимости, но хдшаем е о по быстродействию, выбирая ЭВМ-2, мы хдшаем решение по стоимости, но лчшаем по быстродействию. Для то о, чтобы выбрать оончательно аой-либо вариант, мы должны найти неоторый омпромисс, поэтом оворят, что эти два варианта лежат в области омпромиссов. Поэтом первый этап принятия решений — это разбиение области допстимых значений на область со ласия и область омпромиссов. Это разбиение позволяет сщественно соратить число рассматриваемых вариантов. Далее необходимо задаться неоторой «схемой омпромисса», или, оворя иначе, расрыть смысл оператора оптимизации — opt — выражения (6.12). В дальнейшем нам бдет добнее от допстимо о пространства C правляющих воздействий W X перейти  допстимом проC

странств лоальных ритериев W F и то да расписанная выше модель может быть формализована следющим образом: F = F ( X ) = optk F (X ), λ = optk F, λ . x ° ωX

x ° ωF

(6.13)

Рассмотрим основные схемы омпромисса, предпола ая, что все лоальные ритерии нормализованы, т. е. все они имеют одинаовю размерность, либо являются безразмерными величинами (это о раничение бдет снято). Кроме то о, все лоальные ритерии имеют одинаовю важность (и это о раничение бдет снято). И лчшим бдет считаться большее значение лоально о ритерия (и это о раничение тоже бдет снято). Необходимо отметить следющее обстоятельство: нет формальных правил выбора лчшей схемы омпромисса, т. е. оончательное решение принимает челове. Принцип равномерности. Он провоз лашает целесообразным выбор тао о варианта решения, принадлежаще о области омпромиссов, при отором дости алась бы неоторая «равномерность» поазателей по всем лоальным ритериям. 215

Использются следющие реализации принципа равномерности: принцип равенства, принцип вазиравенства и принцип масмина (maxmin). Принцип равенства. Он провоз лашает целесообразность выбора тао о варианта, при отором все значения лоальных ритериев равны межд собой. Псть инте ральный ритерий F задан табл. 6.1. Та б л и ц а 6 . 1 Ло. р.

f1

f2

F3

1

f11

f12

F13

2

f21

f22

F23

3

f31

f32

F33

№ вар.

1, 2, 3 — номера трех вариантов, один из оторых надо выбрать; f1, f2, f3 — неоторые лоальные ритерии ( пример, f1 — быстродействие, f2 — объем оперативной памяти и т.д.); f13 — значение лоально о ритерия f3 для перво о варианта и т.п. Псть, например, f21 = f22 = f23, а остальные значения лоальных ритериев для перво о и второ о вариантов не равны межд собой. То да вариант 2 признается лчшим. В общем виде эта модель расписывается следющим образом: F = optk F = (f1 = f2 = ... = fk). x ° ωF

Принцип вазиравенства. Пратичеси достичь равенства лоальных ритериев не дается, то да лчшим признается вариант, в отором лоальные ритерии наиболее близи  этом равенств. Принцип масимина — maxmin. Формально он может быть записан с помощью следющей записи: F = optk F = maxk min . F ° ωF

F ° ωF 1 m g m k

Иначе оворя, для аждо о варианта выбирается минимальное значение лоально о ритерия, и оончательный выбор останавливается на варианте, в отором этот минимм дости ает свое о масимма. В этом слчае равномерность обеспечивается за счет «подтя ивания» лоально о ритерия с наименьшим значением поазателя. 216

Принцип справедливой стпи. Он основан на сопоставлении прироста и были величин лоальных ритериев. Ко да два или более вариантов находятся в области омпромиссов (а тольо таие ситации мы и рассматриваем), то при переходе от одно о варианта  др ом один (или несольо) лоальный ритерий может возрастать, др ой (др ие) может бывать. Данный принцип и основан на сопоставлении сммарной прибыли и сммарной были. Если сммарная прибыль превышает сммарню быль, то новый вариант предпочтительнее старо о, старый вариант отбрасывается и ведется сопоставление оставше ося варианта с новым вариантом. В том слчае, если сммарная прибыль меньше сммарной были, то отбрасывается новый вариант, а старый вариант сравнивается со следющим вариантом. В том слчае, если быль равняется прибыли, то эти варианты равнозначны. При этом сравнение может вестись а по абсолютном значению прибыли и были — то да это принцип абсолютной стпи, либо по относительной величине прибыли и были — то да это принцип относительной стпи. Принцип абсолютной стпи. Формально он может быть выражен с помощью следюще о выражения: F = optk F = { F | F ° ωF

∑ ∆ f j l ∑ ∆ f i }.

j ∈ J (+)

j ∈ I ( –)

В этом выражении J (+) — подмножество мажориремых, т.е. величиваемых, ритериев; I (– ) — подмножество минориремых, т.е. меньшаемых, ритериев. Причем, а следет из определения, ∆ fj > 0, ∆ fi < 0, ∆ fj, ∆ fi — абсолютное значение величин приращения, | — символ «таой, при отором». Лчшим по принцип абсолютной стпи считается омпромисс, при отором абсолютное значение сммы снижения одно о или несольих ритериев не превышает абсолютно о значения сммы приращений оставшихся ритериев. Пример: псть, а и прежде, значения лоальных ритериев заданы табл. 6.1. Сравниваем межд собой первый и второй варианты. При переходе от перво о варианта о втором мы имеем: ∆f1 — приращение перво о ритерия, ∆ f1 = ∆ f21 – ∆ f11, псть эта величина оазалась положительной ∆ f1 = ∆ f21 – ∆ f11 > 0. Сравниваем эти два варианта по втором ритерию: ∆ f2 = = ∆ f22 – ∆ f12, и псть эта величина оазалась отрицательной ∆ f3 = = ∆ f22 – ∆ f12 < 0. 217

Использются следющие реализации принципа равномерности: принцип равенства, принцип вазиравенства и принцип масмина (maxmin). Принцип равенства. Он провоз лашает целесообразность выбора тао о варианта, при отором все значения лоальных ритериев равны межд собой. Псть инте ральный ритерий F задан табл. 6.1. Та б л и ц а 6 . 1 Ло. р.

f1

f2

F3

1

f11

f12

F13

2

f21

f22

F23

3

f31

f32

F33

№ вар.

1, 2, 3 — номера трех вариантов, один из оторых надо выбрать; f1, f2, f3 — неоторые лоальные ритерии ( пример, f1 — быстродействие, f2 — объем оперативной памяти и т.д.); f13 — значение лоально о ритерия f3 для перво о варианта и т.п. Псть, например, f21 = f22 = f23, а остальные значения лоальных ритериев для перво о и второ о вариантов не равны межд собой. То да вариант 2 признается лчшим. В общем виде эта модель расписывается следющим образом: F = optk F = (f1 = f2 = ... = fk). x ° ωF

Принцип вазиравенства. Пратичеси достичь равенства лоальных ритериев не дается, то да лчшим признается вариант, в отором лоальные ритерии наиболее близи  этом равенств. Принцип масимина — maxmin. Формально он может быть записан с помощью следющей записи: F = optk F = maxk min . F ° ωF

F ° ωF 1 m g m k

Иначе оворя, для аждо о варианта выбирается минимальное значение лоально о ритерия, и оончательный выбор останавливается на варианте, в отором этот минимм дости ает свое о масимма. В этом слчае равномерность обеспечивается за счет «подтя ивания» лоально о ритерия с наименьшим значением поазателя. 216

Принцип справедливой стпи. Он основан на сопоставлении прироста и были величин лоальных ритериев. Ко да два или более вариантов находятся в области омпромиссов (а тольо таие ситации мы и рассматриваем), то при переходе от одно о варианта  др ом один (или несольо) лоальный ритерий может возрастать, др ой (др ие) может бывать. Данный принцип и основан на сопоставлении сммарной прибыли и сммарной были. Если сммарная прибыль превышает сммарню быль, то новый вариант предпочтительнее старо о, старый вариант отбрасывается и ведется сопоставление оставше ося варианта с новым вариантом. В том слчае, если сммарная прибыль меньше сммарной были, то отбрасывается новый вариант, а старый вариант сравнивается со следющим вариантом. В том слчае, если быль равняется прибыли, то эти варианты равнозначны. При этом сравнение может вестись а по абсолютном значению прибыли и были — то да это принцип абсолютной стпи, либо по относительной величине прибыли и были — то да это принцип относительной стпи. Принцип абсолютной стпи. Формально он может быть выражен с помощью следюще о выражения: F = optk F = { F | F ° ωF

∑ ∆ f j l ∑ ∆ f i }.

j ∈ J (+)

j ∈ I ( –)

В этом выражении J (+) — подмножество мажориремых, т.е. величиваемых, ритериев; I (– ) — подмножество минориремых, т.е. меньшаемых, ритериев. Причем, а следет из определения, ∆ fj > 0, ∆ fi < 0, ∆ fj, ∆ fi — абсолютное значение величин приращения, | — символ «таой, при отором». Лчшим по принцип абсолютной стпи считается омпромисс, при отором абсолютное значение сммы снижения одно о или несольих ритериев не превышает абсолютно о значения сммы приращений оставшихся ритериев. Пример: псть, а и прежде, значения лоальных ритериев заданы табл. 6.1. Сравниваем межд собой первый и второй варианты. При переходе от перво о варианта о втором мы имеем: ∆f1 — приращение перво о ритерия, ∆ f1 = ∆ f21 – ∆ f11, псть эта величина оазалась положительной ∆ f1 = ∆ f21 – ∆ f11 > 0. Сравниваем эти два варианта по втором ритерию: ∆ f2 = = ∆ f22 – ∆ f12, и псть эта величина оазалась отрицательной ∆ f3 = = ∆ f22 – ∆ f12 < 0. 217

Сравниваем межд собой эти два варианта по третьем ритерию: ∆ f3 = ∆ f23 – ∆ f13, и псть эта величина тоже оазалась отрицательной ∆ f3 = ∆ f23 – ∆ f13 < 0. Если выи рыш ∆ f1 оазался больше прои рыша ∆ f2 + ∆ f3, то лчшим следет признать второй вариант, если ∆ f1 < ∆ f2 + ∆ f3, то лчшим следет признать первый вариант — прои рали больше, чем выи рали. После это о хдший вариант отбрасывается и совершенно анало ично сравнение ведется выбранно о варианта со следющим по поряд вариантом. Таим образом, необходимо просмотреть все варианты. Можно поазать, что принцип абсолютной стпи соответствет модель масимизации сммы лоальных ритериев: k

F = optk F = ∑ f q → max, F°ω F

q=1

т.е. ищется смма по строам всех лоальных ритериев: f11 + f12 + f13, f21 + f22 + f23, f31 + f32 + f33, и та из этих смм, оторая оажется масимальной, соответствет лчшем вариант. Недостатом принципа абсолютной стпи является то, что он чрезвычайно чвствителен  значению аждо о ритерия и поэтом большая величина одно о ритерия может «по асить» значения др их ритериев. Принцип относительной стпи. Формально он может быть записан с помощью следюще о выражения: F = optk F = { F | ∑ x j l ∑ x i }, F°ω F

∆f

∆f

f j max

f i max

j ∈ J(+)

j ∈ I( –)

де xj = -----------j - , xi = -----------i - есть относительные значения приращения лоальных ритериев. В аждом столбце находится масимальное значение лоальноо ритерия. После это о необходимо перейти  новой таблице, поделив все числа в столбцах предыдщей таблицы на масимальное значение в аждом столбце. Далее с этой новой таблицей выполняются те же процедры, что и в принципе абсолютной стпи. 218

Можно поазать, что при использовании это о омпромисса оптимальном вариант соответствет модель масимизации произведения лоальных ритериев, формально: k

F = optk F = ∏ f q → max. F°ω F

q=1

Или, для слчая трех ритериев: для аждой строчи вычисляется произведение: f11 · f12 · f13, f21 · f22 · f23, f31 · f32 · f33, и среди этих произведений ищется масимм — это и бдет лчший вариант по данном омпромисс. Достоинством это о омпромисса является то, что он не требет предварительной нормализации ритериев. Эта нормализация осществляется автоматичеси за счет деления на масимальные значения в аждом столбце. Принцип выделения одноо оптимизиремоо ритерия. Этот принцип является самым простейшим: один из лоальных ритериев объявляется лавным и тольо по нем ищется наилчшее решение. На остальные лоальные ритерии мо т наладываться (или не наладываться) о раничения. Формально этот принцип может быть записан следющим образом: F = optk F = max fi ; fq > или < fq доп , i ≠ q. F ° ωF

Принцип последовательной стпи. Псть теперь лоальные ритерии имеют различню важность и псть, таже, самым важным является ритерий f1, вторым по важности является ритерий f2 , третьим — f3 и т. д. Сначала отысивается вариант, обращающий ритерий f1 в масимм. После это о, исходя из неоторых соображений (например, из точности, с оторой мы знаем значение f1), на ритерий f1 наладывается неоторая «стпа» ∆f1 и при о раничении f1 max – ∆ f1 выбирается вариант, обращающий в масимм второй по важности ритерий f2. Совершенно анало ично на ритерий f2 может быть наложена «стпа» ∆f2, и при соблюдении словий f1 max – ∆ f1 f2 max – ∆ f2 выбирается вариант, обращающий в масимм следющий по важности ритерий f3, и т. д. 219

Сравниваем межд собой эти два варианта по третьем ритерию: ∆ f3 = ∆ f23 – ∆ f13, и псть эта величина тоже оазалась отрицательной ∆ f3 = ∆ f23 – ∆ f13 < 0. Если выи рыш ∆ f1 оазался больше прои рыша ∆ f2 + ∆ f3, то лчшим следет признать второй вариант, если ∆ f1 < ∆ f2 + ∆ f3, то лчшим следет признать первый вариант — прои рали больше, чем выи рали. После это о хдший вариант отбрасывается и совершенно анало ично сравнение ведется выбранно о варианта со следющим по поряд вариантом. Таим образом, необходимо просмотреть все варианты. Можно поазать, что принцип абсолютной стпи соответствет модель масимизации сммы лоальных ритериев: k

F = optk F = ∑ f q → max, F°ω F

q=1

т.е. ищется смма по строам всех лоальных ритериев: f11 + f12 + f13, f21 + f22 + f23, f31 + f32 + f33, и та из этих смм, оторая оажется масимальной, соответствет лчшем вариант. Недостатом принципа абсолютной стпи является то, что он чрезвычайно чвствителен  значению аждо о ритерия и поэтом большая величина одно о ритерия может «по асить» значения др их ритериев. Принцип относительной стпи. Формально он может быть записан с помощью следюще о выражения: F = optk F = { F | ∑ x j l ∑ x i }, F°ω F

∆f

∆f

f j max

f i max

j ∈ J(+)

j ∈ I( –)

де xj = -----------j - , xi = -----------i - есть относительные значения приращения лоальных ритериев. В аждом столбце находится масимальное значение лоальноо ритерия. После это о необходимо перейти  новой таблице, поделив все числа в столбцах предыдщей таблицы на масимальное значение в аждом столбце. Далее с этой новой таблицей выполняются те же процедры, что и в принципе абсолютной стпи. 218

Можно поазать, что при использовании это о омпромисса оптимальном вариант соответствет модель масимизации произведения лоальных ритериев, формально: k

F = optk F = ∏ f q → max. F°ω F

q=1

Или, для слчая трех ритериев: для аждой строчи вычисляется произведение: f11 · f12 · f13, f21 · f22 · f23, f31 · f32 · f33, и среди этих произведений ищется масимм — это и бдет лчший вариант по данном омпромисс. Достоинством это о омпромисса является то, что он не требет предварительной нормализации ритериев. Эта нормализация осществляется автоматичеси за счет деления на масимальные значения в аждом столбце. Принцип выделения одноо оптимизиремоо ритерия. Этот принцип является самым простейшим: один из лоальных ритериев объявляется лавным и тольо по нем ищется наилчшее решение. На остальные лоальные ритерии мо т наладываться (или не наладываться) о раничения. Формально этот принцип может быть записан следющим образом: F = optk F = max fi ; fq > или < fq доп , i ≠ q. F ° ωF

Принцип последовательной стпи. Псть теперь лоальные ритерии имеют различню важность и псть, таже, самым важным является ритерий f1, вторым по важности является ритерий f2 , третьим — f3 и т. д. Сначала отысивается вариант, обращающий ритерий f1 в масимм. После это о, исходя из неоторых соображений (например, из точности, с оторой мы знаем значение f1), на ритерий f1 наладывается неоторая «стпа» ∆f1 и при о раничении f1 max – ∆ f1 выбирается вариант, обращающий в масимм второй по важности ритерий f2. Совершенно анало ично на ритерий f2 может быть наложена «стпа» ∆f2, и при соблюдении словий f1 max – ∆ f1 f2 max – ∆ f2 выбирается вариант, обращающий в масимм следющий по важности ритерий f3, и т. д. 219

Способ хорош тем, что здесь отчетливо видно, ценой аой стпи в одном ритерии можно полчить выи рыш в др их ритериях. Пример. Псть имеется табл. 6.2. Та б л и ц а 6 . 2 Ло. р.

f3

Оставшиеся варианты

f1

f2

1

21

14

+

2

13

10

+

№ вар.

3

30

10

+

4

7

40

–

5

28

13

+

Fu = (f1u, f2u, ..., fku).

f1 max = 30. Допстим, что мы со ласны допстить стп f1 = 20. То да, при словии f1 l 30 – 20 = 10, просматриваем варианты по первом ритерию. В столбце «оставшиеся варианты» знаом «–» отмечен отбрасываемый вариант. Среди оставшихся вариантов находится лчший вариант по втором ритерию, стало быть, выбираем первый вариант. Сверта лоальных ритериев. Весь вышеизложенный материал относился  слчаю, о да лчшими считались большие значения лоальных ритериев, или, иначе оворя, решалась задача масимизации инте рально о ритерия. Псть теперь лчшими бдт считаться меньшие значения всех лоальных ритериев, т.е. псть необходимо решать задач минимизации инте рально о ритерия. В этом слчае исходню таблиц (все ее члены) необходимо множить на –1 и, использя весь предыдщий аппарат, отысивать масимм F′ = –F. Псть теперь ряд лоальных ритериев необходимо масимизировать, а оставшиеся ритерии необходимо минимизировать. В этом слчае для выбора наилчше о варианта можно использовать любое из двх следющих соотношений:

220

В этих соотношениях fq q = 1, l — лоальные ритерии, оторые необходимо масимизировать; fq q = l + 1, k — лоальные ритерии, оторые необходимо минимизировать. Соотношение (6.14) соответствет принцип абсолютной стпи, соотношение (6.15) — принцип относительной стпи. Способы нормализации лоальных ритериев. Проблема нормализации лоальных ритериев возниает во всех задачах веторной оптимизации, о да лоальные ритерии имеют различные единицы измерения (ило раммы, метры, сенды, рбли и т. д.). Ислючение составляет лишь метод относительной стпи, в отором нормализация осществляется автоматичеси. В основ нормализации положено понятие «идеально о ветора», т. е. ветора с идеальными значениями лоальных ритериев

k −1 ⎫ ⎧ l F = optk F = maxk ⎨ ∑ t q + ⎛ ∑ t q ⎞⎠ ⎬, ⎝ F ° ωF F ° ωF ⎩q = 1 ⎭ q = l+1

(6.14)

k −1 ⎧ l F = optk F = maxk ⎨ ∏ t q × ⎛ ∏ t q ⎞⎠ ⎝ F ° ωF F ° ωF ⎩q = 1 q = l+1

(6.15)

⎫ ⎬. ⎭

В нормализованном пространстве ритериев вместо действительно о значения лоально о ритерия fq рассматривается безразмерная величина fq, n , f

q fq, n = -------,

f q, u

— действительная величина, поделенная на идеальню величин. В том слчае, если лчшим считается большее значение ритерия и если fq, u ≠ 0,

то

fq, u ° (0,1).

Успешное решение проблемы нормализации во мно ом определяется тем, насольо дачным оажется выбор параметров идеально о ветора. Мы рассмотрим три основных способа задания идеально о ветора. 1-й способ. Идеальный ветор определяется неоторыми заданными значениями лоальных ритериев. Эти заданные значения может определить, например, заазчи разработи. Формальная запись: Fu = Fзад = {fq, зад},

q = 1, k .

Недостато это о способа — полнейший сбъетивизм выбора. 2-й способ. Идеальным считается ветор, параметрами оторо о являются масимально возможные значения лоальных ритериев. Fu = Fmax = {fq, max},

q = 1, k . 221

Способ хорош тем, что здесь отчетливо видно, ценой аой стпи в одном ритерии можно полчить выи рыш в др их ритериях. Пример. Псть имеется табл. 6.2. Та б л и ц а 6 . 2 Ло. р.

f3

Оставшиеся варианты

f1

f2

1

21

14

+

2

13

10

+

№ вар.

3

30

10

+

4

7

40

–

5

28

13

+

Fu = (f1u, f2u, ..., fku).

f1 max = 30. Допстим, что мы со ласны допстить стп f1 = 20. То да, при словии f1 l 30 – 20 = 10, просматриваем варианты по первом ритерию. В столбце «оставшиеся варианты» знаом «–» отмечен отбрасываемый вариант. Среди оставшихся вариантов находится лчший вариант по втором ритерию, стало быть, выбираем первый вариант. Сверта лоальных ритериев. Весь вышеизложенный материал относился  слчаю, о да лчшими считались большие значения лоальных ритериев, или, иначе оворя, решалась задача масимизации инте рально о ритерия. Псть теперь лчшими бдт считаться меньшие значения всех лоальных ритериев, т.е. псть необходимо решать задач минимизации инте рально о ритерия. В этом слчае исходню таблиц (все ее члены) необходимо множить на –1 и, использя весь предыдщий аппарат, отысивать масимм F′ = –F. Псть теперь ряд лоальных ритериев необходимо масимизировать, а оставшиеся ритерии необходимо минимизировать. В этом слчае для выбора наилчше о варианта можно использовать любое из двх следющих соотношений:

220

В этих соотношениях fq q = 1, l — лоальные ритерии, оторые необходимо масимизировать; fq q = l + 1, k — лоальные ритерии, оторые необходимо минимизировать. Соотношение (6.14) соответствет принцип абсолютной стпи, соотношение (6.15) — принцип относительной стпи. Способы нормализации лоальных ритериев. Проблема нормализации лоальных ритериев возниает во всех задачах веторной оптимизации, о да лоальные ритерии имеют различные единицы измерения (ило раммы, метры, сенды, рбли и т. д.). Ислючение составляет лишь метод относительной стпи, в отором нормализация осществляется автоматичеси. В основ нормализации положено понятие «идеально о ветора», т. е. ветора с идеальными значениями лоальных ритериев

k −1 ⎫ ⎧ l F = optk F = maxk ⎨ ∑ t q + ⎛ ∑ t q ⎞⎠ ⎬, ⎝ F ° ωF F ° ωF ⎩q = 1 ⎭ q = l+1

(6.14)

k −1 ⎧ l F = optk F = maxk ⎨ ∏ t q × ⎛ ∏ t q ⎞⎠ ⎝ F ° ωF F ° ωF ⎩q = 1 q = l+1

(6.15)

⎫ ⎬. ⎭

В нормализованном пространстве ритериев вместо действительно о значения лоально о ритерия fq рассматривается безразмерная величина fq, n , f

q fq, n = -------,

f q, u

— действительная величина, поделенная на идеальню величин. В том слчае, если лчшим считается большее значение ритерия и если fq, u ≠ 0,

то

fq, u ° (0,1).

Успешное решение проблемы нормализации во мно ом определяется тем, насольо дачным оажется выбор параметров идеально о ветора. Мы рассмотрим три основных способа задания идеально о ветора. 1-й способ. Идеальный ветор определяется неоторыми заданными значениями лоальных ритериев. Эти заданные значения может определить, например, заазчи разработи. Формальная запись: Fu = Fзад = {fq, зад},

q = 1, k .

Недостато это о способа — полнейший сбъетивизм выбора. 2-й способ. Идеальным считается ветор, параметрами оторо о являются масимально возможные значения лоальных ритериев. Fu = Fmax = {fq, max},

q = 1, k . 221

3-й способ. В ачестве параметров идеально о ветора принимается масимально возможный разброс значений соответствющих лоальных ритериев, т.е. Fu = Fq, max – Fq, min = { fq, max – fq, min},

k

∑ α q = 1, q = 1, k .

q=1

Компонента αq поазывает степень относительно о превосходства ритерия f q над всеми оставшимися ритериями. Обычно если необходимо оличественно задавать приоритет ритериев, то е о задают в виде ряда приоритета, посоль там сравнение идет тольо межд двмя соседними ритериями; затем с помощью соотношения: 222

αq =

q = 1, k .

Необходимо отметить, что нет формальных способов по выбор способа задания идеально о ветора. Способы задания и чета приоритета лоальных ритериев. Обычно использются три способа задания: с помощью ряда приоритета, ветора приоритета и весово о ветора. Ряд приоритета R = (1, 2, 3, ..., k) азывает на то, что лоальные ритерии, записанные в собах левее, более важны, чем лоальные ритерии, записанные правее, т. е. самым важным является ритерий f1, вторым по важности является ритерий f2, затем f3 и т.д. В том слчае, если имеются равноприоритетные ритерии, они выделяются собами R = {1, 2, (3, 4, 5), ..., k}, т. е. ритерии 3, 4, 5 — равноприоритетны и занимают третье место по важности. Это чисто ачественный способ задания приоритетов. При таом способе обычно использется принцип «жесто о приоритета», т. е. не допсается ни малейше о снижения ритерия, стояще о левее в ряд приоритета. Ветор приоритета λ = (λ1, λ2, ..., λk) — это способ оличественно о задания приоритетов. Компоненты это о ветора λq определяют степень относительно о превосходства двх соседних ритериев из ряда приоритета, т. е. λq определяет, во сольо раз ритерий fq важнее ритерия fq + 1, в том слчае, если fq и fq + 1, равны по важности, то, стало быть, и λq = 1. Для добства λq все да равно единице (λk = 1). Весовой ветор α = (α1, α2, ..., αk) представляет собой k-мерный ветор, омпоненты оторо о связаны соотношениями: 0 m αq m 1,

k

∏

λi λ=1 -----------------------k k

(6.16)

∑ ∏ λi

q = 1i = q

переходят  весовом ветор. И то да выбор наилчше о варианта производится с помощью все о вышеописанно о аппарата, тольо вместо омпонент ветора {f1, f2, ..., fk} использются омпоненты {α1 f1, α2 f2, ..., αk fk}. Таой подход называют принципом

ибо о приоритета. Для слчая 3-х лоальных ритериев соотношения (6.16) переписываются в виде λ λ λ A

1 2 3 α1 = -----------------,

λ λ A

2 3 α1 = ----------,

λ A

α1 = ----3- ,

де A = λ1λ2λ3 + λ2λ3 + λ3. Пример мнооритериальной задачи принятия решений. Для отдела ЦКБ необходимо стройство для вывода на печать онстрторсих чертежей (плоттер). Имеются плоттеры трех моделей. Каждая модель харатеризется тремя лоальными ритериями: масимально возможный формат отпечатанно о чертежа F (мм), разрешение чертежа R (dpi) и объем бфера V (КБайт). Конретные значение азанных лоальных ритериев для аждо о из вариантов представлены в таб. 6.3. Та б л и ц а 6 . 3 Крит.

F

R

V

1

4

20

64

2

8

14

128

3

10

12

256

№ вар.

Требется, использя известные схемы омпромисса, определить лчший вариант плоттера: а) без чета приоритета лоальных ритериев; б) с четом приоритета лоальных ритериев. 1. Нормализация исходных данных. Посоль лоальные ритерии имеют различню размерность, прежде все о необходи223

3-й способ. В ачестве параметров идеально о ветора принимается масимально возможный разброс значений соответствющих лоальных ритериев, т.е. Fu = Fq, max – Fq, min = { fq, max – fq, min},

k

∑ α q = 1, q = 1, k .

q=1

Компонента αq поазывает степень относительно о превосходства ритерия f q над всеми оставшимися ритериями. Обычно если необходимо оличественно задавать приоритет ритериев, то е о задают в виде ряда приоритета, посоль там сравнение идет тольо межд двмя соседними ритериями; затем с помощью соотношения: 222

αq =

q = 1, k .

Необходимо отметить, что нет формальных способов по выбор способа задания идеально о ветора. Способы задания и чета приоритета лоальных ритериев. Обычно использются три способа задания: с помощью ряда приоритета, ветора приоритета и весово о ветора. Ряд приоритета R = (1, 2, 3, ..., k) азывает на то, что лоальные ритерии, записанные в собах левее, более важны, чем лоальные ритерии, записанные правее, т. е. самым важным является ритерий f1, вторым по важности является ритерий f2, затем f3 и т.д. В том слчае, если имеются равноприоритетные ритерии, они выделяются собами R = {1, 2, (3, 4, 5), ..., k}, т. е. ритерии 3, 4, 5 — равноприоритетны и занимают третье место по важности. Это чисто ачественный способ задания приоритетов. При таом способе обычно использется принцип «жесто о приоритета», т. е. не допсается ни малейше о снижения ритерия, стояще о левее в ряд приоритета. Ветор приоритета λ = (λ1, λ2, ..., λk) — это способ оличественно о задания приоритетов. Компоненты это о ветора λq определяют степень относительно о превосходства двх соседних ритериев из ряда приоритета, т. е. λq определяет, во сольо раз ритерий fq важнее ритерия fq + 1, в том слчае, если fq и fq + 1, равны по важности, то, стало быть, и λq = 1. Для добства λq все да равно единице (λk = 1). Весовой ветор α = (α1, α2, ..., αk) представляет собой k-мерный ветор, омпоненты оторо о связаны соотношениями: 0 m αq m 1,

k

∏

λi λ=1 -----------------------k k

(6.16)

∑ ∏ λi

q = 1i = q

переходят  весовом ветор. И то да выбор наилчше о варианта производится с помощью все о вышеописанно о аппарата, тольо вместо омпонент ветора {f1, f2, ..., fk} использются омпоненты {α1 f1, α2 f2, ..., αk fk}. Таой подход называют принципом

ибо о приоритета. Для слчая 3-х лоальных ритериев соотношения (6.16) переписываются в виде λ λ λ A

1 2 3 α1 = -----------------,

λ λ A

2 3 α1 = ----------,

λ A

α1 = ----3- ,

де A = λ1λ2λ3 + λ2λ3 + λ3. Пример мнооритериальной задачи принятия решений. Для отдела ЦКБ необходимо стройство для вывода на печать онстрторсих чертежей (плоттер). Имеются плоттеры трех моделей. Каждая модель харатеризется тремя лоальными ритериями: масимально возможный формат отпечатанно о чертежа F (мм), разрешение чертежа R (dpi) и объем бфера V (КБайт). Конретные значение азанных лоальных ритериев для аждо о из вариантов представлены в таб. 6.3. Та б л и ц а 6 . 3 Крит.

F

R

V

1

4

20

64

2

8

14

128

3

10

12

256

№ вар.

Требется, использя известные схемы омпромисса, определить лчший вариант плоттера: а) без чета приоритета лоальных ритериев; б) с четом приоритета лоальных ритериев. 1. Нормализация исходных данных. Посоль лоальные ритерии имеют различню размерность, прежде все о необходи223

мо нормализовать исходню таблиц 6.3. Для это о использется соотношение

Принцип масимина. Формально он записывается следющим образом:

f f q, ид

F = optk F = maxk min ,

q fq, норм = ----------.

F ° ωF

В ачестве параметров идеально о ветора выбираем масимально возможные значения параметров: Fmax = 10;

Rmax = 20;

Vmax = 256.

Переходим от табл. 6.3  табл. 6.4, в оторой записаны нормализованные значения лоальных ритериев. Та б л и ц а 6 . 4 Крит.

F

R

V

1

0,4

1

0,25

2

0,8

0,7

0,5

3

1

0,6

1

№ вар.

2. Выбор наилчшео варианта без чета приоритета лоальных ритериев. Воспольземся известными схемами омпромисса. 2.1. Принцип равномерности. Известны три модифиации это о принципа. Принцип равенства. Формально он записывается следющим образом: F = optk F = (f1 = f2 = ... = fk), q ° ωF

де F — оптимальный вариант, принадлежащий области омпроk миссов ω F , а fq — q-тый лоальный ритерий, q = 1, k . Вывод: слчай, о да все лоальные ритерии равны межд собой, отстствет, поэтом эта модифиация применена быть не может. Принцип вазиравенства. Выбираем вариант,  оторо о в масимальной степени лоальные ритерии равны межд собой. Вывод: по принцип вазиравенства предпочтение следет отдать втором вариант. 224

F ° ωF 1 m g m k

де F — оптимальный вариант, принадлежащий области омпроk миссов ω F , а fq — q-тый лоальный ритерий, q = 1, k . Рассматривая таблиц построчно, необходимо в аждой строе выделить минимальное значение ритерия: 1-я строа — 0,25;

2-я строа — 0,5;

3-я строа — 0,6

(max).

Просматривая выделенные числа среди них находим масимальное значение, оно соответствет вариант №3. Вывод: если воспользоваться принципом масимина, то предпочтение следет отдать вариант №3. 2.2. Принцип справедливой стпи. Известны две модифиации это о принципа. Принцип абсолютной стпи. Формально он записывается следющим образом: F = optk F = { F | F ° ωF

∑ ∆ f j l ∑ ∆ f i }.

j ∈ J (+)

j ∈ I( –)

В этом выражении J (+) — подмножество мажориремых, т.е. величиваемых ритериев; I (– ) — подмножество минориремых, т.е. меньшаемых ритериев. Причем, а следет из определения, ∆fj > 0, ∆fi < 0, ∆fj, ∆fi — абсолютное значение величин приращения, | — символ «таой, при отором». Лчшим, по принцип абсолютной стпи, считается омпромисс, при отором значение сммы снижения одно о или несольих ритериев не превышает абсолютно о значения сммы приращений оставшихся ритериев. Можно поазать, что этом принцип соответствет модель масимизации сммы лоальных ритериев: k

F = optk F = ∑ f q → max, F°ω F

q=1

т.е. ищется смма по строам всех лоальных ритериев: f11 + f12 + f13, f21 + f22 + f23, f31 + f32 + f33, 225

мо нормализовать исходню таблиц 6.3. Для это о использется соотношение

Принцип масимина. Формально он записывается следющим образом:

f f q, ид

F = optk F = maxk min ,

q fq, норм = ----------.

F ° ωF

В ачестве параметров идеально о ветора выбираем масимально возможные значения параметров: Fmax = 10;

Rmax = 20;

Vmax = 256.

Переходим от табл. 6.3  табл. 6.4, в оторой записаны нормализованные значения лоальных ритериев. Та б л и ц а 6 . 4 Крит.

F

R

V

1

0,4

1

0,25

2

0,8

0,7

0,5

3

1

0,6

1

№ вар.

2. Выбор наилчшео варианта без чета приоритета лоальных ритериев. Воспольземся известными схемами омпромисса. 2.1. Принцип равномерности. Известны три модифиации это о принципа. Принцип равенства. Формально он записывается следющим образом: F = optk F = (f1 = f2 = ... = fk), q ° ωF

де F — оптимальный вариант, принадлежащий области омпроk миссов ω F , а fq — q-тый лоальный ритерий, q = 1, k . Вывод: слчай, о да все лоальные ритерии равны межд собой, отстствет, поэтом эта модифиация применена быть не может. Принцип вазиравенства. Выбираем вариант,  оторо о в масимальной степени лоальные ритерии равны межд собой. Вывод: по принцип вазиравенства предпочтение следет отдать втором вариант. 224

F ° ωF 1 m g m k

де F — оптимальный вариант, принадлежащий области омпроk миссов ω F , а fq — q-тый лоальный ритерий, q = 1, k . Рассматривая таблиц построчно, необходимо в аждой строе выделить минимальное значение ритерия: 1-я строа — 0,25;

2-я строа — 0,5;

3-я строа — 0,6

(max).

Просматривая выделенные числа среди них находим масимальное значение, оно соответствет вариант №3. Вывод: если воспользоваться принципом масимина, то предпочтение следет отдать вариант №3. 2.2. Принцип справедливой стпи. Известны две модифиации это о принципа. Принцип абсолютной стпи. Формально он записывается следющим образом: F = optk F = { F | F ° ωF

∑ ∆ f j l ∑ ∆ f i }.

j ∈ J (+)

j ∈ I( –)

В этом выражении J (+) — подмножество мажориремых, т.е. величиваемых ритериев; I (– ) — подмножество минориремых, т.е. меньшаемых ритериев. Причем, а следет из определения, ∆fj > 0, ∆fi < 0, ∆fj, ∆fi — абсолютное значение величин приращения, | — символ «таой, при отором». Лчшим, по принцип абсолютной стпи, считается омпромисс, при отором значение сммы снижения одно о или несольих ритериев не превышает абсолютно о значения сммы приращений оставшихся ритериев. Можно поазать, что этом принцип соответствет модель масимизации сммы лоальных ритериев: k

F = optk F = ∑ f q → max, F°ω F

q=1

т.е. ищется смма по строам всех лоальных ритериев: f11 + f12 + f13, f21 + f22 + f23, f31 + f32 + f33, 225

и та из этих смм, оторая оажется масимальной, соответствет лчшем вариант. Воспольземся этими соотношениями: 1-й вариант — 0,4 + 1 + 0,25 = 1,65; 2-й вариант — 0,8 + 0,7 + 0,5 = 2,0; 3-й вариант — 1 + 0,6 + 1 = 2,6 (max). Просматривая значения полченных смм, выбираем масимальное значение, это и бдет наилчшим вариантом. Вывод: если задаться принципом абсолютной стпи, то предпочтение следет отдать вариант три. Принцип относительной стпи. Формально он записывается с помощью следюще о соотношения: F = optk F = { F | ∑ x j l ∑ x i }, F ° ωF

∆f f j max

j ∈ J(+)

j ∈ I(–)

∆f f i max

j i де xj = ----------- , xi = ------------ есть относительные значения приращения

лоальных ритериев. В аждом столбце находится масимальное значение лоально о ритерия. После это о необходимо перейти  новой таблице, поделив все числа в столбцах предыдщей таблицы на масимальное значение в аждом столбце. Далее, с этой новой таблицей выполняются те же процедры, что и в принципе абсолютной стпи. Можно поазать, что при использовании это о омпромисса оптимальном вариант соответствет модель масимизации произведения лоальных ритериев. Формально:

Вывод: если в ачестве схемы омпромисса выбрать принцип относительной стпи,то предпочтение следет отдать вариант три. 2.3. Принцип выделения одно о оптимизиремо о ритерия. При выборе модели плоттера лавным ритерием является формат печатаемых материалов F, поэтом, просматривая первый столбец в табл. 6.4, необходимо найти масимальное значение соответствюще о ритерия: 0,4; 0,8; 1 (mах). Масимальное значение соответствет третьем вариант, это и бдет оптимальным вариантом. Вывод: оптимальным вариантом является третий при использовании принципа выделения одно о оптимизиремо о ритерия. 2.4. Принцип последовательной стпи. Псть важность лоальных ритериев соответствет их последовательной записи в табл. 6.3, т. е. самым важным параметром является форма, менее важным — разрешение, и наименее важным — объём памяти. Просматриваем первый столбец табл. 6.4 и выбираем вариант, в отором F дости ает масимма: 0,4; 0,8; 1 (max). Псть теперь мы со ласны наложить «стп» на ритерий F, и псть эта «стпа» бдет равна ∆F = 0,5; то да имеем F1, max – ∆ f1 = = 1 – 0,5 = 0,5; таим образом мы допсаем  рассмотрению все варианты, в оторых F не хже, чем 0,5. От табл. 6.4 переходим  табл. 6.5, де отображено это словие. Та б л и ц а 6 . 5

k

F = optk F = ∏ f q → max. F°ω F

q=1

Или, для слчая трех ритериев: для аждой строчи вычисляется произведение: f11 · f12 · f13, f21 · f22 · f23, f31 · f32 · f33, и среди этих произведений ищется масимм — это и бдет лчший вариант по данном омпромисс. Использя эти соотношения, полчим: 1-й вариант — 0,4 · 1 · 0,25 = 0,1; 2-й вариант — 0,8 · 0,7 · 0,5 = 0,28; 3-й вариант — 1 · 0,6 · 1 = 0,6 (max). 226

Крит.

F

R

V

1

—

—

—

2

0,8

0,7

0,5

3

1

0,6

1

№ вар.

Из рассмотрения ислючается первый вариант. Теперь в табл.6.5 выбираем наилчший вариант по ритерию R — это 0,7. Таим образом, при наложении стпи на ритерий F, равный 0,5, мы пришли  выбор варианта два. Совершенно анало ично можно наложить стп и на второй по важности ритерий. Мы не бдем это о делать. Вывод: при использовании принципа последовательной стпи выбирается второй вариант. 227

и та из этих смм, оторая оажется масимальной, соответствет лчшем вариант. Воспольземся этими соотношениями: 1-й вариант — 0,4 + 1 + 0,25 = 1,65; 2-й вариант — 0,8 + 0,7 + 0,5 = 2,0; 3-й вариант — 1 + 0,6 + 1 = 2,6 (max). Просматривая значения полченных смм, выбираем масимальное значение, это и бдет наилчшим вариантом. Вывод: если задаться принципом абсолютной стпи, то предпочтение следет отдать вариант три. Принцип относительной стпи. Формально он записывается с помощью следюще о соотношения: F = optk F = { F | ∑ x j l ∑ x i }, F ° ωF

∆f f j max

j ∈ J(+)

j ∈ I(–)

∆f f i max

j i де xj = ----------- , xi = ------------ есть относительные значения приращения

лоальных ритериев. В аждом столбце находится масимальное значение лоально о ритерия. После это о необходимо перейти  новой таблице, поделив все числа в столбцах предыдщей таблицы на масимальное значение в аждом столбце. Далее, с этой новой таблицей выполняются те же процедры, что и в принципе абсолютной стпи. Можно поазать, что при использовании это о омпромисса оптимальном вариант соответствет модель масимизации произведения лоальных ритериев. Формально:

Вывод: если в ачестве схемы омпромисса выбрать принцип относительной стпи,то предпочтение следет отдать вариант три. 2.3. Принцип выделения одно о оптимизиремо о ритерия. При выборе модели плоттера лавным ритерием является формат печатаемых материалов F, поэтом, просматривая первый столбец в табл. 6.4, необходимо найти масимальное значение соответствюще о ритерия: 0,4; 0,8; 1 (mах). Масимальное значение соответствет третьем вариант, это и бдет оптимальным вариантом. Вывод: оптимальным вариантом является третий при использовании принципа выделения одно о оптимизиремо о ритерия. 2.4. Принцип последовательной стпи. Псть важность лоальных ритериев соответствет их последовательной записи в табл. 6.3, т. е. самым важным параметром является форма, менее важным — разрешение, и наименее важным — объём памяти. Просматриваем первый столбец табл. 6.4 и выбираем вариант, в отором F дости ает масимма: 0,4; 0,8; 1 (max). Псть теперь мы со ласны наложить «стп» на ритерий F, и псть эта «стпа» бдет равна ∆F = 0,5; то да имеем F1, max – ∆ f1 = = 1 – 0,5 = 0,5; таим образом мы допсаем  рассмотрению все варианты, в оторых F не хже, чем 0,5. От табл. 6.4 переходим  табл. 6.5, де отображено это словие. Та б л и ц а 6 . 5

k

F = optk F = ∏ f q → max. F°ω F

q=1

Или, для слчая трех ритериев: для аждой строчи вычисляется произведение: f11 · f12 · f13, f21 · f22 · f23, f31 · f32 · f33, и среди этих произведений ищется масимм — это и бдет лчший вариант по данном омпромисс. Использя эти соотношения, полчим: 1-й вариант — 0,4 · 1 · 0,25 = 0,1; 2-й вариант — 0,8 · 0,7 · 0,5 = 0,28; 3-й вариант — 1 · 0,6 · 1 = 0,6 (max). 226

Крит.

F

R

V

1

—

—

—

2

0,8

0,7

0,5

3

1

0,6

1

№ вар.

Из рассмотрения ислючается первый вариант. Теперь в табл.6.5 выбираем наилчший вариант по ритерию R — это 0,7. Таим образом, при наложении стпи на ритерий F, равный 0,5, мы пришли  выбор варианта два. Совершенно анало ично можно наложить стп и на второй по важности ритерий. Мы не бдем это о делать. Вывод: при использовании принципа последовательной стпи выбирается второй вариант. 227

3. Выбор наилчшео варианта с четом приоритета лоальных ритериев. Псть приоритет ритериев задан следющим ветором λ = (1, 2, 4). Переходим  весовом ветор: A = λ1λ2λ3 + λ2λ3 + λ3 = 8 + 8 + 4 = 20; λ λ λ A 20 λ2 λ3 8 α2 = ----------= ----- = 0,4; A 20 λ 4 α3 = ----3- = ----- = 0,2. A 20

8 1 2 3 α1 = ----------------- = ------ = 0,4;

Имеем: α = (α1, α2, α3) = (0,4; 0,4; 0,2). И от табл. 6.4 переходим  табл. 6.6, в оторю подставляем вместо fi → αi fi . Та б л и ц а 6 . 6 Крит.

F

R

V

1

0,16

0,4

0,1

2

0,32

0,28

0,2

3

0,2

0,12

0,2

№ вар.

Теперь воспольземся известными схемами омпромисса. 3.1. Принцип равномерности. Принцип равенства. Слчай, о да все лоальные ритерии равны межд собой, отстствет, поэтом эта модифиация применена быть не может. Принцип вазиравенства. Выбираем вариант,  оторо о лоальные ритерии в масимальной степени равны межд собой. Вывод: по принцип вазиравенства предпочтение следет отдать втором вариант. Принцип масимина. Рассматривая табл.6.6 построчно, в аждой строе выделяем минимальное значение лоально о ритерия: 1-я строа — 0,1; 2-я строа — 0,2 (max); 3-я строа — 0,12. Просматривая эти числа, среди них находим масимальное значение, оно соответствет вариант два. 228

Вывод: если воспользоваться принципом масимина, то предпочтение следет отдать вариант два. 3.2. Принцип справедливой стпи. Принцип абсолютной стпи. Воспольземся здесь и ниже материалом, изложенным в первой части задачи. 1-й вариант — 0,16 + 0,4 + 0,1 = 0,66; 2-й вариант — 0,32 + 0,28 + 0,2 = 0,8; (max); 3-й вариант — 0,2 + 0,12 + 0,2 = 0,52. Просматривая значения полченных смм, выбираем масимальное значение, это и бдет наилчшим вариантом. Вывод: если задаться принципом абсолютной стпи, то предпочтение следет отдать вариант два. Принцип относительной стпи. 1-й вариант — 0,16 · 0,4 · 0,1 = 0,0064; 2-й вариант — 0,32 · 0,28 · 0,2 = 0,01792; (max); 3-й вариант — 0,2 · 0,12 · 0,2 = 0,0048. Просматривая полченные значения, выбираем масимальное значение, это и бдет наилчшим вариантом. Вывод: если в ачестве принципа выбрать принцип относительной стпи, то предпочтение следет отдать вариант два. 3.3. Принцип выделения одно о оптимизиремо о ритерия. При выборе модели плоттера лавным ритерием является формат печатаемых материалов F, поэтом, просматривая первый столбец в табл.6.6, необходимо найти масимальное значение: 0,16; 0,32 (max); 0,2. Масимальное значение соответствет втором вариант, это и бдет оптимальным вариантом. Вывод: оптимальным вариантом является второй при использовании принципа выделения одно о оптимизиремо о ритерия. 3.4. Принцип последовательной стпи. Псть важность лоальных ритериев соответствет их последовательной записи в табл.6.6, т.е. важнейшим параметром является форма, менее важным — разрешение, и наименее важным — объём памяти. Просматриваем первый столбец табл. 6.6 и выбираем вариант, в отором F дости ает масимма: 0,16; 0,32; (max); 0,2. Псть теперь мы со ласны наложить «стп» на ритерий F, и псть эта «стпа» бдет равна ∆F = 0,15, то да имеем F1, max – ∆ f1 = = 0,32 – 0,15 = 0,17, таим образом, мы допсаем  рассмотрению все варианты, в оторых F не хже, чем 0,17. От табл. 6.6 переходим  табл. 6.7, де отображено это словие: 229

3. Выбор наилчшео варианта с четом приоритета лоальных ритериев. Псть приоритет ритериев задан следющим ветором λ = (1, 2, 4). Переходим  весовом ветор: A = λ1λ2λ3 + λ2λ3 + λ3 = 8 + 8 + 4 = 20; λ λ λ A 20 λ2 λ3 8 α2 = ----------= ----- = 0,4; A 20 λ 4 α3 = ----3- = ----- = 0,2. A 20

8 1 2 3 α1 = ----------------- = ------ = 0,4;

Имеем: α = (α1, α2, α3) = (0,4; 0,4; 0,2). И от табл. 6.4 переходим  табл. 6.6, в оторю подставляем вместо fi → αi fi . Та б л и ц а 6 . 6 Крит.

F

R

V

1

0,16

0,4

0,1

2

0,32

0,28

0,2

3

0,2

0,12

0,2

№ вар.

Теперь воспольземся известными схемами омпромисса. 3.1. Принцип равномерности. Принцип равенства. Слчай, о да все лоальные ритерии равны межд собой, отстствет, поэтом эта модифиация применена быть не может. Принцип вазиравенства. Выбираем вариант,  оторо о лоальные ритерии в масимальной степени равны межд собой. Вывод: по принцип вазиравенства предпочтение следет отдать втором вариант. Принцип масимина. Рассматривая табл.6.6 построчно, в аждой строе выделяем минимальное значение лоально о ритерия: 1-я строа — 0,1; 2-я строа — 0,2 (max); 3-я строа — 0,12. Просматривая эти числа, среди них находим масимальное значение, оно соответствет вариант два. 228

Вывод: если воспользоваться принципом масимина, то предпочтение следет отдать вариант два. 3.2. Принцип справедливой стпи. Принцип абсолютной стпи. Воспольземся здесь и ниже материалом, изложенным в первой части задачи. 1-й вариант — 0,16 + 0,4 + 0,1 = 0,66; 2-й вариант — 0,32 + 0,28 + 0,2 = 0,8; (max); 3-й вариант — 0,2 + 0,12 + 0,2 = 0,52. Просматривая значения полченных смм, выбираем масимальное значение, это и бдет наилчшим вариантом. Вывод: если задаться принципом абсолютной стпи, то предпочтение следет отдать вариант два. Принцип относительной стпи. 1-й вариант — 0,16 · 0,4 · 0,1 = 0,0064; 2-й вариант — 0,32 · 0,28 · 0,2 = 0,01792; (max); 3-й вариант — 0,2 · 0,12 · 0,2 = 0,0048. Просматривая полченные значения, выбираем масимальное значение, это и бдет наилчшим вариантом. Вывод: если в ачестве принципа выбрать принцип относительной стпи, то предпочтение следет отдать вариант два. 3.3. Принцип выделения одно о оптимизиремо о ритерия. При выборе модели плоттера лавным ритерием является формат печатаемых материалов F, поэтом, просматривая первый столбец в табл.6.6, необходимо найти масимальное значение: 0,16; 0,32 (max); 0,2. Масимальное значение соответствет втором вариант, это и бдет оптимальным вариантом. Вывод: оптимальным вариантом является второй при использовании принципа выделения одно о оптимизиремо о ритерия. 3.4. Принцип последовательной стпи. Псть важность лоальных ритериев соответствет их последовательной записи в табл.6.6, т.е. важнейшим параметром является форма, менее важным — разрешение, и наименее важным — объём памяти. Просматриваем первый столбец табл. 6.6 и выбираем вариант, в отором F дости ает масимма: 0,16; 0,32; (max); 0,2. Псть теперь мы со ласны наложить «стп» на ритерий F, и псть эта «стпа» бдет равна ∆F = 0,15, то да имеем F1, max – ∆ f1 = = 0,32 – 0,15 = 0,17, таим образом, мы допсаем  рассмотрению все варианты, в оторых F не хже, чем 0,17. От табл. 6.6 переходим  табл. 6.7, де отображено это словие: 229

Та б л и ц а 6 . 7 Крит.

F

R

V

1

—

—

—

2

0,32

0,28

0,2

3

0,2

0,12

0,2

№ вар.

Из рассмотрения ислючается первый вариант. Теперь в табл. 6.7 выбираем наилчший вариант по ритерию R, это 0,28. Таим образом, при наложении стпи на ритерий F, равный 0,17, мы пришли  выбор второ о варианта. Вывод: при использовании принципа последовательной стпи выбирается второй вариант. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассмотрите основные словия, в оторых осществляется выбор решения. 2. Перечислите основные рппы ораничивающих фаторов. 3. Что таое внешние и внтренние параметры? 4. Рассмотрите математичесю модель оптимальноо проетирования. 5. Рассажите, а реализется процесс принятия решений. 6. Сформлирйте общю постанов задачи принятия решений. 7. Приведите лассифиацию задач принятия решений. 8. В чем сщность одноритериальной задачи принятия решений? 9. Ка мот приниматься решения в словиях риса? 10. В чем отличия решений в словиях риса и в словиях неопределенности? 11. Рассмотрите основные ритерии оптимальности выбора решений в словиях неопределенности. 12. В чем сщность мнооритериальной задачи принятия решений? 13. Что представляет собой принцип равномерности? 14. В чем залючается принцип справедливой стпи? 15. В чем отличия принципа абсолютной стпи от принципа относительной стпи? 16. Поясните принцип выделения одноо оптимизиремоо ритерия. 17. Что представляет собой принцип последовательной стпи? 18. Что таое сверта лоальных ритериев? 19. Рассмотрите способы нормализации лоальных ритериев. 20. Рассмотрите способы задания и чета приоритета лоальных ритериев. 21. Что представляет собой ряд приоритета? 22. Что таое ветор приоритета? Ка задается весовой ветор? 23. Каим образом обычно оличественно задается приоритет ритериев? 24. Чем отличаются др от дра «жестий» и «ибий» приоритеты?

230

Раздел 2 ПРИКЛАДНЫЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ Глава 7 ВИДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Всяое правление предпола ает наличие объета правления и правляюще о ор ана. Объеты правления чрезвычайно разнообразны: предприятие, сложная техноло ичесая станова, отрасль народно о хозяйства, живой ор анизм или е о часть, чебное заведение, ород, область, респблиа. Управление представляет собой сложный информационный процесс. Желательно, чтобы правление осществлялось наилчшим образом, было оптимальным. В этой лаве рассматриваются различные виды правления: централизованное, децентрализованное и иерархичесое. Таже анализирются типовые ор анизационные стртры правления производством. Та а в онтре правления сложной системы обязательно наличие человеа (т. е. сложная система все да является эр атичесой, или человео-машинной системой), то на человеа возла ается часть фнций правления, причем наиболее ответственных. Ибо тольо челове способен честь при правлении системой таие неформализемые поа фаторы, а социальные, психоло ичесие, моральные и физиоло ичесие.

7.1. Централизованное и децентрализованное правление Централизованный вид правления предпола ает реализацию всех процессов правления объетами в едином центральном оране правления. Этот ор ан собирает информацию о состоянии всех объетов правления, осществляет ее обработ и аждом объет правления выдает свою собственню правляющю оманд (рис. 7.1).Управляющий ор ан воздействет на объет правления посредством выдачи оманд. Эт информацию называют распорядительной. Посоль ор ан правления не безразлично 231

Та б л и ц а 6 . 7 Крит.

F

R

V

1

—

—

—

2

0,32

0,28

0,2

3

0,2

0,12

0,2

№ вар.

Из рассмотрения ислючается первый вариант. Теперь в табл. 6.7 выбираем наилчший вариант по ритерию R, это 0,28. Таим образом, при наложении стпи на ритерий F, равный 0,17, мы пришли  выбор второ о варианта. Вывод: при использовании принципа последовательной стпи выбирается второй вариант. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассмотрите основные словия, в оторых осществляется выбор решения. 2. Перечислите основные рппы ораничивающих фаторов. 3. Что таое внешние и внтренние параметры? 4. Рассмотрите математичесю модель оптимальноо проетирования. 5. Рассажите, а реализется процесс принятия решений. 6. Сформлирйте общю постанов задачи принятия решений. 7. Приведите лассифиацию задач принятия решений. 8. В чем сщность одноритериальной задачи принятия решений? 9. Ка мот приниматься решения в словиях риса? 10. В чем отличия решений в словиях риса и в словиях неопределенности? 11. Рассмотрите основные ритерии оптимальности выбора решений в словиях неопределенности. 12. В чем сщность мнооритериальной задачи принятия решений? 13. Что представляет собой принцип равномерности? 14. В чем залючается принцип справедливой стпи? 15. В чем отличия принципа абсолютной стпи от принципа относительной стпи? 16. Поясните принцип выделения одноо оптимизиремоо ритерия. 17. Что представляет собой принцип последовательной стпи? 18. Что таое сверта лоальных ритериев? 19. Рассмотрите способы нормализации лоальных ритериев. 20. Рассмотрите способы задания и чета приоритета лоальных ритериев. 21. Что представляет собой ряд приоритета? 22. Что таое ветор приоритета? Ка задается весовой ветор? 23. Каим образом обычно оличественно задается приоритет ритериев? 24. Чем отличаются др от дра «жестий» и «ибий» приоритеты?

230

Раздел 2 ПРИКЛАДНЫЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ Глава 7 ВИДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Всяое правление предпола ает наличие объета правления и правляюще о ор ана. Объеты правления чрезвычайно разнообразны: предприятие, сложная техноло ичесая станова, отрасль народно о хозяйства, живой ор анизм или е о часть, чебное заведение, ород, область, респблиа. Управление представляет собой сложный информационный процесс. Желательно, чтобы правление осществлялось наилчшим образом, было оптимальным. В этой лаве рассматриваются различные виды правления: централизованное, децентрализованное и иерархичесое. Таже анализирются типовые ор анизационные стртры правления производством. Та а в онтре правления сложной системы обязательно наличие человеа (т. е. сложная система все да является эр атичесой, или человео-машинной системой), то на человеа возла ается часть фнций правления, причем наиболее ответственных. Ибо тольо челове способен честь при правлении системой таие неформализемые поа фаторы, а социальные, психоло ичесие, моральные и физиоло ичесие.

7.1. Централизованное и децентрализованное правление Централизованный вид правления предпола ает реализацию всех процессов правления объетами в едином центральном оране правления. Этот ор ан собирает информацию о состоянии всех объетов правления, осществляет ее обработ и аждом объет правления выдает свою собственню правляющю оманд (рис. 7.1).Управляющий ор ан воздействет на объет правления посредством выдачи оманд. Эт информацию называют распорядительной. Посоль ор ан правления не безразлично 231

поведение объета правления, все да пристствет обратная связь — это осведомительная информация. Она сообщает ор ан правления о состоянии объета правления. 1 2 ... N Достоинства таой стртры: — создается принципиальная возможность реализации лобальÓïðàâëÿþùèé îðãàí но-оптимально о правления системой в целом, посоль Îáúåêòû óïðàâëåíèÿ аждое правляющее воздействие вырабатывается на основе Рис. 7.1. Централизованная всей информации о системе; стртра правления — достаточно просто реализются процессы информационноо взаимодействия; — ислючается необходимость в пересылах промежточных резльтатов процессов правления; — достаточно ле о осществляется орретирова оперативно изменяющихся данных; — возниает возможность достижения масимальной эсплатационной эффетивности при минимальной избыточности техничесих средств. С системотехничесой точи зрения основными недостатами стртры с централизованным правлением являются: — необходимость для ор ана правления собирать, запоминать и обрабатывать чрезвычайно большие объемы информации; — необходимость наличия запоминающих стройств очень большо о объема; — необходимость использования вычислительных средств очень высоой производительности; — чрезвычайно высоие требования по надежности о всем элементам техничесо о обеспечения и о всем элементам про раммно о обеспечения, потом что выход из строя любо о элемента приводит  выход из строя всей системы; — высоая сммарная протяженность и пере рженность аналов связи при наличии территориально разнесенных объетов правления. В централизованном виде правления сществет еще одна разновидность правления — та называемая централизованная рассредоточенная стртра. В рассматриваемой стртре (рис. 7.2) сохраняются все свойства и особенности принципа централизованно о правления, а 232

именно: выработа правляюще о воздействия на аждый объет правления осществляется на основе информации о состоянии всей совопности объетов правления. Однао в отличие от полностью централизованной стртры она не имеет четой лоализации в едином правляющем ор ане. Ал оритмы правления в этом слчае состоят из совопности взаимосвязанных ал оритмов правления объетами. В процессе фнционирования аждый правляющий ор ан производит прием и обработ соответствющей информации, а таже выдач правляющих оманд на подчиненные объеты. Кроме то о, аждый лоальный ор ан правления по мере необходимости встпает в процесс информационно о взаимодействия с др ими ор анами правления. Достоинства таой стртры: — снижение требований  объемам памяти, производительности и надежности аждо о правляюще о ор ана без снижения ачества правления; — сммарная протяженность и стоимость аналов связи в таой системе может быть снижена. К недостатам следет отнести: — сложненность информационных процессов вследствие необходимости обмена данными межд центрами обработи; — сложность орретирови хранимой в памяти системы информации; — значительная избыточность техничесих средств и, следовательно, повышение расходов на их приобретение, монтаж и эсплатацию; — сложность синхронизации процессов обмена информацией. Îðãàíû óïðàâëåíèÿ ... ... ... 1

1

...

... ... ... ...

... 2

...

N

1

K

...

Îáúåêòû óïðàâëåíèÿ

Рис. 7.2. Централизованная рассредоточенная стртра правления

233

поведение объета правления, все да пристствет обратная связь — это осведомительная информация. Она сообщает ор ан правления о состоянии объета правления. 1 2 ... N Достоинства таой стртры: — создается принципиальная возможность реализации лобальÓïðàâëÿþùèé îðãàí но-оптимально о правления системой в целом, посоль Îáúåêòû óïðàâëåíèÿ аждое правляющее воздействие вырабатывается на основе Рис. 7.1. Централизованная всей информации о системе; стртра правления — достаточно просто реализются процессы информационноо взаимодействия; — ислючается необходимость в пересылах промежточных резльтатов процессов правления; — достаточно ле о осществляется орретирова оперативно изменяющихся данных; — возниает возможность достижения масимальной эсплатационной эффетивности при минимальной избыточности техничесих средств. С системотехничесой точи зрения основными недостатами стртры с централизованным правлением являются: — необходимость для ор ана правления собирать, запоминать и обрабатывать чрезвычайно большие объемы информации; — необходимость наличия запоминающих стройств очень большо о объема; — необходимость использования вычислительных средств очень высоой производительности; — чрезвычайно высоие требования по надежности о всем элементам техничесо о обеспечения и о всем элементам про раммно о обеспечения, потом что выход из строя любо о элемента приводит  выход из строя всей системы; — высоая сммарная протяженность и пере рженность аналов связи при наличии территориально разнесенных объетов правления. В централизованном виде правления сществет еще одна разновидность правления — та называемая централизованная рассредоточенная стртра. В рассматриваемой стртре (рис. 7.2) сохраняются все свойства и особенности принципа централизованно о правления, а 232

именно: выработа правляюще о воздействия на аждый объет правления осществляется на основе информации о состоянии всей совопности объетов правления. Однао в отличие от полностью централизованной стртры она не имеет четой лоализации в едином правляющем ор ане. Ал оритмы правления в этом слчае состоят из совопности взаимосвязанных ал оритмов правления объетами. В процессе фнционирования аждый правляющий ор ан производит прием и обработ соответствющей информации, а таже выдач правляющих оманд на подчиненные объеты. Кроме то о, аждый лоальный ор ан правления по мере необходимости встпает в процесс информационно о взаимодействия с др ими ор анами правления. Достоинства таой стртры: — снижение требований  объемам памяти, производительности и надежности аждо о правляюще о ор ана без снижения ачества правления; — сммарная протяженность и стоимость аналов связи в таой системе может быть снижена. К недостатам следет отнести: — сложненность информационных процессов вследствие необходимости обмена данными межд центрами обработи; — сложность орретирови хранимой в памяти системы информации; — значительная избыточность техничесих средств и, следовательно, повышение расходов на их приобретение, монтаж и эсплатацию; — сложность синхронизации процессов обмена информацией. Îðãàíû óïðàâëåíèÿ ... ... ... 1

1

...

... ... ... ...

... 2

...

N

1

K

...

Îáúåêòû óïðàâëåíèÿ

Рис. 7.2. Централизованная рассредоточенная стртра правления

233

Децентрализованное правление предпола ает распределение фнций правления по отдельным элементам сложной системы (рис 7.3). Построение системы с таой стртрой возможно тольо в слчае 1 2 ... N независимости объетов правления по материальным, энер етичесим, Рис. 7.3. Децентрализованинформационным и иным ресрсам. ная стртра правления Для выработи правляюще о воздействия на аждый объет необходима информация тольо о состоянии это о объета и безразлична информация о coстоянии др их объетов. Фатичеси децентрализованная стртра представляет собой совопность несольих независимых систем, аждая из оторых обладает своей информационной, ал оритмичесой, техничесой и прочими базами. Децентрализованное правление свободно от мно их недостатов чисто централизованно о правления. Однао по сравнению с централизованным  децентрализованно о правления имеются очевидные недостати. К их числ относятся: — возможная разность правления при одинаовых объетах правления; — высоая стоимость системы правления; — соращение перерабатываемой информации может привести  снижению ачества правления. Поэтом в сложных системах правления, а правило, относится  промежточном тип, о да степень централизации находится межд двмя райними слчаями чисто централизованно о и децентрализованно о правления. 1

2

...

N

во второй половине V в. афинсим еписопом Дионисием Ареопа итом в трататах «О небесной иерархии» и «О церовной иерархии» и до XIX в. потреблялся для харатеристии ор анизации христиансой церви. В нае понятие «иерархия» стало разрабатываться со второй половины XIX в. и применялось для описания сословно-лассово о деления общества и харатеристии стртры власти, в особенности бюроратии. В XX в. с появлением общей теории систем понятие «иерархия» стало применяться для описания любых системных объетов. Иерархичеси ор анизованные формы сществют во всех сферах объетивной реальности: неор аничесой, биоло ичесой, социальной. В общей теории ор анизации иерархия харатеризет принцип правления, обеспечивающий эффетивное фнционирование ор анизации; в лин вистие различают иерархии ровней языа; в теории рафов — иерархичеси построенный раф («дерево»). Иерархичесий принцип правления — это принцип построения мно остпенчатых систем правления, при отором фнции правления распределяются межд соподчиненными частями системы. В соответствии с иерархичесим принципом обобщенные правляющие си налы подсистем высше о ровня постпают для правления подчиненными подсистемами и, наоборот, онретные осведомительные и задающие си налы низших ровней иерархии использются для формирования правляющих си налов вышестоящих. Идея иерархичесой стртры представлена на рис. 7.4. Îðãàíû óïðàâëåíèÿ

7.2. Иерархичесое правление В нае и техние известны слчаи, о да из двх различных принципов возможен третий, в отором ислючаются недостати обоих принципов и объединяются тольо преимщества. К таом слчаю относится иерархичесое правление, в отором налицо сммирование преимществ а централизованно о, та и децентрализованно о правления и отстствие их недостатов. Понятие «иерархия» ( реч. hierarchia, от hieros — священный и arche — власть) — это расположение частей и элементов цело о в поряде от высше о  низшем. Термин «иерархия» был введен 234

... ...

... ...

...

... Îáúåêòû óïðàâëåíèÿ

Рис. 7.4. Иерархичесая стртра

235

Децентрализованное правление предпола ает распределение фнций правления по отдельным элементам сложной системы (рис 7.3). Построение системы с таой стртрой возможно тольо в слчае 1 2 ... N независимости объетов правления по материальным, энер етичесим, Рис. 7.3. Децентрализованинформационным и иным ресрсам. ная стртра правления Для выработи правляюще о воздействия на аждый объет необходима информация тольо о состоянии это о объета и безразлична информация о coстоянии др их объетов. Фатичеси децентрализованная стртра представляет собой совопность несольих независимых систем, аждая из оторых обладает своей информационной, ал оритмичесой, техничесой и прочими базами. Децентрализованное правление свободно от мно их недостатов чисто централизованно о правления. Однао по сравнению с централизованным  децентрализованно о правления имеются очевидные недостати. К их числ относятся: — возможная разность правления при одинаовых объетах правления; — высоая стоимость системы правления; — соращение перерабатываемой информации может привести  снижению ачества правления. Поэтом в сложных системах правления, а правило, относится  промежточном тип, о да степень централизации находится межд двмя райними слчаями чисто централизованно о и децентрализованно о правления. 1

2

...

N

во второй половине V в. афинсим еписопом Дионисием Ареопа итом в трататах «О небесной иерархии» и «О церовной иерархии» и до XIX в. потреблялся для харатеристии ор анизации христиансой церви. В нае понятие «иерархия» стало разрабатываться со второй половины XIX в. и применялось для описания сословно-лассово о деления общества и харатеристии стртры власти, в особенности бюроратии. В XX в. с появлением общей теории систем понятие «иерархия» стало применяться для описания любых системных объетов. Иерархичеси ор анизованные формы сществют во всех сферах объетивной реальности: неор аничесой, биоло ичесой, социальной. В общей теории ор анизации иерархия харатеризет принцип правления, обеспечивающий эффетивное фнционирование ор анизации; в лин вистие различают иерархии ровней языа; в теории рафов — иерархичеси построенный раф («дерево»). Иерархичесий принцип правления — это принцип построения мно остпенчатых систем правления, при отором фнции правления распределяются межд соподчиненными частями системы. В соответствии с иерархичесим принципом обобщенные правляющие си налы подсистем высше о ровня постпают для правления подчиненными подсистемами и, наоборот, онретные осведомительные и задающие си налы низших ровней иерархии использются для формирования правляющих си налов вышестоящих. Идея иерархичесой стртры представлена на рис. 7.4. Îðãàíû óïðàâëåíèÿ

7.2. Иерархичесое правление В нае и техние известны слчаи, о да из двх различных принципов возможен третий, в отором ислючаются недостати обоих принципов и объединяются тольо преимщества. К таом слчаю относится иерархичесое правление, в отором налицо сммирование преимществ а централизованно о, та и децентрализованно о правления и отстствие их недостатов. Понятие «иерархия» ( реч. hierarchia, от hieros — священный и arche — власть) — это расположение частей и элементов цело о в поряде от высше о  низшем. Термин «иерархия» был введен 234

... ...

... ...

...

... Îáúåêòû óïðàâëåíèÿ

Рис. 7.4. Иерархичесая стртра

235

à)

á)

...

...

...

Рис. 7.5. Сть иерархичесоо правления

С ростом масштабов объетов правления чрезвычайно величивается необходимый объем перерабатываемой информации и сложность ал оритмов правления. В резльтате правлять централизованным способом становится же невозможно, хотя именно таое правление обеспечивает наилчшю со ласованность принимаемых решений. Та возниает необходимость разделения фнций и ор анов правления. Таое разделение, позволяя справиться с информационными трдностями аждо о лоально о ор ана правления, порождает необходимость со ласования принимаемых этими ор анами решений, т. е. порождает необходимость создания ново о ор ана правления более высоо о ровня. Таим образом, идея иерархичесо о правления сводится  следющем: псть мы имеем централизованню систем, в оторой ор ан правления не справляется с задачами правления (рис.7.5, а). То да для е о раз рзи на этот же ровень добавляется еще один ор ан правления. Для со ласования принимаемых ими решений на более высоий ровень правления добавляется еще один новый ор ан (рис 7.5, б). Та, по мере роста сложности правления выстраивается иерархичесая стртра. Поэтом лавной причиной иерархичесо о правления является несоответствие межд сложностью правляемо о объета и способностью правляюще о ор ана полчать и обрабатывать информацию. Кроме то о, применительно  промышленным ор анизационным системам объеты правления мо т иметь собственню иерархию, ото... рая чаще все о не совпадает с иерархией правляющей части (рис. 7.6). Рис. 7.6. Иерархия Иерархичесая ор анизация таих правляемой части 236

систем вознила не из потребностей правления, а под влиянием объетивных тенденций начно-техничесо о про ресса. Таими тенденциями являются: — рост сложности выпсаемых изделий; — рост сложности техноло ии производства; — рост сорости смены номенлатры выпсаемых изделий; — величение числа эономичесих единиц, занятых производством одно о и то о же изделия. Это объетивные системообразющие фаторы, определяющие иерархию производственных объетов в АС. Управляющие процессы в сложных системах требют своевременно о формирования правильных решений, оторые, во-первых, приводили бы  поставленным целям, во-вторых, были бы взаимно со ласованы, в-третьих, были бы своевременны. Каждое таое решение требет постанови соответствющих задач правления. Их совопность образет иерархию задач правления, оторая в ряде слчаев значительно сложнее иерархии объета правления. Решение этой иерархии задач правления является лавной фнцией ор анов правления. Таим образом, в ор анизационных иерархичесих системах имеет место: — иерархия объетов правления; — иерархия правляющей части, оторая, в свою очередь, содержит: а) иерархию ор анов правления, б) иерархию задач правления. Всем ор анизационным иерархичесим системам присщи следющие основные особенности: — последовательное вертиальное расположение подсистем, или, иначе оворя, вертиальная соподчиненность; — приоритет действий, или, иначе оворя, право вмешательства подсистем верхне о ровня в действия подсистем нижне о ровня; — зависимость действий подсистем верхне о ровня от фатичесо о исполнения подсистемами нижне о ровня своих фнций; — элементы верхне о ровня имеют дело с более широими аспетами поведения системы в целом, и, следовательно, они не мо т реа ировать на таие изменения в оржающей среде или в самом правляемом объете, с оторым имеют дело элементы более низих ровней; — чем выше ровень правления, тем больший период времени требется для формирования правляющих воздействий. Это связано с тем, что степень неопределенности ин237

à)

á)

...

...

...

Рис. 7.5. Сть иерархичесоо правления

С ростом масштабов объетов правления чрезвычайно величивается необходимый объем перерабатываемой информации и сложность ал оритмов правления. В резльтате правлять централизованным способом становится же невозможно, хотя именно таое правление обеспечивает наилчшю со ласованность принимаемых решений. Та возниает необходимость разделения фнций и ор анов правления. Таое разделение, позволяя справиться с информационными трдностями аждо о лоально о ор ана правления, порождает необходимость со ласования принимаемых этими ор анами решений, т. е. порождает необходимость создания ново о ор ана правления более высоо о ровня. Таим образом, идея иерархичесо о правления сводится  следющем: псть мы имеем централизованню систем, в оторой ор ан правления не справляется с задачами правления (рис.7.5, а). То да для е о раз рзи на этот же ровень добавляется еще один ор ан правления. Для со ласования принимаемых ими решений на более высоий ровень правления добавляется еще один новый ор ан (рис 7.5, б). Та, по мере роста сложности правления выстраивается иерархичесая стртра. Поэтом лавной причиной иерархичесо о правления является несоответствие межд сложностью правляемо о объета и способностью правляюще о ор ана полчать и обрабатывать информацию. Кроме то о, применительно  промышленным ор анизационным системам объеты правления мо т иметь собственню иерархию, ото... рая чаще все о не совпадает с иерархией правляющей части (рис. 7.6). Рис. 7.6. Иерархия Иерархичесая ор анизация таих правляемой части 236

систем вознила не из потребностей правления, а под влиянием объетивных тенденций начно-техничесо о про ресса. Таими тенденциями являются: — рост сложности выпсаемых изделий; — рост сложности техноло ии производства; — рост сорости смены номенлатры выпсаемых изделий; — величение числа эономичесих единиц, занятых производством одно о и то о же изделия. Это объетивные системообразющие фаторы, определяющие иерархию производственных объетов в АС. Управляющие процессы в сложных системах требют своевременно о формирования правильных решений, оторые, во-первых, приводили бы  поставленным целям, во-вторых, были бы взаимно со ласованы, в-третьих, были бы своевременны. Каждое таое решение требет постанови соответствющих задач правления. Их совопность образет иерархию задач правления, оторая в ряде слчаев значительно сложнее иерархии объета правления. Решение этой иерархии задач правления является лавной фнцией ор анов правления. Таим образом, в ор анизационных иерархичесих системах имеет место: — иерархия объетов правления; — иерархия правляющей части, оторая, в свою очередь, содержит: а) иерархию ор анов правления, б) иерархию задач правления. Всем ор анизационным иерархичесим системам присщи следющие основные особенности: — последовательное вертиальное расположение подсистем, или, иначе оворя, вертиальная соподчиненность; — приоритет действий, или, иначе оворя, право вмешательства подсистем верхне о ровня в действия подсистем нижне о ровня; — зависимость действий подсистем верхне о ровня от фатичесо о исполнения подсистемами нижне о ровня своих фнций; — элементы верхне о ровня имеют дело с более широими аспетами поведения системы в целом, и, следовательно, они не мо т реа ировать на таие изменения в оржающей среде или в самом правляемом объете, с оторым имеют дело элементы более низих ровней; — чем выше ровень правления, тем больший период времени требется для формирования правляющих воздействий. Это связано с тем, что степень неопределенности ин237

формации о состоянии системы повышается с номером ровня. Степень неопределенности зависит от непрерывно изменяюще ося состояния внешней среды, от стохастичесо о харатера фнционирования системы, от индивидальных харатеристи людей, частвющих в процессе правления, от мно означности ритериев оцени ачества фнционирования. В связи с этим за малый период правления не спевает наопиться необходимое оличество информации, достаточное для формирования правильно о правляюще о воздействия. Поэтом если длительность периода мала, то правляющая часть может реализовать тольо прощенные правляющие ал оритмы, соответствющие более рбым методам переработи информации и принятию правляющих решений; — чем ниже ровень правления, тем меньше эта неопределенность, и, следовательно, тем меньший период времени требется для выработи правильных правляющих воздействий.

7.3. Основные типы иерархий Определение мно оровневой иерархичесой стртры. Понятие мно оровневой иерархичесой стртры нельзя определить одной ратой и сжатой формлировой. Ка часто бывает в нае, дадим определение «мно оровневая иерархичесая стртра» перечислением присщих ей наиболее сщественных свойств. К ним относятся следющие: — вертиальная соподчиненность; — право вмешательства; — взаимозависимость действий. Вертиальная соподчиненность означает, что любая иерархия состоит из последовательно расположенных вертиально взаимодействющих подсистем, составляющих данню систем (вертиальная деомпозиция), а поазано на рис. 7.7. Заметим, что а входы X, та и выходы Y мо т быть распределены по всем ровням, хотя чаще все о обмен со средой происходит на более низом ровне. Взаимодействие межд ровнями не обязательно происходит тольо межд аждыми двмя близлежащими ровнями, а для простоты поазано на рис. 7.7. Право вмешательства, или приоритет действий подсистем верхне о ровня, носит для нижележащих ровней обязывающий харатер. В системах с детерминированным ал оритмом выполнения работы вмешательство обычно проявляется в виде изменения пара238

XN Âìåøàòåëüñòâî XN — 1

Ïîäñèñòåìà óðîâíÿ N Ïîäñèñòåìà óðîâíÿ N – 1

Âìåøàòåëüñòâî XN — k

Ñèñòåìà S YN Îáðàòíàÿ ñâÿçü YN — 1

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Ïîäñèñòåìà óðîâíÿ N – k

YN — k

Рис. 7.7. Вертиальное взаимодействие межд ровнями иерархий: X — входы, Y — выходы

метров подсистем нижележаще о ровня. В системах же с недетерминированным ал оритмом выполнения приоритет действий задает последовательный порядо полчения решений на разных ровнях. Чтобы подчернть значение приоритета в становлении поряда действий, элементы верхне о ровня называют вышестоящими (supremel) и нижне о — нижестоящими (infimal). Взаимозависимость действий вышестоящих и нижестоящих ровней стртры. Хотя вмешательство (приоритет действий) направлено сверх вниз в виде отдачи приазов или оманд, спешность фнционирования системы и фатичеси элементов любо о ровня зависит от поведения всех элементов системы. Та а само понятие приоритета подразмевает, что вмешательство предшествет действиям более низих ровней, спешность работы верхне о ровня зависит не тольо от осществляемых им действий, но и от соответствющих реаций нижних ровней, точнее от их сммарно о эффета. Поэтом можно считать, что ачество работы всей системы обеспечивается обратной связью, т. е. реациями на вмешательство, информация о оторых направляется сниз вверх. Таая взаимозависимость действий особенно очевидна в слчае, о да обмен со средой происходит в основном (или ислючительно) на самом нижнем ровне системы. Для лассифиации иерархий вводятся три понятия ровней: 1) ровень описания, или абстра ирования; 2) ровень сложности принимаемо о решения; 3) ор анизационный ровень. Чтобы различать эти ровня, потребляются следющие термины: «страта», «слой» и «эшелон». Термин «ровень» является родовым, относящимся  любом из этих понятий. При описании реальных иерар239

формации о состоянии системы повышается с номером ровня. Степень неопределенности зависит от непрерывно изменяюще ося состояния внешней среды, от стохастичесо о харатера фнционирования системы, от индивидальных харатеристи людей, частвющих в процессе правления, от мно означности ритериев оцени ачества фнционирования. В связи с этим за малый период правления не спевает наопиться необходимое оличество информации, достаточное для формирования правильно о правляюще о воздействия. Поэтом если длительность периода мала, то правляющая часть может реализовать тольо прощенные правляющие ал оритмы, соответствющие более рбым методам переработи информации и принятию правляющих решений; — чем ниже ровень правления, тем меньше эта неопределенность, и, следовательно, тем меньший период времени требется для выработи правильных правляющих воздействий.

7.3. Основные типы иерархий Определение мно оровневой иерархичесой стртры. Понятие мно оровневой иерархичесой стртры нельзя определить одной ратой и сжатой формлировой. Ка часто бывает в нае, дадим определение «мно оровневая иерархичесая стртра» перечислением присщих ей наиболее сщественных свойств. К ним относятся следющие: — вертиальная соподчиненность; — право вмешательства; — взаимозависимость действий. Вертиальная соподчиненность означает, что любая иерархия состоит из последовательно расположенных вертиально взаимодействющих подсистем, составляющих данню систем (вертиальная деомпозиция), а поазано на рис. 7.7. Заметим, что а входы X, та и выходы Y мо т быть распределены по всем ровням, хотя чаще все о обмен со средой происходит на более низом ровне. Взаимодействие межд ровнями не обязательно происходит тольо межд аждыми двмя близлежащими ровнями, а для простоты поазано на рис. 7.7. Право вмешательства, или приоритет действий подсистем верхне о ровня, носит для нижележащих ровней обязывающий харатер. В системах с детерминированным ал оритмом выполнения работы вмешательство обычно проявляется в виде изменения пара238

XN Âìåøàòåëüñòâî XN — 1

Ïîäñèñòåìà óðîâíÿ N Ïîäñèñòåìà óðîâíÿ N – 1

Âìåøàòåëüñòâî XN — k

Ñèñòåìà S YN Îáðàòíàÿ ñâÿçü YN — 1

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Ïîäñèñòåìà óðîâíÿ N – k

YN — k

Рис. 7.7. Вертиальное взаимодействие межд ровнями иерархий: X — входы, Y — выходы

метров подсистем нижележаще о ровня. В системах же с недетерминированным ал оритмом выполнения приоритет действий задает последовательный порядо полчения решений на разных ровнях. Чтобы подчернть значение приоритета в становлении поряда действий, элементы верхне о ровня называют вышестоящими (supremel) и нижне о — нижестоящими (infimal). Взаимозависимость действий вышестоящих и нижестоящих ровней стртры. Хотя вмешательство (приоритет действий) направлено сверх вниз в виде отдачи приазов или оманд, спешность фнционирования системы и фатичеси элементов любо о ровня зависит от поведения всех элементов системы. Та а само понятие приоритета подразмевает, что вмешательство предшествет действиям более низих ровней, спешность работы верхне о ровня зависит не тольо от осществляемых им действий, но и от соответствющих реаций нижних ровней, точнее от их сммарно о эффета. Поэтом можно считать, что ачество работы всей системы обеспечивается обратной связью, т. е. реациями на вмешательство, информация о оторых направляется сниз вверх. Таая взаимозависимость действий особенно очевидна в слчае, о да обмен со средой происходит в основном (или ислючительно) на самом нижнем ровне системы. Для лассифиации иерархий вводятся три понятия ровней: 1) ровень описания, или абстра ирования; 2) ровень сложности принимаемо о решения; 3) ор анизационный ровень. Чтобы различать эти ровня, потребляются следющие термины: «страта», «слой» и «эшелон». Термин «ровень» является родовым, относящимся  любом из этих понятий. При описании реальных иерар239

хичесих систем мо т использоваться все три понятия; слчаи, о да применяется тольо одно, являются ислючением. Страты. Уровни описания, или абстра ирования. Напомним, что основная дилемма при описании систем состоит в том, что приходится находить омпромисс межд простотой описания и необходимостью чета мно очисленных фаторов и харатеристи сложной системы. Разрешение этой дилеммы ищется в иерархичесом описании. Система задается семейством моделей, аждая из оторых описывает поведение системы с точи зрения различных ровней абстра ирования. Для аждо о ровня иерархии сществет ряд харатерных особенностей и переменных, заонов и принципов, с помощью оторых описывается поведение системы. Чтобы таое иерархичесое описание было эффетивным, необходима а можно большая независимость моделей для различных ровней системы. Таим образом, процесс расчленения системы на ровни, харатеризющие техноло ичесие, информационные и эономичесие аспеты ее фнционирования, называется стратифицированием системы, а сами ровни — стратами. На аждой страте в иерархии стртр имеется свой собственный набор переменных, оторые позволяют в значительной степени о раничить изчение тольо одной стратой. Независимость страт отрывает возможность для более лбоо о и детально о изчения системы, однао предположение о независимости страт может привести  неполном пониманию поведения системы в целом. Приведем несольо примеров систем, требющих стратифицированно о описания. 1. Модель ЭВМ. Фнционирование ЭВМ обычно описывается не менее чем на двх стратах (рис. 7.8). На первой страте система описывается на язые физичесих заонов, правляющих работой и взаимодействием ее составных частей, в то время а на второй страте имеют дело с абстратными нефизичесими понятиями: таими, а двоичные разряды, файлы, информационные потои и т. д. На страте физичесих заонов представляет интерес правильное фнционирование различных элетронных омпонентов, а на страте обработи информации — проблемы вычисления, про раммирования и т. п. 2. Автоматизированный промышленный омплес. Этот омплес обычно моделирют на трех стратах: 1) физичесие процессы обработи материалов и преобразования энер ии; 2) правление в обработа информации; 3) эономиа производства с точи зрения е о производительности и прибыльности (рис. 7.9). Заметим, что на любой из этих трех страт мы имеем дело с одним предметом — основным физичесим продтом. На первой страте он рассматривается а физичесий объет, оторый подлежит обработе в соответс240

твии с физичесими заонами, на второй страте е о рассматривают а правляемю переменню; на третьей страте это же товар а эономичесая ате ория. Для аждо о из этих аспетов системы имеется свое описание, однао система остается одной и той же. 3. Стртра системы правления народным хозяйством страны. Система правления народным хозяйством страны может быть ÝÂÌ Âõîä

Âõîä

Ñòðàòà 2: Ìàòåìàòè÷åñêèå îïåðàöèè (ïðîãðàììèðîâàíèå è ðåàëèçàöèÿ ïðîãðàììû)

Ñòðàòà 1: Ôèçè÷åñêèå îïåðàöèè

Âûõîä

Âûõîä

Рис. 7.8. Стратифицированное представление ЭВМ Ïðåäïðèÿòèå Ñòðàòà 3: Ýêîíîìè÷åñêèå ôàêòîðû Âìåøàòåëüñòâî

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Ñòðàòà 2: Îáðàáîòêà èíôîðìàöèè è óïðàâëåíèå Óïðàâëåíèå Ñûðüå

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Ñòðàòà 1: Ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû

Ãîòîâàÿ ïðîäóêöèÿ

Рис. 7.9. Стратифицированное представление автоматизированноо машинноо производства

241

хичесих систем мо т использоваться все три понятия; слчаи, о да применяется тольо одно, являются ислючением. Страты. Уровни описания, или абстра ирования. Напомним, что основная дилемма при описании систем состоит в том, что приходится находить омпромисс межд простотой описания и необходимостью чета мно очисленных фаторов и харатеристи сложной системы. Разрешение этой дилеммы ищется в иерархичесом описании. Система задается семейством моделей, аждая из оторых описывает поведение системы с точи зрения различных ровней абстра ирования. Для аждо о ровня иерархии сществет ряд харатерных особенностей и переменных, заонов и принципов, с помощью оторых описывается поведение системы. Чтобы таое иерархичесое описание было эффетивным, необходима а можно большая независимость моделей для различных ровней системы. Таим образом, процесс расчленения системы на ровни, харатеризющие техноло ичесие, информационные и эономичесие аспеты ее фнционирования, называется стратифицированием системы, а сами ровни — стратами. На аждой страте в иерархии стртр имеется свой собственный набор переменных, оторые позволяют в значительной степени о раничить изчение тольо одной стратой. Независимость страт отрывает возможность для более лбоо о и детально о изчения системы, однао предположение о независимости страт может привести  неполном пониманию поведения системы в целом. Приведем несольо примеров систем, требющих стратифицированно о описания. 1. Модель ЭВМ. Фнционирование ЭВМ обычно описывается не менее чем на двх стратах (рис. 7.8). На первой страте система описывается на язые физичесих заонов, правляющих работой и взаимодействием ее составных частей, в то время а на второй страте имеют дело с абстратными нефизичесими понятиями: таими, а двоичные разряды, файлы, информационные потои и т. д. На страте физичесих заонов представляет интерес правильное фнционирование различных элетронных омпонентов, а на страте обработи информации — проблемы вычисления, про раммирования и т. п. 2. Автоматизированный промышленный омплес. Этот омплес обычно моделирют на трех стратах: 1) физичесие процессы обработи материалов и преобразования энер ии; 2) правление в обработа информации; 3) эономиа производства с точи зрения е о производительности и прибыльности (рис. 7.9). Заметим, что на любой из этих трех страт мы имеем дело с одним предметом — основным физичесим продтом. На первой страте он рассматривается а физичесий объет, оторый подлежит обработе в соответс240

твии с физичесими заонами, на второй страте е о рассматривают а правляемю переменню; на третьей страте это же товар а эономичесая ате ория. Для аждо о из этих аспетов системы имеется свое описание, однао система остается одной и той же. 3. Стртра системы правления народным хозяйством страны. Система правления народным хозяйством страны может быть ÝÂÌ Âõîä

Âõîä

Ñòðàòà 2: Ìàòåìàòè÷åñêèå îïåðàöèè (ïðîãðàììèðîâàíèå è ðåàëèçàöèÿ ïðîãðàììû)

Ñòðàòà 1: Ôèçè÷åñêèå îïåðàöèè

Âûõîä

Âûõîä

Рис. 7.8. Стратифицированное представление ЭВМ Ïðåäïðèÿòèå Ñòðàòà 3: Ýêîíîìè÷åñêèå ôàêòîðû Âìåøàòåëüñòâî

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Ñòðàòà 2: Îáðàáîòêà èíôîðìàöèè è óïðàâëåíèå Óïðàâëåíèå Ñûðüå

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Ñòðàòà 1: Ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû

Ãîòîâàÿ ïðîäóêöèÿ

Рис. 7.9. Стратифицированное представление автоматизированноо машинноо производства

241

представлена в виде семи страт (рис. 7.10). Первые три нижние страты относятся  проблематие, связанной с решением задач автоматичесо о или автоматизированно о правления производством. На этих ровнях большю роль в процессе правления и рают автоматичесие средства, а не челове. На остальных (верхних) ровнях осществляется административное и ор анизационное (планирование эономии) правление, и большее значение в процессе это о правления принадлежит людям, а не автоматичесим стройствам. Примеров стратифицированно о описания систем можно привести очень мно о. Однао и приведенных примеров достаточно, чтобы сформлировать общие свойства стратифицированно о описания систем: 1. Выбор страт, в терминах оторых описывается данная система, зависит от наблюдателя, е о знания и заинтересованности в деятельности системы, хотя для мно их систем неоторые страты ажтся естественными, внтренне им присщими. 2. Аспеты описания фнционирования системы на различных стратах в общем слчае не связаны межд собой. Поэтом 7 ... ...

6 5

5

4 3

4 3

3

3

5

...

4 3

6

4 3

3

4 3

3

4 3

3

3

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

2 2 2 2 2 2 2 2

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

Рис. 7.10. Стратифицированное представление системы правления народным хозяйством страны (по В.А. Трапезниов): 1 — страта 1: автоматичесие реляторы ареатов; 2 — страта 2: системы правления ареатами; 3 — страта 3: СУ автоматичесими линиями; 4 — страта 4: цеховые СУ; 5 — страта 5: СУ предприятиями; 6 — страта 6: СУ отраслями народноо хозяйства; 7 — страта 7: СУ народным хозяйством

242

принципы и заоны, использемые для харатеристии системы на любой страте, в общем слчае не мо т быть выведены из принципов, использемых на др их стратах. 3. Сществет асимметричная зависимость межд словиями фнционирования системы на различных стратах. 4. На аждой страте имеется свой собственный набор терминов, онцепций и принципов. 5. Понимание системы возрастает при последовательном переходе от одной страты  др ой: чем ниже спсаемся по иерархии, тем более детальным становится расрытие системы; чем выше поднимаемся, тем яснее становится смысл и значение всей системы. Слои. Уровни сложности принимаемо о решения. Почти в любой реальной ситации принятия решения сществют две предельно простые, но чрезвычайно важные особенности: 1) о да приходит время принимать решения, принятие и выполнение решения нельзя отладывать; 2) неясность относительно последствий различных альтернативных действий и отстствие достаточных знаний об имеющихся связях препятствют .достаточно полном формализованном описанию ситации, необходимом для рационально о выбора действий. Эти два фатора приводят  основной дилемме принятия решения: с одной стороны, необходимо действовать немедленно, с др ой же — столь же необходимо, прежде чем пристпить  действиям, попытаться лчше понять ситацию. При принятии решения в сложных ситациях решение этой дилеммы ищт в иерархичесом подходе (рис. 7.11). Сложная проблема принятия решения разбивается на семейство последовательно расположенных более простых подпроблем Di , i = 1, n , та что решение всех подпроблем позволяет решить и исходню проблем Р. Таая иерархия называется иерархией слоев принятия решений, а вся система (D на рис. 7.11) — мно ослойной системой (принятия решений). Важным видом иерархий является фнциональная иерархия принятия решений или правления. Эта иерархия возниает в связи с тремя основными аспетами проблемы принятия решения в словиях полной неопределенности (рис. 7.12). Фнциональная иерархия, изображенная на рис. 7.12, состоит из трех слоев: 1. Слой выбора: задача это о слоя — выбор способа действий. 2. Слой общения, или адаптации: задача слоя — онретизация множества неопределенностей, с оторым имеет дело слой выбора. 3. Слой самоор анизации: задача слоя — выбор стртры, фнции и страте ии, оторые использются на нижележащих слоях, таим образом, чтобы по возможности приблизиться  лобальной цели. 243

представлена в виде семи страт (рис. 7.10). Первые три нижние страты относятся  проблематие, связанной с решением задач автоматичесо о или автоматизированно о правления производством. На этих ровнях большю роль в процессе правления и рают автоматичесие средства, а не челове. На остальных (верхних) ровнях осществляется административное и ор анизационное (планирование эономии) правление, и большее значение в процессе это о правления принадлежит людям, а не автоматичесим стройствам. Примеров стратифицированно о описания систем можно привести очень мно о. Однао и приведенных примеров достаточно, чтобы сформлировать общие свойства стратифицированно о описания систем: 1. Выбор страт, в терминах оторых описывается данная система, зависит от наблюдателя, е о знания и заинтересованности в деятельности системы, хотя для мно их систем неоторые страты ажтся естественными, внтренне им присщими. 2. Аспеты описания фнционирования системы на различных стратах в общем слчае не связаны межд собой. Поэтом 7 ... ...

6 5

5

4 3

4 3

3

3

5

...

4 3

6

4 3

3

4 3

3

4 3

3

3

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

2 2 2 2 2 2 2 2

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

Рис. 7.10. Стратифицированное представление системы правления народным хозяйством страны (по В.А. Трапезниов): 1 — страта 1: автоматичесие реляторы ареатов; 2 — страта 2: системы правления ареатами; 3 — страта 3: СУ автоматичесими линиями; 4 — страта 4: цеховые СУ; 5 — страта 5: СУ предприятиями; 6 — страта 6: СУ отраслями народноо хозяйства; 7 — страта 7: СУ народным хозяйством

242

принципы и заоны, использемые для харатеристии системы на любой страте, в общем слчае не мо т быть выведены из принципов, использемых на др их стратах. 3. Сществет асимметричная зависимость межд словиями фнционирования системы на различных стратах. 4. На аждой страте имеется свой собственный набор терминов, онцепций и принципов. 5. Понимание системы возрастает при последовательном переходе от одной страты  др ой: чем ниже спсаемся по иерархии, тем более детальным становится расрытие системы; чем выше поднимаемся, тем яснее становится смысл и значение всей системы. Слои. Уровни сложности принимаемо о решения. Почти в любой реальной ситации принятия решения сществют две предельно простые, но чрезвычайно важные особенности: 1) о да приходит время принимать решения, принятие и выполнение решения нельзя отладывать; 2) неясность относительно последствий различных альтернативных действий и отстствие достаточных знаний об имеющихся связях препятствют .достаточно полном формализованном описанию ситации, необходимом для рационально о выбора действий. Эти два фатора приводят  основной дилемме принятия решения: с одной стороны, необходимо действовать немедленно, с др ой же — столь же необходимо, прежде чем пристпить  действиям, попытаться лчше понять ситацию. При принятии решения в сложных ситациях решение этой дилеммы ищт в иерархичесом подходе (рис. 7.11). Сложная проблема принятия решения разбивается на семейство последовательно расположенных более простых подпроблем Di , i = 1, n , та что решение всех подпроблем позволяет решить и исходню проблем Р. Таая иерархия называется иерархией слоев принятия решений, а вся система (D на рис. 7.11) — мно ослойной системой (принятия решений). Важным видом иерархий является фнциональная иерархия принятия решений или правления. Эта иерархия возниает в связи с тремя основными аспетами проблемы принятия решения в словиях полной неопределенности (рис. 7.12). Фнциональная иерархия, изображенная на рис. 7.12, состоит из трех слоев: 1. Слой выбора: задача это о слоя — выбор способа действий. 2. Слой общения, или адаптации: задача слоя — онретизация множества неопределенностей, с оторым имеет дело слой выбора. 3. Слой самоор анизации: задача слоя — выбор стртры, фнции и страте ии, оторые использются на нижележащих слоях, таим образом, чтобы по возможности приблизиться  лобальной цели. 243

èé

2) период принятия решения для элемента верхне о ровня больше, чем для элементов нижних ровней; 3) элемент верхне о ровня имеет дело с более медленными аспетами поведения всей системы; 4) описания и проблемы на верхних ровнях менее стртрированы, содержат больше неопределенностей и более трдны для формализации. Преимщества иерархичесих систем правления (ИСУ). ИСУ нашли широое распространение. Универсальный харатер ИСУ обсловлен рядом преимществ, оторыми они обладают по сравнению с др ими СУ, в частности с системами централизованно о правления: 1) свобода лоальных действий (в течение интервала времени, обсловленных моментами постпления правляющих воздействий со стороны вышележаще о ровня); 2) возможность целесообразно сочетать различные для аждо о из ровней системы лоальные ритерии оптимальности и лобальный ритерий оптимальности системы в целом;

åí ø ðå ÿ òè íÿ ïð è

X1 D1

244

äè íà È

íô

îî ð Ê

D2

Îáó÷åíèå è àäàïòàöèÿ

î öè îá ðì ÿ ð à ñâ àòí öè ÿç à îí ü ÿ íà ÿ

È

Xn – 1

Âûáîð

P

Ïðîöåññ

Рис. 7.11. Мноослойная иерархия системы принятия решений

Рис. 7.12. Фнциональная мноослойная иерархия принятия решений

Ðåøàþùèé ýëåìåíò Óïðàâëåíèå

...

...

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Ýøåëîí 1

Ñàìîîðãàíèçàöèÿ

õè

Dn

Ýøåëîí 2

...

àð

Èåðàðõèÿ ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé

åð

Ñèñòåìà ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé D

X2

Ýøåëîí 3

ÿ

Мно оэшелонные системы: ор анизационные иерархии. Это понятие иерархии подразмевает, что: 1) система состоит из семейства чето выделенных взаимодействющих подсистем; 2) неоторые из подсистем являются принимающими решения элементами и 3) принимающие решения элементы распола аются иерархичеси в том смысле, что неоторые из них находятся под влиянием или правляются др ими решающими элементами. Бло-схема тао о типа приведена на рис. 7.13. Уровень в таой системе называется эшелоном. Таие системы называются мно оэшелонными, мно оровневыми или мно оцелевыми. Для эффетивно о использования мно оровневой стртры сщественно, чтобы элементам принятия решения была предоставлена неоторая свобода действий. Должно быть проведено рациональное распределение силий по принятию решений межд элементами различных ровней. Тольо при этом словии бдет оправдано само сществование иерархии. По харатер иерархичесо о расположения образющих систем элементов различают следющие системы принятия решений: — одноровневые одноцелевые системы; — одноровневые мно оцелевые системы; — мно оровневые мно оцелевые системы. Отметим еще несольо свойств, харатерных для любых иерархичесих стртр: 1) элемент верхне о ровня иерархии имеет дело с более рпными подсистемами или с более широими аспетами поведения системы в целом;

Ïðîöåññ

Рис. 7.13. Мнооровневая оранизация иерархий; мнооэшелонная система

245

èé

2) период принятия решения для элемента верхне о ровня больше, чем для элементов нижних ровней; 3) элемент верхне о ровня имеет дело с более медленными аспетами поведения всей системы; 4) описания и проблемы на верхних ровнях менее стртрированы, содержат больше неопределенностей и более трдны для формализации. Преимщества иерархичесих систем правления (ИСУ). ИСУ нашли широое распространение. Универсальный харатер ИСУ обсловлен рядом преимществ, оторыми они обладают по сравнению с др ими СУ, в частности с системами централизованно о правления: 1) свобода лоальных действий (в течение интервала времени, обсловленных моментами постпления правляющих воздействий со стороны вышележаще о ровня); 2) возможность целесообразно сочетать различные для аждо о из ровней системы лоальные ритерии оптимальности и лобальный ритерий оптимальности системы в целом;

åí ø ðå ÿ òè íÿ ïð è

X1 D1

244

äè íà È

íô

îî ð Ê

D2

Îáó÷åíèå è àäàïòàöèÿ

î öè îá ðì ÿ ð à ñâ àòí öè ÿç à îí ü ÿ íà ÿ

È

Xn – 1

Âûáîð

P

Ïðîöåññ

Рис. 7.11. Мноослойная иерархия системы принятия решений

Рис. 7.12. Фнциональная мноослойная иерархия принятия решений

Ðåøàþùèé ýëåìåíò Óïðàâëåíèå

...

...

Îáðàòíàÿ ñâÿçü

Ýøåëîí 1

Ñàìîîðãàíèçàöèÿ

õè

Dn

Ýøåëîí 2

...

àð

Èåðàðõèÿ ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé

åð

Ñèñòåìà ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé D

X2

Ýøåëîí 3

ÿ

Мно оэшелонные системы: ор анизационные иерархии. Это понятие иерархии подразмевает, что: 1) система состоит из семейства чето выделенных взаимодействющих подсистем; 2) неоторые из подсистем являются принимающими решения элементами и 3) принимающие решения элементы распола аются иерархичеси в том смысле, что неоторые из них находятся под влиянием или правляются др ими решающими элементами. Бло-схема тао о типа приведена на рис. 7.13. Уровень в таой системе называется эшелоном. Таие системы называются мно оэшелонными, мно оровневыми или мно оцелевыми. Для эффетивно о использования мно оровневой стртры сщественно, чтобы элементам принятия решения была предоставлена неоторая свобода действий. Должно быть проведено рациональное распределение силий по принятию решений межд элементами различных ровней. Тольо при этом словии бдет оправдано само сществование иерархии. По харатер иерархичесо о расположения образющих систем элементов различают следющие системы принятия решений: — одноровневые одноцелевые системы; — одноровневые мно оцелевые системы; — мно оровневые мно оцелевые системы. Отметим еще несольо свойств, харатерных для любых иерархичесих стртр: 1) элемент верхне о ровня иерархии имеет дело с более рпными подсистемами или с более широими аспетами поведения системы в целом;

Ïðîöåññ

Рис. 7.13. Мнооровневая оранизация иерархий; мнооэшелонная система

245

3) отстствие необходимости пропсать очень большие потои информации через один правляющий ор ан, та а при использовании ИСУ информация с нижне о ровня передается на верхний в обобщенном виде; 4) повышенная надежность СУ и большие возможности введения элементной избыточности в систем на необходимом ровне правления; 5) ибость и адаптивность СУ; 6) ниверсальность при решении однотипна в целом, но в деталях правления может отличаться; 7) в ряде слчаев — эономичесая целесообразность по сравнению с СУ иной стртры.

7.4. Формализация иерархичесих понятий Координация. При оптимизации взаимодействия межд ровнями в ИСУ весьма важной является проблема оординации. Псть система состоит из n подсистем перво о ровня S1, ..., Sn, правляющих процессов P и одной подсистемы второ о (высшео) ровня S0 (рис. 7.14). Цель высшей подсистемы влиять на низшие таим образом, чтобы дости алась общая цель, заданная для всей системы. Это составляет содержание понятия оординации. Схема, представленная на рис. 7.14, является простейшей, хотя она обладает наиболее важными харатеристиами мно оровневых ИСУ и может слжить в ачестве элементарно о блоа при построении более сложных ИСУ. На рис. 7.14 приняты следющие обозначения: ui, i = 1, n — правляющие воздействия на подпроцесс Pi; X — входные воздействия на процесс P ; βi — обS0 γi ω1 S1 U1 X

P1

γi Si

...

β1

ωi

αi

... βi

Ui α1

ωn γn

Pi

Sn Un

αi

αn

βn Pn

Y

Рис. 7.14. Двхровневая иерархичесая система правления

246

ратная связь подсистем Si, с подпроцессом Pi ; γi — оординирющее воздействие на подсистем Si ; ωi — обратная связь оординатора S0 с подсистемой Si; Y — выход процесса Р ; αi — связи подпроцесса Pi, с процессом Р, α = {α1, ..., αn}. Та а подсистемы низше о ровня действют в направлении достижения собственных лоальных целей, то межд ними возниает онфлит, в резльтате оторо о лобальная цель системы может быть не дости нта. Поэтом задача оординатора состоит в меньшении последствий тао о онфлита. Очевидно, что онфлит не вознинет, если входы связей αi , желательные с точи зрения аждой подсистемы Si , совпадают с теми, оторые фатичеси имеют место в процессе работы системы. Следовательно, лавный вопрос, оторый возниает в связи с задачей оординации подсистем низше о ровня, состоит в том, аим образом входы связей читываются этими подсистемами. Возможны три способа анализа видов связей, аждом из оторых соответствет свой способ оординации: 1) подсистемы низше о ровня решают свои лоальные задачи, предпола ая входы связей равными тем, оторые предсазаны подсистемой высше о ровня; 2) подсистемы низше о ровня решают лоальные задачи, предпола ая входы связей находящимися в пределах неоторых диапазонов значений, предсазанных подсистемой высше о ровня; 3) входы связей рассматриваются подсистемами низше о ровня а добавочные переменные, оторые можно свободно выбирать. Соответствющие способы оординации называются оординацией предсазаний взаимодействий, оординацией оцени взаимодействий и оординацией баланса взаимодействий. Сщность принципов оординации рассмотрим на примере двхровневой ИСУ, изображенной на рис. 7.15. Первый ровень (ре ляторы S1 и S2) правляют объетами P1 и P2, подавая на вход их S0 правляющие воздействия соответсε2 γ1 m (γ) ε1 твенно u1 и u2. Второй ровень (оорm2(γ) γ2 1 + + динатор S0) правляет ре ляторами S1 и S2, подавая на них оординирS1 S2 α1 α2 ющие воздействия — соответственно U1 β1 U2 β2 γ1 и γ2 . Вмешательство оординатора проявляется в том, что от значений γ1 P1 P2 и γ2 зависят правляющие воздействия u1 и u2 и это обозначается в виде Рис. 7.15. Стртра u1(γ1)и u2(γ2). В общем слчае γ1 и γ2 двхровневой ИСУ с двмя мо т зависеть одновременно от γ1 и γ2, объетами правления 247

3) отстствие необходимости пропсать очень большие потои информации через один правляющий ор ан, та а при использовании ИСУ информация с нижне о ровня передается на верхний в обобщенном виде; 4) повышенная надежность СУ и большие возможности введения элементной избыточности в систем на необходимом ровне правления; 5) ибость и адаптивность СУ; 6) ниверсальность при решении однотипна в целом, но в деталях правления может отличаться; 7) в ряде слчаев — эономичесая целесообразность по сравнению с СУ иной стртры.

7.4. Формализация иерархичесих понятий Координация. При оптимизации взаимодействия межд ровнями в ИСУ весьма важной является проблема оординации. Псть система состоит из n подсистем перво о ровня S1, ..., Sn, правляющих процессов P и одной подсистемы второ о (высшео) ровня S0 (рис. 7.14). Цель высшей подсистемы влиять на низшие таим образом, чтобы дости алась общая цель, заданная для всей системы. Это составляет содержание понятия оординации. Схема, представленная на рис. 7.14, является простейшей, хотя она обладает наиболее важными харатеристиами мно оровневых ИСУ и может слжить в ачестве элементарно о блоа при построении более сложных ИСУ. На рис. 7.14 приняты следющие обозначения: ui, i = 1, n — правляющие воздействия на подпроцесс Pi; X — входные воздействия на процесс P ; βi — обS0 γi ω1 S1 U1 X

P1

γi Si

...

β1

ωi

αi

... βi

Ui α1

ωn γn

Pi

Sn Un

αi

αn

βn Pn

Y

Рис. 7.14. Двхровневая иерархичесая система правления

246

ратная связь подсистем Si, с подпроцессом Pi ; γi — оординирющее воздействие на подсистем Si ; ωi — обратная связь оординатора S0 с подсистемой Si; Y — выход процесса Р ; αi — связи подпроцесса Pi, с процессом Р, α = {α1, ..., αn}. Та а подсистемы низше о ровня действют в направлении достижения собственных лоальных целей, то межд ними возниает онфлит, в резльтате оторо о лобальная цель системы может быть не дости нта. Поэтом задача оординатора состоит в меньшении последствий тао о онфлита. Очевидно, что онфлит не вознинет, если входы связей αi , желательные с точи зрения аждой подсистемы Si , совпадают с теми, оторые фатичеси имеют место в процессе работы системы. Следовательно, лавный вопрос, оторый возниает в связи с задачей оординации подсистем низше о ровня, состоит в том, аим образом входы связей читываются этими подсистемами. Возможны три способа анализа видов связей, аждом из оторых соответствет свой способ оординации: 1) подсистемы низше о ровня решают свои лоальные задачи, предпола ая входы связей равными тем, оторые предсазаны подсистемой высше о ровня; 2) подсистемы низше о ровня решают лоальные задачи, предпола ая входы связей находящимися в пределах неоторых диапазонов значений, предсазанных подсистемой высше о ровня; 3) входы связей рассматриваются подсистемами низше о ровня а добавочные переменные, оторые можно свободно выбирать. Соответствющие способы оординации называются оординацией предсазаний взаимодействий, оординацией оцени взаимодействий и оординацией баланса взаимодействий. Сщность принципов оординации рассмотрим на примере двхровневой ИСУ, изображенной на рис. 7.15. Первый ровень (ре ляторы S1 и S2) правляют объетами P1 и P2, подавая на вход их S0 правляющие воздействия соответсε2 γ1 m (γ) ε1 твенно u1 и u2. Второй ровень (оорm2(γ) γ2 1 + + динатор S0) правляет ре ляторами S1 и S2, подавая на них оординирS1 S2 α1 α2 ющие воздействия — соответственно U1 β1 U2 β2 γ1 и γ2 . Вмешательство оординатора проявляется в том, что от значений γ1 P1 P2 и γ2 зависят правляющие воздействия u1 и u2 и это обозначается в виде Рис. 7.15. Стртра u1(γ1)и u2(γ2). В общем слчае γ1 и γ2 двхровневой ИСУ с двмя мо т зависеть одновременно от γ1 и γ2, объетами правления 247

то да это обозначается а u1(γ1)и u2(γ2), де γ = {γ1 , γ2}. Система называется оординиремой, если найдены таие значения γˆ , что u1( γˆ ) и u2( γˆ ) довлетворяют общей цели, поставленной перед системой. Значения правляющих воздействий u1 и u2, довлетворяющих словию оординиремости, обозначаются через uˆ 1(γ)и uˆ 2(γ). Для осществления процесса оординации сщественное значение имеют величины α1 и α2, харатеризющие перерестные связи межд объетами правления P1 и P2. Тещие значения этих величин α1 и α2, передаются оординатор S0 пˆ (γ)и m ˆ (γ), довлетворятем сопоставления их со значениями m 1 2 ющими словиям оординиремости системы. Ошиби рассо лаˆ (γ) и ε = α – m ˆ (γ) использются для поссования ε1 = α1 – m 1 2 2 2 троения ал оритма фнционирования оординатора S0. Страте ия оординации, залючающаяся в том, что правляющие воздействия верхне о ровня распределяются межд подсистемами соседне о нижне о ровня таим образом, что аждая из этих подсистем становится автономной относительно всех др их подсистем это о же ровня, называется принципом предсазания взаимодействия. Др ими словами, правление uˆ 1(γ)= = { uˆ 1(γ), …, uˆ n(γ)} довлетворяет лобальной цели системы всяий раз, о да γ1 = α1(γ), …, γn = αn(γ), т. е. взаимодействия точно предсаземы. Страте ия оординации, при оторой значения правляющих воздействий uˆ 1(γ) и uˆ 2(γ) довлетворяют лобальной цели системы, о да α1(γ) = αˆ 1(γ) и α2(γ) = αˆ 2(γ), называется принципом баланса взаимодействия. Если же последние соотношения заменяγ γ ются на α1(γ) ° A 1 и α2(γ) ° A 2 — допсаемый диапазон изменения взаимодействий α1 и α2, то принцип оординации именется принципом оцени взаимодействий. При поддержании параметров системы в заданных пределах фатичесое взаимодействие должно принадлежать предсазанном значению. Выбор той или иной страте ии оординации производится на основе сопоставления резльтатов теоретичесих расчетов, моделирования и эвристичесих соображений. Теоретичесие расчеты сводятся  построению соответствющей итерационной процедры, базирющейся на одном из известных, но специально для этой цели модифицированном методе оптимально о правления. В частности, разработаны различные радиентные и инте ральные процедры для обеспечения оординации εi = 0. При исследовании более сложных ИСУ, имеющих больше двх ровней, харатер задач при переходе от ровня  ровню б248

дет сщественно изменяться. Та, если для нижних ровней харатерны именно описанные выше методы оординации, то для средних ровней задачи оординации мо т быть же иными, а для верхних ровней, на оторых решаются задачи чисто эономичесо о харатера и дол осрочно о планирования и про нозирования, они приобретают иной, еще более сложный харатер. Считается, что по мере перехода от нижних ровней  верхним решение задач все более и более затрдняется, та а приходится оперировать все с менее и менее достоверной информацией. Ее объема обычно не хватает для ачественно о осществления процесса правления. Однао же хорошо известно, что тольо решение задач для всех ровней, а не тольо для нижних, позволяет действительно достичь сщественных эономичесих резльтатов при использовании ИСУ. Теория оординации в настоящее время находится на начальном этапе развития. Деомпозиция. Принцип деомпозиции (децентрализации) состоит в разбиении системы на подсистемы, обладающие требемыми свойствами. Расчленение лобальной задачи на лоальные подзадачи осществляется из соображений, связанных с необходимостью децентрализовать правление сложной системой, привлеая для это о правляющие ор аны составляющих ее подсистем. Отстствие  центрально о ор ана детальной информации о возможностях отдельных подсистем вызывает необходимость в иерархичесой стртре, при оторой вышестоящий оран собирает в неоторой а ре ированной форме информацию о подведомственных ем подсистемах, а затем спсает им в той или иной форме азания о требемых или ожидаемых от них действиях. Ознаомившись с этими азаниями, подсистемы мот направить наверх свои предложения, в оторых они лчшим образом чли свои внтренние возможности. На основе этой информации центральный ор ан орретирет свои азания и процесс повторяется до оончательно о со ласования. Дополнительная информация, передаваемая в лоальные подсистемы на аждом ша е, обычно представляет собой целевой фнционал или/и ветор о раничений лоальных задач. Математичесое исследование описанно о процесса полчило развитие в форме задач блочно о про раммирования, а точнее, в форме итеративных ал оритмов решения таих задач. С этой целью использются два основных ласса таих процедр: Данци а — Вльфа и Корнай — Липтаа. При использовании деомпозиционных методов исходная задача сводится  решению последовательности задач меньшей размерности, аждая из оторых 249

то да это обозначается а u1(γ1)и u2(γ2), де γ = {γ1 , γ2}. Система называется оординиремой, если найдены таие значения γˆ , что u1( γˆ ) и u2( γˆ ) довлетворяют общей цели, поставленной перед системой. Значения правляющих воздействий u1 и u2, довлетворяющих словию оординиремости, обозначаются через uˆ 1(γ)и uˆ 2(γ). Для осществления процесса оординации сщественное значение имеют величины α1 и α2, харатеризющие перерестные связи межд объетами правления P1 и P2. Тещие значения этих величин α1 и α2, передаются оординатор S0 пˆ (γ)и m ˆ (γ), довлетворятем сопоставления их со значениями m 1 2 ющими словиям оординиремости системы. Ошиби рассо лаˆ (γ) и ε = α – m ˆ (γ) использются для поссования ε1 = α1 – m 1 2 2 2 троения ал оритма фнционирования оординатора S0. Страте ия оординации, залючающаяся в том, что правляющие воздействия верхне о ровня распределяются межд подсистемами соседне о нижне о ровня таим образом, что аждая из этих подсистем становится автономной относительно всех др их подсистем это о же ровня, называется принципом предсазания взаимодействия. Др ими словами, правление uˆ 1(γ)= = { uˆ 1(γ), …, uˆ n(γ)} довлетворяет лобальной цели системы всяий раз, о да γ1 = α1(γ), …, γn = αn(γ), т. е. взаимодействия точно предсаземы. Страте ия оординации, при оторой значения правляющих воздействий uˆ 1(γ) и uˆ 2(γ) довлетворяют лобальной цели системы, о да α1(γ) = αˆ 1(γ) и α2(γ) = αˆ 2(γ), называется принципом баланса взаимодействия. Если же последние соотношения заменяγ γ ются на α1(γ) ° A 1 и α2(γ) ° A 2 — допсаемый диапазон изменения взаимодействий α1 и α2, то принцип оординации именется принципом оцени взаимодействий. При поддержании параметров системы в заданных пределах фатичесое взаимодействие должно принадлежать предсазанном значению. Выбор той или иной страте ии оординации производится на основе сопоставления резльтатов теоретичесих расчетов, моделирования и эвристичесих соображений. Теоретичесие расчеты сводятся  построению соответствющей итерационной процедры, базирющейся на одном из известных, но специально для этой цели модифицированном методе оптимально о правления. В частности, разработаны различные радиентные и инте ральные процедры для обеспечения оординации εi = 0. При исследовании более сложных ИСУ, имеющих больше двх ровней, харатер задач при переходе от ровня  ровню б248

дет сщественно изменяться. Та, если для нижних ровней харатерны именно описанные выше методы оординации, то для средних ровней задачи оординации мо т быть же иными, а для верхних ровней, на оторых решаются задачи чисто эономичесо о харатера и дол осрочно о планирования и про нозирования, они приобретают иной, еще более сложный харатер. Считается, что по мере перехода от нижних ровней  верхним решение задач все более и более затрдняется, та а приходится оперировать все с менее и менее достоверной информацией. Ее объема обычно не хватает для ачественно о осществления процесса правления. Однао же хорошо известно, что тольо решение задач для всех ровней, а не тольо для нижних, позволяет действительно достичь сщественных эономичесих резльтатов при использовании ИСУ. Теория оординации в настоящее время находится на начальном этапе развития. Деомпозиция. Принцип деомпозиции (децентрализации) состоит в разбиении системы на подсистемы, обладающие требемыми свойствами. Расчленение лобальной задачи на лоальные подзадачи осществляется из соображений, связанных с необходимостью децентрализовать правление сложной системой, привлеая для это о правляющие ор аны составляющих ее подсистем. Отстствие  центрально о ор ана детальной информации о возможностях отдельных подсистем вызывает необходимость в иерархичесой стртре, при оторой вышестоящий оран собирает в неоторой а ре ированной форме информацию о подведомственных ем подсистемах, а затем спсает им в той или иной форме азания о требемых или ожидаемых от них действиях. Ознаомившись с этими азаниями, подсистемы мот направить наверх свои предложения, в оторых они лчшим образом чли свои внтренние возможности. На основе этой информации центральный ор ан орретирет свои азания и процесс повторяется до оончательно о со ласования. Дополнительная информация, передаваемая в лоальные подсистемы на аждом ша е, обычно представляет собой целевой фнционал или/и ветор о раничений лоальных задач. Математичесое исследование описанно о процесса полчило развитие в форме задач блочно о про раммирования, а точнее, в форме итеративных ал оритмов решения таих задач. С этой целью использются два основных ласса таих процедр: Данци а — Вльфа и Корнай — Липтаа. При использовании деомпозиционных методов исходная задача сводится  решению последовательности задач меньшей размерности, аждая из оторых 249

решается с четом ее специфичесих свойств. Метод Данци а — Вльфа — это один из наиболее старых и известных деомпозиционных методов, оторый был разработан Дж. Данци ом и Ф. Вльфом (США) в 1960 . В этом методе центр спсает предприятиям информацию в виде цен, а полчает от них информацию в виде предпола аемых объемов затрат и выпсов. Деомпозиционный метод Данци а — Вльфа относится  задачам линейно о про раммирования, в оторых исомые переменные рппирются в блои, связанные в единю задач либо дополнительными общими о раничениями, либо дополнительными общими переменными, входящими во все блои одновременно. В методе Данци а — Вльфа рассматривается задача линейноо про раммирования, о раничения оторой разделены на два блоа, т. е. требется найти масимм фнции n

∑ c i x i ⇒ max;

(7.1)

i=1

n

выбираются та, чтобы ∑ u i = B 2. То да задача (7.1)—(7.4) расi=1

падается на n отдельных задач вида ci xi ⇒ max;

0

1

A i xi = B1;

A i xi = ui;

xi l 0.

(7.5)

Двойственная  ней задача бдет иметь вид (ui yi + B1zi) ⇒ min; 0

1

A i yi = A i zi l c.

(7.6) (7.7)

(7.2)

1 ∑ A i x i = B 1;

(7.3)

U = {u / ∑ u i = B 2, Xi(ui) ≠ 0, > i = 1, n }.

xi l 0,

(7.4)

Назовем центральным планом задачи (7.1)—(7.4) и U — множеством допстимых центральных планов. Через ϕi (ui) обозначим оптимальное значение целевой фнции в задаче (7.6), (7.7) при фисированном веторе ui и положим

n

0 ∑ A i x i = B 0;

i=1 n

i=1

де C = (c1, …, cn) — ветор строи; B = (B 0, B 1)T = (b1, …, bm, bm + 1, …, bm + k)T — (m + k) — мерный ветор о раничения задачи; 1

Аi = ( A i , A i )T = (a1i, …, ami, am + 1, i , …, am + k, i)T — (m + k) — мерный i-тый ветор словий i = 1, n ; T — зна транспонирования, X = (x1, …, xn) — ветор переменных. Для обоснования иерархичесо о построения СУ наибольший интерес представляют итеративные методы решения задач блочно о про раммирования, оторые в отличие от монотонных методов (например, симплес-метода) не позволяют полчить решение за онечное число ша ов и процесс приближения  решению не является монотонным. Однао они обеспечивают приближение  оптимальном решению при величении числа итераций. Задачи итерационно о типа обычно рассматриваются а двхровневые. 250

тпает от предприятий. Обозначим через ui = 1, n ветор размерности ν, оординаты оторо о представляют собой объемы соответствющих общих ресрсов, выделенных i-том бло. Веторы

Псть Yi — множество допстимых планов задачи (7.6)—(7.7), Xi (ui ) — множество допстимых планов задачи (7.5) при фисированном веторе ui . Бдем считать, что Yi ≠ ¾ для всех i = 1, n . Введем (ν + n) — мерный ветор u = (u1, ..., un, un + 1, ..., un + ν)T и множество

при о раничениях

0

В ал оритме Корнай — Липтаа центр спсает план в натральных поазателях, а информация в форме оцено в центр пос-

n

ϕ(u) = ∑ ϕ i ( u i ) . i=1

То да задача (7.1)—(7.4) эвивалентна задаче ϕ(u) ⇒ max , u°U

(7.8)

оторая решается сведением ее  матричной и ре и решением последней итеративным методом Брана — Робинсона или дрими способами. Необходимо подчернть, что блочные ал оритмы математичесо о про раммирования — очень рбые модели процессов планирования и правления. Более совершенные модели должны чи251

решается с четом ее специфичесих свойств. Метод Данци а — Вльфа — это один из наиболее старых и известных деомпозиционных методов, оторый был разработан Дж. Данци ом и Ф. Вльфом (США) в 1960 . В этом методе центр спсает предприятиям информацию в виде цен, а полчает от них информацию в виде предпола аемых объемов затрат и выпсов. Деомпозиционный метод Данци а — Вльфа относится  задачам линейно о про раммирования, в оторых исомые переменные рппирются в блои, связанные в единю задач либо дополнительными общими о раничениями, либо дополнительными общими переменными, входящими во все блои одновременно. В методе Данци а — Вльфа рассматривается задача линейноо про раммирования, о раничения оторой разделены на два блоа, т. е. требется найти масимм фнции n

∑ c i x i ⇒ max;

(7.1)

i=1

n

выбираются та, чтобы ∑ u i = B 2. То да задача (7.1)—(7.4) расi=1

падается на n отдельных задач вида ci xi ⇒ max;

0

1

A i xi = B1;

A i xi = ui;

xi l 0.

(7.5)

Двойственная  ней задача бдет иметь вид (ui yi + B1zi) ⇒ min; 0

1

A i yi = A i zi l c.

(7.6) (7.7)

(7.2)

1 ∑ A i x i = B 1;

(7.3)

U = {u / ∑ u i = B 2, Xi(ui) ≠ 0, > i = 1, n }.

xi l 0,

(7.4)

Назовем центральным планом задачи (7.1)—(7.4) и U — множеством допстимых центральных планов. Через ϕi (ui) обозначим оптимальное значение целевой фнции в задаче (7.6), (7.7) при фисированном веторе ui и положим

n

0 ∑ A i x i = B 0;

i=1 n

i=1

де C = (c1, …, cn) — ветор строи; B = (B 0, B 1)T = (b1, …, bm, bm + 1, …, bm + k)T — (m + k) — мерный ветор о раничения задачи; 1

Аi = ( A i , A i )T = (a1i, …, ami, am + 1, i , …, am + k, i)T — (m + k) — мерный i-тый ветор словий i = 1, n ; T — зна транспонирования, X = (x1, …, xn) — ветор переменных. Для обоснования иерархичесо о построения СУ наибольший интерес представляют итеративные методы решения задач блочно о про раммирования, оторые в отличие от монотонных методов (например, симплес-метода) не позволяют полчить решение за онечное число ша ов и процесс приближения  решению не является монотонным. Однао они обеспечивают приближение  оптимальном решению при величении числа итераций. Задачи итерационно о типа обычно рассматриваются а двхровневые. 250

тпает от предприятий. Обозначим через ui = 1, n ветор размерности ν, оординаты оторо о представляют собой объемы соответствющих общих ресрсов, выделенных i-том бло. Веторы

Псть Yi — множество допстимых планов задачи (7.6)—(7.7), Xi (ui ) — множество допстимых планов задачи (7.5) при фисированном веторе ui . Бдем считать, что Yi ≠ ¾ для всех i = 1, n . Введем (ν + n) — мерный ветор u = (u1, ..., un, un + 1, ..., un + ν)T и множество

при о раничениях

0

В ал оритме Корнай — Липтаа центр спсает план в натральных поазателях, а информация в форме оцено в центр пос-

n

ϕ(u) = ∑ ϕ i ( u i ) . i=1

То да задача (7.1)—(7.4) эвивалентна задаче ϕ(u) ⇒ max , u°U

(7.8)

оторая решается сведением ее  матричной и ре и решением последней итеративным методом Брана — Робинсона или дрими способами. Необходимо подчернть, что блочные ал оритмы математичесо о про раммирования — очень рбые модели процессов планирования и правления. Более совершенные модели должны чи251

тывать ативность элементов системы, т. е. наличие  них собственных целей, харатеристии средств переработи и достоверность информации, запаздывание при ее обмене и др ие фаторы. При использовании метода деомпозиции для решения задач планирования и оперативно о правления имеются сщественные различия. В планировании резльтаты решения задачи использются лишь после е о оончания. Задача при этом может решаться на одном или несольих ровнях. В оперативном правлении промежточные резльтаты в процессе решения задачи использются для правления. При этом сщественной становится динамиа процесса и чет разно о масштаба времени на различных ровнях системы. А ре ация. А ре ация является одним из методов синтеза сложных A B ... P систем, т. е. процесса построения ÓÓ системы, обладающей заданными свойствами, птем объединения отR1 Rn R2 дельных подсистем с известными хаY2 Yn Y1 ратеристиами. Таим образом, а m1 m2 mn ре ация может рассматриваться а ... противоположность деомпозиции. Ряд сщественных резльтатов использования принципа а ре ации по7.16. Интерпретация лчен Р. Клиовсим. принципа ареации Рассмотрим ИСУ, поазанню на рис. 7.16. Управляющее стройство (УУ) полчает от системы высше о ровня неоторое оличество ресрсов А, В, ..., P и распределяет их оптимальным образом межд объетами правления Mi , i = 1, n . Информация о выходных эффетах, или продтах аждо о объета правления (ОУ), постпает на УУ и в а ре изированном виде Yi и определяет валовю продцию системы. Псть известны харатеристии оптимально о правления ОУ в виде α Ai

β Bi

...

p Pi

=

q Qi .

(7.9) 0

0

То да задача состоит в определении таих значений A i , B i , ... , переменных Ai, Bi, ... , Pi, i = 1, n , оторые масимизирют сммарный выход 0 Pi ,

n

n

i=1

i=1

q −α −β

− p 1/q

Y = ∑ Yi = ∑ [ Q i A i B i ... P ] 252

⇒ max

(7.10)

при соблюдении словий n

∑ A i = A;

i=1

n

∑ B i = B; ... ; Ai l 0; Bi l 0; .... .

i=1

0

0

0

Можно поазать, что оптимальные значения A i , B i , ... , P i определяются из линейных равнений: 0

0

0

0

Ai Bi Pi Qi ------ = ------ = ... = ------ = ------ , A B P Q n

0

0

0

де Q = ∑ Q i . Подставляя значения A i , B i , ..., P i в (7.10), поi=1

лчаем AαB β ... P p = Q q,

q = α + β + ... + ρ.

Ка видно, харатеристии оптимально о правления для а ре ированной системы имеют таой же аналитичесий вид, а и харатеристии подсистем (7.9). Та а аждая подсистема полностью определена значением оэффициента Qi , то можно сазать, что процесс а ре ации сопровождается n-ратным сжатием информации, содержащейся в харатеристиах оптимально о правления а ре ированных подсистем. Конечно, сществет мно о харатеристи оптимально о правления, оторые не описываются равнениями типа (7.9). То да вопрос а ре ации и оптимизации превращается в трдню задач нелинейно о про раммирования. В рассмотренном слчае а ре ации (7.9), (7.10) предпола алось, что выходные эффеты Yi аддитивным образом содействют достижению общей цели Y, т. е. n

Y = ∑ εi Yi ,

ε > 0.

i=1

Однао во мно их производственных системах имеется ряд ритериев ачества, оторые лишь в совопности определяют ачество процесса фнционирования всей системы. Задачи, решаемые системами, обычно имеют настольо большю размерность, что изчение их в исходных переменных не позволяет оптимизировать процесс и полчить представления о влиянии отдельных ОУ системы на общю эффетивность. Вы253

тывать ативность элементов системы, т. е. наличие  них собственных целей, харатеристии средств переработи и достоверность информации, запаздывание при ее обмене и др ие фаторы. При использовании метода деомпозиции для решения задач планирования и оперативно о правления имеются сщественные различия. В планировании резльтаты решения задачи использются лишь после е о оончания. Задача при этом может решаться на одном или несольих ровнях. В оперативном правлении промежточные резльтаты в процессе решения задачи использются для правления. При этом сщественной становится динамиа процесса и чет разно о масштаба времени на различных ровнях системы. А ре ация. А ре ация является одним из методов синтеза сложных A B ... P систем, т. е. процесса построения ÓÓ системы, обладающей заданными свойствами, птем объединения отR1 Rn R2 дельных подсистем с известными хаY2 Yn Y1 ратеристиами. Таим образом, а m1 m2 mn ре ация может рассматриваться а ... противоположность деомпозиции. Ряд сщественных резльтатов использования принципа а ре ации по7.16. Интерпретация лчен Р. Клиовсим. принципа ареации Рассмотрим ИСУ, поазанню на рис. 7.16. Управляющее стройство (УУ) полчает от системы высше о ровня неоторое оличество ресрсов А, В, ..., P и распределяет их оптимальным образом межд объетами правления Mi , i = 1, n . Информация о выходных эффетах, или продтах аждо о объета правления (ОУ), постпает на УУ и в а ре изированном виде Yi и определяет валовю продцию системы. Псть известны харатеристии оптимально о правления ОУ в виде α Ai

β Bi

...

p Pi

=

q Qi .

(7.9) 0

0

То да задача состоит в определении таих значений A i , B i , ... , переменных Ai, Bi, ... , Pi, i = 1, n , оторые масимизирют сммарный выход 0 Pi ,

n

n

i=1

i=1

q −α −β

− p 1/q

Y = ∑ Yi = ∑ [ Q i A i B i ... P ] 252

⇒ max

(7.10)

при соблюдении словий n

∑ A i = A;

i=1

n

∑ B i = B; ... ; Ai l 0; Bi l 0; .... .

i=1

0

0

0

Можно поазать, что оптимальные значения A i , B i , ... , P i определяются из линейных равнений: 0

0

0

0

Ai Bi Pi Qi ------ = ------ = ... = ------ = ------ , A B P Q n

0

0

0

де Q = ∑ Q i . Подставляя значения A i , B i , ..., P i в (7.10), поi=1

лчаем AαB β ... P p = Q q,

q = α + β + ... + ρ.

Ка видно, харатеристии оптимально о правления для а ре ированной системы имеют таой же аналитичесий вид, а и харатеристии подсистем (7.9). Та а аждая подсистема полностью определена значением оэффициента Qi , то можно сазать, что процесс а ре ации сопровождается n-ратным сжатием информации, содержащейся в харатеристиах оптимально о правления а ре ированных подсистем. Конечно, сществет мно о харатеристи оптимально о правления, оторые не описываются равнениями типа (7.9). То да вопрос а ре ации и оптимизации превращается в трдню задач нелинейно о про раммирования. В рассмотренном слчае а ре ации (7.9), (7.10) предпола алось, что выходные эффеты Yi аддитивным образом содействют достижению общей цели Y, т. е. n

Y = ∑ εi Yi ,

ε > 0.

i=1

Однао во мно их производственных системах имеется ряд ритериев ачества, оторые лишь в совопности определяют ачество процесса фнционирования всей системы. Задачи, решаемые системами, обычно имеют настольо большю размерность, что изчение их в исходных переменных не позволяет оптимизировать процесс и полчить представления о влиянии отдельных ОУ системы на общю эффетивность. Вы253

ход из это о положения состоит в том, что нжно либо выделять сщественные переменные, по оторым и производится оптимизация, либо а ре ировать переменные. При а ре ировании переменных полчается модель сщественно меньшей размерности. А ре ирование переменных, а таже переход от а ре ированных величин  исходным мо т быть выполнены различными способами. Отметим, что не при любом выборе а ре ированных переменных от исходной модели можно перейти  адеватной а ре ированной модели, т. е.  таой модели, состояние выходов оторой совпадает с а ре атами состояния выходов исходной модели, если состояние входов а ре ированной модели совпадает с а ре атами состояния входов исходной модели. В тех слчаях, о да построенная а ре ированная модель адеватна исходной, оворят, что а ре ирование совместно. Предположим, что для неоторо о объета построена модель в виде системы равнений yi = fi (xi ),

i = 1, n ,

связывающих вход модели х с её выходами . То да а ре ирование этой модели сводится  введению неоторой замены переменных εk = ψk (x1, ... , xn),

k = 1, m ;

m < n;

rk = ϕk(y1, ... , yn),

(7.11)

задающей связи межд переменными x и y исходной модели с а ре атами ε, r и k введению системы равнений rk = μk(ε1, ... , εm),

k = 1, m ,

(7.12)

связывающих входы ε а ре ированной модели с ее выходами r. Условие совместности при таом а ре ировании имеет вид ϕk(f1(x), ... , fn(x)) = μk(ψ1(x), ... , ψm(x)),

k = 1, m ,

(7.13)

для любых X = (x1, ... , xn). В ачестве примера рассмотрим применение принципа а реирования в линейных эономичесих моделях, в частности в моделях межотраслево о баланса. Подобные задачи состоят в определении объемов x1, x2, ... , xn полных выпсов аждо о из n видов продции, необходимых для обеспечения заданных объ254

емов yi, i = 1, n онечных выпсов и провери допстимости полченно о ветора X = (x1, ... , xn) по неоторым сводным поазателям, например, по стоимости или производственным мощностям. Одной из наиболее известных моделей межотраслево о баланса, на оторых решаются подобные задачи, является модель «затраты — выпс» X = AX + Y,

(7.14)

де X = (x1, ..., xn) — ветор полно о выпса продции; Y = (y1, ... , yn) — ветор онечно о выпса продции; A = || aij || — матрица оэффициентов прямых материальных затрат. Современном ровню разделения трда в промышленности соответствет номенлатра из десятов тысяч различных видов продции, что и определяет размерность n исходной модели (7.14). А ре ирование этой модели означает меньшение размерности объединением продтов в рпненню (а ре ированню) номенлатр, состоящю из m(m < n) а ре ированных поазателей. То да в соответствии с (7.11) и (7.12) можно ввести переменные E = {ε1, ... , εm} и R = (r1, ... , rm), таие, что E = CX,

R = DY,

(7.15)

де C = || cij ||, D = || di j || —матрицы одинаовых размеров m×n, рана m, и матриц H, задающю связь межд а ре атами Е и R: E = EH + R.

(7.16)

Систем равнений (7.15) и (7.16) называют линейной системой биматрично о а ре ирования модели «затраты — выпс». Условие совместности (7.13) в данном слчае имеет вид (Фm – H)C = D(Фn – A),

(7.17)

де Фn — единичная матрица поряда k, k = m, n. А ре ированная модель (7.16) с точностью до обозначений в размерности совпадает с исходной моделью «затраты — выпс» (7.14). Это позволяет применить описанный аппарат а ре ирования и  модели (7.16). В резльтате ряда последовательных ша ов а ре ирования можно построить мно остпенчатю систем а ре ирования модели «затраты — выпс», соответствющю иерархичесой стртре правления промышленным производством. В сложных ИСУ модели нижних ровней и лобальная модель отличаются а размерностью, та и составом переменных. Поэ255

ход из это о положения состоит в том, что нжно либо выделять сщественные переменные, по оторым и производится оптимизация, либо а ре ировать переменные. При а ре ировании переменных полчается модель сщественно меньшей размерности. А ре ирование переменных, а таже переход от а ре ированных величин  исходным мо т быть выполнены различными способами. Отметим, что не при любом выборе а ре ированных переменных от исходной модели можно перейти  адеватной а ре ированной модели, т. е.  таой модели, состояние выходов оторой совпадает с а ре атами состояния выходов исходной модели, если состояние входов а ре ированной модели совпадает с а ре атами состояния входов исходной модели. В тех слчаях, о да построенная а ре ированная модель адеватна исходной, оворят, что а ре ирование совместно. Предположим, что для неоторо о объета построена модель в виде системы равнений yi = fi (xi ),

i = 1, n ,

связывающих вход модели х с её выходами . То да а ре ирование этой модели сводится  введению неоторой замены переменных εk = ψk (x1, ... , xn),

k = 1, m ;

m < n;

rk = ϕk(y1, ... , yn),

(7.11)

задающей связи межд переменными x и y исходной модели с а ре атами ε, r и k введению системы равнений rk = μk(ε1, ... , εm),

k = 1, m ,

(7.12)

связывающих входы ε а ре ированной модели с ее выходами r. Условие совместности при таом а ре ировании имеет вид ϕk(f1(x), ... , fn(x)) = μk(ψ1(x), ... , ψm(x)),

k = 1, m ,

(7.13)

для любых X = (x1, ... , xn). В ачестве примера рассмотрим применение принципа а реирования в линейных эономичесих моделях, в частности в моделях межотраслево о баланса. Подобные задачи состоят в определении объемов x1, x2, ... , xn полных выпсов аждо о из n видов продции, необходимых для обеспечения заданных объ254

емов yi, i = 1, n онечных выпсов и провери допстимости полченно о ветора X = (x1, ... , xn) по неоторым сводным поазателям, например, по стоимости или производственным мощностям. Одной из наиболее известных моделей межотраслево о баланса, на оторых решаются подобные задачи, является модель «затраты — выпс» X = AX + Y,

(7.14)

де X = (x1, ..., xn) — ветор полно о выпса продции; Y = (y1, ... , yn) — ветор онечно о выпса продции; A = || aij || — матрица оэффициентов прямых материальных затрат. Современном ровню разделения трда в промышленности соответствет номенлатра из десятов тысяч различных видов продции, что и определяет размерность n исходной модели (7.14). А ре ирование этой модели означает меньшение размерности объединением продтов в рпненню (а ре ированню) номенлатр, состоящю из m(m < n) а ре ированных поазателей. То да в соответствии с (7.11) и (7.12) можно ввести переменные E = {ε1, ... , εm} и R = (r1, ... , rm), таие, что E = CX,

R = DY,

(7.15)

де C = || cij ||, D = || di j || —матрицы одинаовых размеров m×n, рана m, и матриц H, задающю связь межд а ре атами Е и R: E = EH + R.

(7.16)

Систем равнений (7.15) и (7.16) называют линейной системой биматрично о а ре ирования модели «затраты — выпс». Условие совместности (7.13) в данном слчае имеет вид (Фm – H)C = D(Фn – A),

(7.17)

де Фn — единичная матрица поряда k, k = m, n. А ре ированная модель (7.16) с точностью до обозначений в размерности совпадает с исходной моделью «затраты — выпс» (7.14). Это позволяет применить описанный аппарат а ре ирования и  модели (7.16). В резльтате ряда последовательных ша ов а ре ирования можно построить мно остпенчатю систем а ре ирования модели «затраты — выпс», соответствющю иерархичесой стртре правления промышленным производством. В сложных ИСУ модели нижних ровней и лобальная модель отличаются а размерностью, та и составом переменных. Поэ255

том при онстрировании модели ИСУ признана необходимой различная степень рпнения поазателей разных ровней. Для решения таих задач разработаны специальные методы итеративно о а ре ирования, позволяющие вязывать решения, полчающиеся на верхних ровнях, с решениями, формирющимися на нижних ровнях. Основная идея метода итеративно о а ре ирования залючается в следющем. Псть дана задача математичесо о про раммирования f(X) ⇒ max;

g(X) m 0;

x l 0.

(7.18)

n

Здесь X = { x i } 1 — ветор элементов xi, размерностью n; m g(X) = { g j ( X ) } 1 . Разобьем множество индесов N = {1, ..., n} на l пересеающихся подмножеств Jk, k = 1, l и подставим определенным образом в соответствие рппе переменных xi, i ° Jk одн а ре ированню переменню xk. То да задача (7.18) в новых переменных перепишется в виде f (X ) ⇒ max;

g (X ) m 0;

x l 0,

(7.19)

де l

X = { xk }1 ;

m

g (X ) = { g ( X ) } 1 ,

l < m.

Правила перехода от задачи (7.18)  задаче (7.19) составляют первю часть ал оритма, а именно а ре ирование. Полченный в резльтате решения задачи (7.19) а ре ированный ветор X определенным образом а ре ирет до исходной размерности n. Это вторая часть процесса — деза ре ирование. Детализация решения позволяет перейти  новой задаче и т. д., поа с заданной степенью точности не бдет построено детализированное решение, довлетворяющее словиям (7.18). Ал оритмы итеративно о а ре ирования мо т быть реализованы в разных вариантах, одни из оторых онечноша овые, а др ие — бесонечноша овые итеративные процессы, причем последние нестационарны. В залючение заметим, что методы а ре ации разработаны в настоящее время недостаточно. Особенно это относится  методам итеративно о а ре ирования — весьма важном подласс математичесо о про раммирования. 256

7.5. Принципы правления сложными системами Управление в сложных системах принципиально отличается от традиционно о представления об правлении, в частности от то о, что принято называть «оптимальным правлением» (точнее — «про раммным правлением»), т. е. переводом системы в желаемое состояние по неотором оптимальном пти. Это очевидно: сложные системы слабопредсаземы, определить а желаемое, та и пратичеси достижимое состояние невозможно, тем более невозможно выбрать и навязать системе «оптимальный» (в детерминистичесом или статистичесом смысле) пть перехода, посоль стртра и фнции системы не взаимоопределимы. По содержанию и механизм действия правление сложными системами, в том числе самоправление, наиболее близо  физиоло ичесим процессам возбждения и торможения, иначе оворя, внешне о и внтренне о стимлирования. Прямые и обратные связи, все виды и формы воздействия (если они не приводят  разршению системы) — не более чем стимлы, возбждающие или тормозящие внтрисистемные процессы, ход и последствия оторых в основном определяются самой системой. Проблема правления сложными системами состоит в исследовании влияния возбждающих и тормозящих стимлов на поведение системы и онечный резльтат и в использовании стимлирования для достижения требемой эффетивности системы. Возбждение может перейти в торможение и наоборот: при изменении ровня стимла и состояния системы, поэтом априорная оцена харатера воздействия затрднительна. Управление должно дости аться ценой относительно мало о энер оресрса. Типичным в этом смысле является информационное правление, при отором энер оресрс правления незначителен по сравнению с энер оресрсом объетов правления. Сложная система обладает не тольо большим энер оресрсом, но и большой динамичесой инерционностью. Сформлирем общю задач правления сложной системой в следющем виде: ⎧ dY ( t ) ------------- = Ф ⎨ t, Y(t), Y(t – τ), dt ⎩

t−τ

∫ Y ( s − δ 1 ) dF1[(s, t),t], ...

−∞

t−τ

⎫ ..., ∫ Y ( s − δ k ) dFk [(s, t)t), x(t, tx), u(t, τu)] ⎬ , ⎭ −∞

(7.20) 257

том при онстрировании модели ИСУ признана необходимой различная степень рпнения поазателей разных ровней. Для решения таих задач разработаны специальные методы итеративно о а ре ирования, позволяющие вязывать решения, полчающиеся на верхних ровнях, с решениями, формирющимися на нижних ровнях. Основная идея метода итеративно о а ре ирования залючается в следющем. Псть дана задача математичесо о про раммирования f(X) ⇒ max;

g(X) m 0;

x l 0.

(7.18)

n

Здесь X = { x i } 1 — ветор элементов xi, размерностью n; m g(X) = { g j ( X ) } 1 . Разобьем множество индесов N = {1, ..., n} на l пересеающихся подмножеств Jk, k = 1, l и подставим определенным образом в соответствие рппе переменных xi, i ° Jk одн а ре ированню переменню xk. То да задача (7.18) в новых переменных перепишется в виде f (X ) ⇒ max;

g (X ) m 0;

x l 0,

(7.19)

де l

X = { xk }1 ;

m

g (X ) = { g ( X ) } 1 ,

l < m.

Правила перехода от задачи (7.18)  задаче (7.19) составляют первю часть ал оритма, а именно а ре ирование. Полченный в резльтате решения задачи (7.19) а ре ированный ветор X определенным образом а ре ирет до исходной размерности n. Это вторая часть процесса — деза ре ирование. Детализация решения позволяет перейти  новой задаче и т. д., поа с заданной степенью точности не бдет построено детализированное решение, довлетворяющее словиям (7.18). Ал оритмы итеративно о а ре ирования мо т быть реализованы в разных вариантах, одни из оторых онечноша овые, а др ие — бесонечноша овые итеративные процессы, причем последние нестационарны. В залючение заметим, что методы а ре ации разработаны в настоящее время недостаточно. Особенно это относится  методам итеративно о а ре ирования — весьма важном подласс математичесо о про раммирования. 256

7.5. Принципы правления сложными системами Управление в сложных системах принципиально отличается от традиционно о представления об правлении, в частности от то о, что принято называть «оптимальным правлением» (точнее — «про раммным правлением»), т. е. переводом системы в желаемое состояние по неотором оптимальном пти. Это очевидно: сложные системы слабопредсаземы, определить а желаемое, та и пратичеси достижимое состояние невозможно, тем более невозможно выбрать и навязать системе «оптимальный» (в детерминистичесом или статистичесом смысле) пть перехода, посоль стртра и фнции системы не взаимоопределимы. По содержанию и механизм действия правление сложными системами, в том числе самоправление, наиболее близо  физиоло ичесим процессам возбждения и торможения, иначе оворя, внешне о и внтренне о стимлирования. Прямые и обратные связи, все виды и формы воздействия (если они не приводят  разршению системы) — не более чем стимлы, возбждающие или тормозящие внтрисистемные процессы, ход и последствия оторых в основном определяются самой системой. Проблема правления сложными системами состоит в исследовании влияния возбждающих и тормозящих стимлов на поведение системы и онечный резльтат и в использовании стимлирования для достижения требемой эффетивности системы. Возбждение может перейти в торможение и наоборот: при изменении ровня стимла и состояния системы, поэтом априорная оцена харатера воздействия затрднительна. Управление должно дости аться ценой относительно мало о энер оресрса. Типичным в этом смысле является информационное правление, при отором энер оресрс правления незначителен по сравнению с энер оресрсом объетов правления. Сложная система обладает не тольо большим энер оресрсом, но и большой динамичесой инерционностью. Сформлирем общю задач правления сложной системой в следющем виде: ⎧ dY ( t ) ------------- = Ф ⎨ t, Y(t), Y(t – τ), dt ⎩

t−τ

∫ Y ( s − δ 1 ) dF1[(s, t),t], ...

−∞

t−τ

⎫ ..., ∫ Y ( s − δ k ) dFk [(s, t)t), x(t, tx), u(t, τu)] ⎬ , ⎭ −∞

(7.20) 257

де Y — выход системы; x(t, τx) ô X — воздействие среды; Fi, i = 1, k — известные фнции; u(t, τu) ô U — область возможных и допстимых правлений; τx, τu, δi — запаздывания. При чете предыстории t0 – τmax m t m t0. Требется найти правление и uˆ (t, τˆ u ), обеспечивающее высою эффетивность системы Э = Э [Y(t), T, C, uˆ (t, τˆ u ), x(t, τx)] l Э *,

(7.21)

(7.22)

∫ Pu(t)dt = E * ô Es,

де P(u) — мощность, потребляемая для реализации правления и при задержах τu, Es — энер оресрс системы; P *, E * — допстимые значения мощности и энер ии правления на интервале [0, Т ]. Значимость фнций, входящих в Ф выражения (7.20), неодинаова для систем различно о ласса: Y (t) представляет собой состояние выходов системы  начал правления; Y(t – τ) при t0 – τmax m t m t0 — поведение системы на интервале, предшествющем правлению (предыстория системы); t−τ

i = 1, k , {δi} = δ,

множество, определяющее типовые свойства системы, ее способность  правлению и внтренние тенденции, неоторю относительно стабильню (посоль инте рирование ведется от –×) линию поведения и правляемости, ее внтреннюю мотивацию. Управление и воздействие среды мо т быть независимы, но мо т быть и зависимы, если правляющая система распола ает априорной информацией относительно X или оценивает х на интервале [0, T ], а среда может иметь информацию относительно U или оценивать u на интервале [0, T ]. Рассмотрим частные слчаи. 258

(7.23)

(7.24)

Это задача про раммно о правления, харатерная для техничесих систем, оторая решается известными методами. Если x ≠ 0, то dY ------ = AY + x + u + f (t ) dt

0

⎧ ⎫ ⎨ ∫ Y (s – δi)dFi((s, t),t) ⎬ , ⎩ −∞ ⎭

dY ------ = Ф[t, Y(t), x(t, τx), u(t, τu)]. dt

dY ------ = AY + u + f (t). dt

u(X ) ô U,

T

i = 1, k , пренебрежимо мало; в этом слчае

Если, роме то о, Ф — линейная фнция и τu = 0, x = 0, то

де С — стоимость системы. Система считается правляемой, если: Э[Y(t), T, C] l Э* при Pu(u(t, τu(t))) l P *,

t−τ

⎧ ⎫ 1. Фнция Ф таова, что влияние τ на ⎨ ∫ Y (s – δi)dFi((s, t),t) ⎬ , ⎩ −∞ ⎭

(7.25)

и это есть правление в словиях содействия или противодействия. В слчае f (t) = 0 и dY ------ = AY + u + ξ, dt

(7.26)

де ξ — слчайная фнция, то правление стохастичесое. t

⎧ ⎫ 2. Фнция Ф слабо зависит от ⎨ ∫ Y (s)dFi((s, t),t) ⎬ , i = 1, k , ⎩ −∞ ⎭ в этом слчае dY ------ = Ф[t, Y(t), Y(t – τ), x(t – τx), u(t – τu)], dt

(7.27)

правление не опирается на мотивацию, но сщественно зависит от ситации на интервале [t – τ, t]. Это ситационное правление. При линейной Ф и f (t) = 0 dY ------ = A1Y(t) + A2Y(t – τ) + x(t – τx) + u(t – τu), dt

(7.28)

де A1 и A2 — матрицы оэффициентов. Решение (7.28) (если оно сществет) дости ается типовыми методами. Задачи ситационно о правления (7.27) и (7.28) харатерны для производственных систем. 259

де Y — выход системы; x(t, τx) ô X — воздействие среды; Fi, i = 1, k — известные фнции; u(t, τu) ô U — область возможных и допстимых правлений; τx, τu, δi — запаздывания. При чете предыстории t0 – τmax m t m t0. Требется найти правление и uˆ (t, τˆ u ), обеспечивающее высою эффетивность системы Э = Э [Y(t), T, C, uˆ (t, τˆ u ), x(t, τx)] l Э *,

(7.21)

(7.22)

∫ Pu(t)dt = E * ô Es,

де P(u) — мощность, потребляемая для реализации правления и при задержах τu, Es — энер оресрс системы; P *, E * — допстимые значения мощности и энер ии правления на интервале [0, Т ]. Значимость фнций, входящих в Ф выражения (7.20), неодинаова для систем различно о ласса: Y (t) представляет собой состояние выходов системы  начал правления; Y(t – τ) при t0 – τmax m t m t0 — поведение системы на интервале, предшествющем правлению (предыстория системы); t−τ

i = 1, k , {δi} = δ,

множество, определяющее типовые свойства системы, ее способность  правлению и внтренние тенденции, неоторю относительно стабильню (посоль инте рирование ведется от –×) линию поведения и правляемости, ее внтреннюю мотивацию. Управление и воздействие среды мо т быть независимы, но мо т быть и зависимы, если правляющая система распола ает априорной информацией относительно X или оценивает х на интервале [0, T ], а среда может иметь информацию относительно U или оценивать u на интервале [0, T ]. Рассмотрим частные слчаи. 258

(7.23)

(7.24)

Это задача про раммно о правления, харатерная для техничесих систем, оторая решается известными методами. Если x ≠ 0, то dY ------ = AY + x + u + f (t ) dt

0

⎧ ⎫ ⎨ ∫ Y (s – δi)dFi((s, t),t) ⎬ , ⎩ −∞ ⎭

dY ------ = Ф[t, Y(t), x(t, τx), u(t, τu)]. dt

dY ------ = AY + u + f (t). dt

u(X ) ô U,

T

i = 1, k , пренебрежимо мало; в этом слчае

Если, роме то о, Ф — линейная фнция и τu = 0, x = 0, то

де С — стоимость системы. Система считается правляемой, если: Э[Y(t), T, C] l Э* при Pu(u(t, τu(t))) l P *,

t−τ

⎧ ⎫ 1. Фнция Ф таова, что влияние τ на ⎨ ∫ Y (s – δi)dFi((s, t),t) ⎬ , ⎩ −∞ ⎭

(7.25)

и это есть правление в словиях содействия или противодействия. В слчае f (t) = 0 и dY ------ = AY + u + ξ, dt

(7.26)

де ξ — слчайная фнция, то правление стохастичесое. t

⎧ ⎫ 2. Фнция Ф слабо зависит от ⎨ ∫ Y (s)dFi((s, t),t) ⎬ , i = 1, k , ⎩ −∞ ⎭ в этом слчае dY ------ = Ф[t, Y(t), Y(t – τ), x(t – τx), u(t – τu)], dt

(7.27)

правление не опирается на мотивацию, но сщественно зависит от ситации на интервале [t – τ, t]. Это ситационное правление. При линейной Ф и f (t) = 0 dY ------ = A1Y(t) + A2Y(t – τ) + x(t – τx) + u(t – τu), dt

(7.28)

де A1 и A2 — матрицы оэффициентов. Решение (7.28) (если оно сществет) дости ается типовыми методами. Задачи ситационно о правления (7.27) и (7.28) харатерны для производственных систем. 259

3. Фнция Ф линейная и от t непосредственно не зависит. То да dY ( t ) ------------- = A1Y(t) + A2Y(t – τ) + dt

t−τ

∫ Y ( s − δ 1 ) dF1((s, t),t) + ...

−∞

t−τ

... + ∫ Y ( s − δ k ) dFk((s, t),t) + x(t, τx) + u(t – τu).

(7.29)

−∞

Этот слчай харатерен для нейтральной среды (слчайной либо, по райней мере, не зависящей от u). Достижение высоой эффетивности возможно тольо птем приспособления сложившихся на интервале [–×, t – τ] свойств системы  изменению ситации, сладывающейся на интервале [t – τ, T], т. е. птем адаптации системы, средством оторой является правление. Это адаптивное правление, применяемое в слчае, если влияние традиций не очень сильно, во всяом слчае их можно перестроить на относительно оротом интервале времени. 4. Фнция Ф зависит от t dY ------ = Ф t, Y(t), Y(t – τ), dt

t−τ

∫ Y ( t − δ 1 ) dF1(s, t), t), ...

−∞

t−τ

... + ∫ Y ( t − δ 1 ) dFk((s, t), t) + x(t, τx) + u(t, τu) .

(7.30)

−∞

Стро ое эффетивное правление невозможно. Управление должно влиять на внтреннюю мотивацию системы; это достижимо, если мотивация системы известна (хотя бы частично). Оптимальных (в смысле max Э) решений не сществет. Управление рефлесивное. Рефлесивное правление может оазаться эффетивным, если е о применять на интервале времени Tu ° T. В этом слчае влияние τ и δ незначительно и dY ------ = Ф t, Y, dt

Tu

t

∫ Y ( t ) dF1((s, t), t), ..., ∫ Y ( t ) dFk((s, t), t), ...

−∞

Tu

t

..., ∫ Y ( t ) dF1u((s, t), u(t, τu), ... t

Tu

..., ∫ Y ( t ) dFku((s, t), u(t, τu), x(t, τx) . Tu

260

Управление эффетивно оценивается на интервале (0, T) и изменяет мотивацию системы на интервале [t – Tu, t], таим образом, что она начинает действовать в соответствии с намерениями правляющей системы. 5. Управление начинается с неоторо о фисированно о момента времени

(7.31)

dY ------ = Ф* t, Y (t), Y(t – τ), dt t−τ

t−τ

* ∫ Y (t – δ1)d F 1 ((s, t), t), ...

t*

*

..., ∫ Y (t – δk)d F k ((s, t), t), x(t, τx), u(t, τu),

(7.32)

t*

*

*

де Ф* = Ф*(u*, τ*, Ф ), F i = F i (u*, τ*, F i ) В резльтате правления u* на интервале [t* – τ*, T *], фнция * Ф меняется на Ф*, Fi — на F i , преобразется стртра системы. Это процесс формирования новой системы, начинающей фнционировать в момент t* под действием: внтренних фаторов, т. е. взаимодействия дости ающих определенно о ровня процессов (самоор анизация), или заонсервированной и стимлиремой в момент tu = t* – τ* про раммы, или под действием внешних фаторов (ор анизация). В новой системе мотивация наапливается на интервале [t*, t – τ] и действет новое правление u(t, τu). Управление самоор анизацией (или ор анизацией) состоит в 1) разршении старой стртры до ровня элементов, оторые требются для новой системы и подлежат сохранению; 2) создании новой стртры; 3) под отове системы  восприятию правления u(t, τu); 4) блоировании небла оприятно о (в частности, мешающе о самоор анизации) воздействия среды, по отношению  оторой преобразющаяся система беззащитна. Рассмотрим виды правления сложной системой. Адаптивное правление с подражательным механизмом. В теории правления рассматриваются методы адаптации  стохастичесой ситации, оптимальные в среднем. Однао для сложных систем харатерны неповторяющиеся ситации поведения. Для единичных ситаций известные методы стохастичесой адаптации малопри одны. Сществет метод, находящийся на стые стохастичесой оптимизации и целенаправленно о поведения, — метод массовых проб. Ситация не стохастична, она не описывается статистичесими заонами, и с этим ниче о нельзя сделать. Но можно пре261

3. Фнция Ф линейная и от t непосредственно не зависит. То да dY ( t ) ------------- = A1Y(t) + A2Y(t – τ) + dt

t−τ

∫ Y ( s − δ 1 ) dF1((s, t),t) + ...

−∞

t−τ

... + ∫ Y ( s − δ k ) dFk((s, t),t) + x(t, τx) + u(t – τu).

(7.29)

−∞

Этот слчай харатерен для нейтральной среды (слчайной либо, по райней мере, не зависящей от u). Достижение высоой эффетивности возможно тольо птем приспособления сложившихся на интервале [–×, t – τ] свойств системы  изменению ситации, сладывающейся на интервале [t – τ, T], т. е. птем адаптации системы, средством оторой является правление. Это адаптивное правление, применяемое в слчае, если влияние традиций не очень сильно, во всяом слчае их можно перестроить на относительно оротом интервале времени. 4. Фнция Ф зависит от t dY ------ = Ф t, Y(t), Y(t – τ), dt

t−τ

∫ Y ( t − δ 1 ) dF1(s, t), t), ...

−∞

t−τ

... + ∫ Y ( t − δ 1 ) dFk((s, t), t) + x(t, τx) + u(t, τu) .

(7.30)

−∞

Стро ое эффетивное правление невозможно. Управление должно влиять на внтреннюю мотивацию системы; это достижимо, если мотивация системы известна (хотя бы частично). Оптимальных (в смысле max Э) решений не сществет. Управление рефлесивное. Рефлесивное правление может оазаться эффетивным, если е о применять на интервале времени Tu ° T. В этом слчае влияние τ и δ незначительно и dY ------ = Ф t, Y, dt

Tu

t

∫ Y ( t ) dF1((s, t), t), ..., ∫ Y ( t ) dFk((s, t), t), ...

−∞

Tu

t

..., ∫ Y ( t ) dF1u((s, t), u(t, τu), ... t

Tu

..., ∫ Y ( t ) dFku((s, t), u(t, τu), x(t, τx) . Tu

260

Управление эффетивно оценивается на интервале (0, T) и изменяет мотивацию системы на интервале [t – Tu, t], таим образом, что она начинает действовать в соответствии с намерениями правляющей системы. 5. Управление начинается с неоторо о фисированно о момента времени

(7.31)

dY ------ = Ф* t, Y (t), Y(t – τ), dt t−τ

t−τ

* ∫ Y (t – δ1)d F 1 ((s, t), t), ...

t*

*

..., ∫ Y (t – δk)d F k ((s, t), t), x(t, τx), u(t, τu),

(7.32)

t*

*

*

де Ф* = Ф*(u*, τ*, Ф ), F i = F i (u*, τ*, F i ) В резльтате правления u* на интервале [t* – τ*, T *], фнция * Ф меняется на Ф*, Fi — на F i , преобразется стртра системы. Это процесс формирования новой системы, начинающей фнционировать в момент t* под действием: внтренних фаторов, т. е. взаимодействия дости ающих определенно о ровня процессов (самоор анизация), или заонсервированной и стимлиремой в момент tu = t* – τ* про раммы, или под действием внешних фаторов (ор анизация). В новой системе мотивация наапливается на интервале [t*, t – τ] и действет новое правление u(t, τu). Управление самоор анизацией (или ор анизацией) состоит в 1) разршении старой стртры до ровня элементов, оторые требются для новой системы и подлежат сохранению; 2) создании новой стртры; 3) под отове системы  восприятию правления u(t, τu); 4) блоировании небла оприятно о (в частности, мешающе о самоор анизации) воздействия среды, по отношению  оторой преобразющаяся система беззащитна. Рассмотрим виды правления сложной системой. Адаптивное правление с подражательным механизмом. В теории правления рассматриваются методы адаптации  стохастичесой ситации, оптимальные в среднем. Однао для сложных систем харатерны неповторяющиеся ситации поведения. Для единичных ситаций известные методы стохастичесой адаптации малопри одны. Сществет метод, находящийся на стые стохастичесой оптимизации и целенаправленно о поведения, — метод массовых проб. Ситация не стохастична, она не описывается статистичесими заонами, и с этим ниче о нельзя сделать. Но можно пре261

вратить систем в вазистохастичесю, а затем ее оптимизировать. Это возможно сделать при наличии достаточно большо о ресрса, оторый позволит провести над ситацией достаточно большое число эспериментов и выявить заономерности. Неопределенность ситации не бдет расрыта, но ценой неоторо о расхода ресрсов она бдет ислючена. Рассмотрим действие подражательно о механизма, лежаще о в основе метода. Псть система S, состоящая из N однотипных подсистем N

Si ⎛ S = ∑ S i ⎞ , фнционирет в изменяющейся среде X автоном⎝ ⎠ i=1

но (без внешне о правления), а ее поведение описывается переменной Z(t). То да · (7.33) Z (t) = A1Z(t – τ) + A2Z(t) + u(t – τu) + ξ(t), де ξ(t) — нестационарный слчайный процесс, харатеристии оторо о зависят от среды. Если переменные Zi ° Z взаимно независимы, то · Z (t) = A1Z(t – τ) + A2Z(t) + u(t – τu) + ξ(t), i = 1, N , N

Эi = Эi (Zi , T), Э = ∑ Э i = Э({Zi}, t).

(7.34)

i=1

Естественным представляется решение ui(t) = u1i (t) + u2i (t); u2i (t ) = –ξ(t – τu),

i = 1, N ,

реализация оторо о требет исследования процессов ξi(t), эстраполяции их на интервал [0, τu2] (желательно, онечно, чтобы интервал был минимальным, а лчше все о, чтобы τu2 = 0) и построения омпенсирющих процессов. Управления u1i (i = 1, N ) выражают целевю фнцию системы. Это про раммное правление. Система должна обладать большими возможностями для выполнения (7.34), оторых может и не быть. Поставим вопрос: аими свойствами должна обладать система S, чтобы наращивать свою эффетивность (или, по райней мере, сохранять эффетивность на неотором допстимом ровне) при сщественных (в том числе небла оприятных) изменениях X? Для определенности примем, что ритерием эффетивности является энер етичесий ресрс Э; это не снижает общности. Подсистемы Si взаимодействют межд собой и ориентированы 262

на повышение индивидальной эффетивности (индивидальноо энер оресрса подсистем), оторю они не меют предсазать, но способны оценить величение или меньшение. Сформирем механизм поведения подсистем Si. Псть подсистема Si имеет U = {uj}, j = 1, G возможных способов действия. Осществляя uj-тое действие, подсистема Si проявляет е о, а дрие подсистемы или, по райней мере, неоторые из них мо т знать об этом. Способ связи межд системами не имеет значения. Эффетивность системы Эi (ui) = Э1i (uj, Э) – Э2i (uj), де Э1i — энер ия, извлеаемая из среды при действии uj; Э2i — энер озатраты на осществление действия uj. Зависимость Э1i (Э) обсловлена средоформирющим влиянием S, зависящим от эффетивности Э. Если 0 < Эi (uj) < Э*, действие uj называют рациональным. Если * Э < Эi (uj) < Э*, действие uj эффетивно. Если Эi (uj) < 0, действие uj нерационально: Si бесполезно теряет энер ию и ее остата может не хватить для выполнения др их действий. Если Эi (uj) > Э*, действие uj индивидалистично: Si, мешает возможности эффетивно фнционировать др им подсистемам. Таим образом, предположительная целевая фнция состоит в поддержании индивидальной эффетивности в диапазоне (Э *,Э*). Эта целевая фнция обеспечивает а индивидальное, та и системное ( рпповое) бла ополчие. По-видимом, сществет неоторое оптимальное значение Эiopt (ujopt), при отором дости ается max({Эi opt}). Посоль ujopt зависит от среды, подсистемы Si и действий остальных подсистем высше о ровня, определить е о не просто. Во всяом слчае пола ают, что ни Si, ни S в целом неведомы понятия целей и целевой фнции, эффетивности, оптимальности, что анализ ситации им недостпен, а способ выбора действия опирается на неий автоматизм и предельно прост. Допстим, что аждая подсистема Si может действовать в соответствии с одним из следющих ритериев: 1) с вероятностью p1 выбирать на ад любое действие из алфавита uj ° U ; 2) с вероятностью р2 повторить то, что делает др ая подсистема, от оторой принят си нал (подражать сосед, p1 + p2 = 1). Чем дачнее оазался очередной выбор, тем дольше Si е о держивает: величение энер ии способствет стабилизации фнции, меньшение стимлирет смен действия; если хватает энер ии, смена происходит, если не хватает — смены не происходит. С точи зрения информационно о ресрса таой способ выбора действия весьма эономен: механизм слчайно о выбора элементарен, а подража263

вратить систем в вазистохастичесю, а затем ее оптимизировать. Это возможно сделать при наличии достаточно большо о ресрса, оторый позволит провести над ситацией достаточно большое число эспериментов и выявить заономерности. Неопределенность ситации не бдет расрыта, но ценой неоторо о расхода ресрсов она бдет ислючена. Рассмотрим действие подражательно о механизма, лежаще о в основе метода. Псть система S, состоящая из N однотипных подсистем N

Si ⎛ S = ∑ S i ⎞ , фнционирет в изменяющейся среде X автоном⎝ ⎠ i=1

но (без внешне о правления), а ее поведение описывается переменной Z(t). То да · (7.33) Z (t) = A1Z(t – τ) + A2Z(t) + u(t – τu) + ξ(t), де ξ(t) — нестационарный слчайный процесс, харатеристии оторо о зависят от среды. Если переменные Zi ° Z взаимно независимы, то · Z (t) = A1Z(t – τ) + A2Z(t) + u(t – τu) + ξ(t), i = 1, N , N

Эi = Эi (Zi , T), Э = ∑ Э i = Э({Zi}, t).

(7.34)

i=1

Естественным представляется решение ui(t) = u1i (t) + u2i (t); u2i (t ) = –ξ(t – τu),

i = 1, N ,

реализация оторо о требет исследования процессов ξi(t), эстраполяции их на интервал [0, τu2] (желательно, онечно, чтобы интервал был минимальным, а лчше все о, чтобы τu2 = 0) и построения омпенсирющих процессов. Управления u1i (i = 1, N ) выражают целевю фнцию системы. Это про раммное правление. Система должна обладать большими возможностями для выполнения (7.34), оторых может и не быть. Поставим вопрос: аими свойствами должна обладать система S, чтобы наращивать свою эффетивность (или, по райней мере, сохранять эффетивность на неотором допстимом ровне) при сщественных (в том числе небла оприятных) изменениях X? Для определенности примем, что ритерием эффетивности является энер етичесий ресрс Э; это не снижает общности. Подсистемы Si взаимодействют межд собой и ориентированы 262

на повышение индивидальной эффетивности (индивидальноо энер оресрса подсистем), оторю они не меют предсазать, но способны оценить величение или меньшение. Сформирем механизм поведения подсистем Si. Псть подсистема Si имеет U = {uj}, j = 1, G возможных способов действия. Осществляя uj-тое действие, подсистема Si проявляет е о, а дрие подсистемы или, по райней мере, неоторые из них мо т знать об этом. Способ связи межд системами не имеет значения. Эффетивность системы Эi (ui) = Э1i (uj, Э) – Э2i (uj), де Э1i — энер ия, извлеаемая из среды при действии uj; Э2i — энер озатраты на осществление действия uj. Зависимость Э1i (Э) обсловлена средоформирющим влиянием S, зависящим от эффетивности Э. Если 0 < Эi (uj) < Э*, действие uj называют рациональным. Если * Э < Эi (uj) < Э*, действие uj эффетивно. Если Эi (uj) < 0, действие uj нерационально: Si бесполезно теряет энер ию и ее остата может не хватить для выполнения др их действий. Если Эi (uj) > Э*, действие uj индивидалистично: Si, мешает возможности эффетивно фнционировать др им подсистемам. Таим образом, предположительная целевая фнция состоит в поддержании индивидальной эффетивности в диапазоне (Э *,Э*). Эта целевая фнция обеспечивает а индивидальное, та и системное ( рпповое) бла ополчие. По-видимом, сществет неоторое оптимальное значение Эiopt (ujopt), при отором дости ается max({Эi opt}). Посоль ujopt зависит от среды, подсистемы Si и действий остальных подсистем высше о ровня, определить е о не просто. Во всяом слчае пола ают, что ни Si, ни S в целом неведомы понятия целей и целевой фнции, эффетивности, оптимальности, что анализ ситации им недостпен, а способ выбора действия опирается на неий автоматизм и предельно прост. Допстим, что аждая подсистема Si может действовать в соответствии с одним из следющих ритериев: 1) с вероятностью p1 выбирать на ад любое действие из алфавита uj ° U ; 2) с вероятностью р2 повторить то, что делает др ая подсистема, от оторой принят си нал (подражать сосед, p1 + p2 = 1). Чем дачнее оазался очередной выбор, тем дольше Si е о держивает: величение энер ии способствет стабилизации фнции, меньшение стимлирет смен действия; если хватает энер ии, смена происходит, если не хватает — смены не происходит. С точи зрения информационно о ресрса таой способ выбора действия весьма эономен: механизм слчайно о выбора элементарен, а подража263

ние требет анализа G типов хорошо различимых непрерывающихся си налов. Вряд ли можно придмать что-либо проще таой омбинации автономии и целенаправленности. Природа, широо использя подобню схем, сформировала бо атейшие возможности адаптации и развития. Каждая из подсистем может действовать либо полностью автономно, либо оординиря свои действия с действиями др их подсистем. Посоль правления сверх нет и нет средств для предварительно о «обмена мнениями», остается единственная возможность — подражания лчшим (в аом-то смысле) образцам действий др их подсистем. Можно предположить, что «дачливые» подсистемы сохраняют способ действия, обнаржив е о эффетивность, на длительное время, а «недачливые» бдт е о менять, подражая тем подсистемам, оторые действют относительно стабильно. По-видимом, спеха можно ожидать в том слчае, если состояния среды для подражающей подсистемы и образца подражания близи. В этом слчае «втя ивание» подсистем в подражание переходит в приспособление  сложившейся ситации. Таим образом формирется общесистемный язы правления. Оценим эти предположения на следющей математичесой модели изменения эффетивности. Псть при любом неэффетивном действии (область А) Э = Э0e– αt, а при эффетивном (область В) Э = Э0eβt, де Э0 — эффетивность подсистемы в момент смены действия. Рассмотрим два варианта подражания. В первом варианте подсистемы изменяют действия слчайным образом через интервалы, распределенные по слчайном заон, с математичесим ожиданием mτ и дисперсией σ2. Для областей А и В имеем m τ = m τ ( e − α 1 Э + e α 2 /Э ) и A

0

m τ = m r e βЭ . B

0

m τ сначала падает, а с меньшением Э нео раниченно возA растает. Поведение др их подсистем читывается при смене действия следющим образом. Вероятность рij перехода i-той подсистемы  j-том действию в момент времени t pij = [Nj(t) / N + p1(1 – Nj(t) / N)], де Nj — число подсистем, выполняющих j-тоe действие в течение времени выполнения i-той подсистемой действия, предшествовавше о смене: t ⎧ [ s − m τi ( s ) ]2 ⎫ 1 f(t) = ----------------- ∫ exp ⎨– ------------------------------ ⎬ ds. 2 2πσ τ σ ⎩ ⎭ τ 0 i i 264

Таим образом, аждая подсистема j-тое действие ориентирет на число выполняющих е о подсистем и, роме то о, применяет свободный поис, в простейшем слчае pi = 1 / G. Во втором варианте постпают следющим образом. Ранжирют действия uj по призна взаимно о различия и порядочивают множество G та: u1ε12u2ε23 ... εj– 1j uj εj, j +1 ... εn– 1,nun, де εj, j +1 < 1 — числовые оцени различия, причем (>j)(εj – 1, j < εj – 1,j + 1). Далее примем n

N

ξ t

k1 kj pij = kj p2 ∑ ∑ ------------, p j1

j = 1k = 1

n

p

де kj — нормирющий множитель ∑ -----ij- = 1; p2 j=1

ξkj =

если k-тая система производит uj-тое действие; если k-тая система не производит uj-то о действия;

tkj — время, в течение оторо о k-тая система производит uj-тое действие; рj1 — различие межд u1-тым в uj-тым действиями. Процесс адаптации Si и X протеает следющим образом. Вначале все Si выбирают действие из алфавита G слчайно. Те системы, оторым соптствовала дача, сохраняют выбранный способ действия, остальные изменяют е о в соответствии с распределением вероятностей, оторое изменяется ввид появления эффетивных образцов. Число «дачливых» подсистем величивается до тех пор, поа растет эффетивность S, затем станавливается динамичесое равновесие. Та а не все Si действют одинаово, стабильным бдет распределение фнций, при отором N1

N

N2

Э = ∑ Э i ( u j ) = ∑ Э i ( u 1 ) + ∑ Э i ( u 2 ) + ... j=1

i=1

i=1

Nj

NG

i=1

i=1

... + ∑ Э i ( u j ) + ... + ∑ Э i ( u G ) ⇒ max, де N1, N2, …, NG — число подсистем, выполняющих действия u1,u2,…,uG соответственно. Таим образом, ведщим фатором «естественно о сбора» в рпповом взаимодействии является подражательный механизм 265

ние требет анализа G типов хорошо различимых непрерывающихся си налов. Вряд ли можно придмать что-либо проще таой омбинации автономии и целенаправленности. Природа, широо использя подобню схем, сформировала бо атейшие возможности адаптации и развития. Каждая из подсистем может действовать либо полностью автономно, либо оординиря свои действия с действиями др их подсистем. Посоль правления сверх нет и нет средств для предварительно о «обмена мнениями», остается единственная возможность — подражания лчшим (в аом-то смысле) образцам действий др их подсистем. Можно предположить, что «дачливые» подсистемы сохраняют способ действия, обнаржив е о эффетивность, на длительное время, а «недачливые» бдт е о менять, подражая тем подсистемам, оторые действют относительно стабильно. По-видимом, спеха можно ожидать в том слчае, если состояния среды для подражающей подсистемы и образца подражания близи. В этом слчае «втя ивание» подсистем в подражание переходит в приспособление  сложившейся ситации. Таим образом формирется общесистемный язы правления. Оценим эти предположения на следющей математичесой модели изменения эффетивности. Псть при любом неэффетивном действии (область А) Э = Э0e– αt, а при эффетивном (область В) Э = Э0eβt, де Э0 — эффетивность подсистемы в момент смены действия. Рассмотрим два варианта подражания. В первом варианте подсистемы изменяют действия слчайным образом через интервалы, распределенные по слчайном заон, с математичесим ожиданием mτ и дисперсией σ2. Для областей А и В имеем m τ = m τ ( e − α 1 Э + e α 2 /Э ) и A

0

m τ = m r e βЭ . B

0

m τ сначала падает, а с меньшением Э нео раниченно возA растает. Поведение др их подсистем читывается при смене действия следющим образом. Вероятность рij перехода i-той подсистемы  j-том действию в момент времени t pij = [Nj(t) / N + p1(1 – Nj(t) / N)], де Nj — число подсистем, выполняющих j-тоe действие в течение времени выполнения i-той подсистемой действия, предшествовавше о смене: t ⎧ [ s − m τi ( s ) ]2 ⎫ 1 f(t) = ----------------- ∫ exp ⎨– ------------------------------ ⎬ ds. 2 2πσ τ σ ⎩ ⎭ τ 0 i i 264

Таим образом, аждая подсистема j-тое действие ориентирет на число выполняющих е о подсистем и, роме то о, применяет свободный поис, в простейшем слчае pi = 1 / G. Во втором варианте постпают следющим образом. Ранжирют действия uj по призна взаимно о различия и порядочивают множество G та: u1ε12u2ε23 ... εj– 1j uj εj, j +1 ... εn– 1,nun, де εj, j +1 < 1 — числовые оцени различия, причем (>j)(εj – 1, j < εj – 1,j + 1). Далее примем n

N

ξ t

k1 kj pij = kj p2 ∑ ∑ ------------, p j1

j = 1k = 1

n

p

де kj — нормирющий множитель ∑ -----ij- = 1; p2 j=1

ξkj =

если k-тая система производит uj-тое действие; если k-тая система не производит uj-то о действия;

tkj — время, в течение оторо о k-тая система производит uj-тое действие; рj1 — различие межд u1-тым в uj-тым действиями. Процесс адаптации Si и X протеает следющим образом. Вначале все Si выбирают действие из алфавита G слчайно. Те системы, оторым соптствовала дача, сохраняют выбранный способ действия, остальные изменяют е о в соответствии с распределением вероятностей, оторое изменяется ввид появления эффетивных образцов. Число «дачливых» подсистем величивается до тех пор, поа растет эффетивность S, затем станавливается динамичесое равновесие. Та а не все Si действют одинаово, стабильным бдет распределение фнций, при отором N1

N

N2

Э = ∑ Э i ( u j ) = ∑ Э i ( u 1 ) + ∑ Э i ( u 2 ) + ... j=1

i=1

i=1

Nj

NG

i=1

i=1

... + ∑ Э i ( u j ) + ... + ∑ Э i ( u G ) ⇒ max, де N1, N2, …, NG — число подсистем, выполняющих действия u1,u2,…,uG соответственно. Таим образом, ведщим фатором «естественно о сбора» в рпповом взаимодействии является подражательный механизм 265

выбора индивидальных действий. Ориентирясь на индивидальный спех (подражание действию, величивающем индивидальню эффетивность), аждая подсистема повышает эффетивность системы и наращивает свои силы для дальнейше о взаимодействия со средой, а если нжно — для сопротивления и борьбы. Слчайность формирет изменчивость, расширяет диапазон поиса, а подражание — целесообразность. Адаптация требет определенно о времени и, если за это время среда изменит свои свойства, процесс может разршиться. Это не означает, что эффетивность S не может быть высоой; нестационарный процесс непрерывно о изменения действий S может сформировать достаточно эффетивное совместное поведение Si. Все зависит от соотношений свойств S и X. Если бы сществовала надсистема S0, способная честь все эти свойства и осведомленная о ритерии эффетивности Э системы S, она мо ла бы (по райней мере в принципе) определить таю про рамм распределения действий межд Si, при оторой дости алась бы масимальная эффетивность S. Изменение X потребовало бы новой про раммы и т. д. Это означало бы оптимальное правление системой S со стороны S0. Однао неизвестно, что произойдет, если в аой-то момент времени S отлючится и оажется предоставленной самой себе: при оптимальном распределении фнция системы масимально эффетивна, но целесообразная смена фнций при изменении среды может оазаться недопстимо продолжительной. Поэтом «оптимальное» правление бывает невы одным: система не может приспособиться  новом изменению среды. Это, например, может произойти та: все Si бдт выполнять весьма эффетивные в среде X1 одинаовые действия в области, далеой от той, оторая оажется целесообразна в среде X2. При изменении среды ни одна подсистема не дости нет целесообразно о действия, та а преждевременно израсходет энер оресрс на слчайный поис, а подражать неом. При малых возможностях слчайно о поиса и интенсивном подражании система теряет ресрс и в течение длительно о времени малоэффетивна. Поэтом в часто изменяющихся и особенно нестационарных средах системы с малой «индивидальной свободой» мо т «не выжить». С величением вероятности слчайно о поиса длительность начально о этапа адаптации соращается, зато подсистемы медленнее наращивают эффетивность, что таже о раничивает их возможности  адаптации в слчайных 266

средах. Следовательно,  систем со слабым оллетивизмом живчесть недостаточна. Сществет оптимальное соотношение межд индивидальной свободой и подражательной способностью, обеспечивающее масимальню эффетивность. Возможности адаптивно о правления расширяются с величением лбины памяти подсистем. В дополнение  предыдщем примем, что переход подсистемы от uj-то о  uk-том действию требет затрат энер ии Qjk. После m переходов эффетивность i-той подсистемы определяется реррентной формлой l

Эi (m) = Эi (m – 1) – Qjk = Эi (m – l) – ∑ Q j , j, k = 1, 2, ..., j=1

де Qj — прирост энер ии за время j-то o действия. Специализированная система с большим ресрсом и высоой интенсивностью правления, но в сил специализации с большим временем адаптации (запаздывания) ле о справляется с небольшим величением противодействия, однао ибнет, если это противодействие неожиданно и сильно возрастает. Менее специализированные системы имеют меньший ресрс, но в сил больших способностей  адаптации (меньше запаздывание) ле че переживают атализм. Это позволяет им в дальнейшем приспособиться  сильно противодействющей среде. Если эффетивность исчислять на малом интервале времени Т, то преимщество специализированных систем неоспоримо, при T → × (словно) преимщество за адаптивными системами. Исследовать динами адаптивно о правления можно при помощи системы взаимодействющих автоматов. Каждый автомат предельно прост, поведение е о элементарно, тем не менее, оллетивное поведение оазывается настольо ибим и мно оранным, что производит впечатление размности. Серьезное сложнение адаптивно о правления большими системами состоит в том, что наряд с подражанием в процессе слчайно о поиса обнарживаются и зарепляются действия не схожие, а дополняющие, т. е. таие, оторые силивают деятельность др их подсистем и системы в целом. В дальнейшем мо т влючаться новые подсистемы, выполняющие др ие дополняющие действия, что еще больше величивает совместню эффетивность. Формирется большая рппа подсистем, внтри оторой возниает распределение фнций. Если среда изменяется медленно, специализация действия рпп сможет сохраняться надол о, зарепляться и совершенствоваться. 267

выбора индивидальных действий. Ориентирясь на индивидальный спех (подражание действию, величивающем индивидальню эффетивность), аждая подсистема повышает эффетивность системы и наращивает свои силы для дальнейше о взаимодействия со средой, а если нжно — для сопротивления и борьбы. Слчайность формирет изменчивость, расширяет диапазон поиса, а подражание — целесообразность. Адаптация требет определенно о времени и, если за это время среда изменит свои свойства, процесс может разршиться. Это не означает, что эффетивность S не может быть высоой; нестационарный процесс непрерывно о изменения действий S может сформировать достаточно эффетивное совместное поведение Si. Все зависит от соотношений свойств S и X. Если бы сществовала надсистема S0, способная честь все эти свойства и осведомленная о ритерии эффетивности Э системы S, она мо ла бы (по райней мере в принципе) определить таю про рамм распределения действий межд Si, при оторой дости алась бы масимальная эффетивность S. Изменение X потребовало бы новой про раммы и т. д. Это означало бы оптимальное правление системой S со стороны S0. Однао неизвестно, что произойдет, если в аой-то момент времени S отлючится и оажется предоставленной самой себе: при оптимальном распределении фнция системы масимально эффетивна, но целесообразная смена фнций при изменении среды может оазаться недопстимо продолжительной. Поэтом «оптимальное» правление бывает невы одным: система не может приспособиться  новом изменению среды. Это, например, может произойти та: все Si бдт выполнять весьма эффетивные в среде X1 одинаовые действия в области, далеой от той, оторая оажется целесообразна в среде X2. При изменении среды ни одна подсистема не дости нет целесообразно о действия, та а преждевременно израсходет энер оресрс на слчайный поис, а подражать неом. При малых возможностях слчайно о поиса и интенсивном подражании система теряет ресрс и в течение длительно о времени малоэффетивна. Поэтом в часто изменяющихся и особенно нестационарных средах системы с малой «индивидальной свободой» мо т «не выжить». С величением вероятности слчайно о поиса длительность начально о этапа адаптации соращается, зато подсистемы медленнее наращивают эффетивность, что таже о раничивает их возможности  адаптации в слчайных 266

средах. Следовательно,  систем со слабым оллетивизмом живчесть недостаточна. Сществет оптимальное соотношение межд индивидальной свободой и подражательной способностью, обеспечивающее масимальню эффетивность. Возможности адаптивно о правления расширяются с величением лбины памяти подсистем. В дополнение  предыдщем примем, что переход подсистемы от uj-то о  uk-том действию требет затрат энер ии Qjk. После m переходов эффетивность i-той подсистемы определяется реррентной формлой l

Эi (m) = Эi (m – 1) – Qjk = Эi (m – l) – ∑ Q j , j, k = 1, 2, ..., j=1

де Qj — прирост энер ии за время j-то o действия. Специализированная система с большим ресрсом и высоой интенсивностью правления, но в сил специализации с большим временем адаптации (запаздывания) ле о справляется с небольшим величением противодействия, однао ибнет, если это противодействие неожиданно и сильно возрастает. Менее специализированные системы имеют меньший ресрс, но в сил больших способностей  адаптации (меньше запаздывание) ле че переживают атализм. Это позволяет им в дальнейшем приспособиться  сильно противодействющей среде. Если эффетивность исчислять на малом интервале времени Т, то преимщество специализированных систем неоспоримо, при T → × (словно) преимщество за адаптивными системами. Исследовать динами адаптивно о правления можно при помощи системы взаимодействющих автоматов. Каждый автомат предельно прост, поведение е о элементарно, тем не менее, оллетивное поведение оазывается настольо ибим и мно оранным, что производит впечатление размности. Серьезное сложнение адаптивно о правления большими системами состоит в том, что наряд с подражанием в процессе слчайно о поиса обнарживаются и зарепляются действия не схожие, а дополняющие, т. е. таие, оторые силивают деятельность др их подсистем и системы в целом. В дальнейшем мо т влючаться новые подсистемы, выполняющие др ие дополняющие действия, что еще больше величивает совместню эффетивность. Формирется большая рппа подсистем, внтри оторой возниает распределение фнций. Если среда изменяется медленно, специализация действия рпп сможет сохраняться надол о, зарепляться и совершенствоваться. 267

268

Ïðîáà äåéñòâèé

Ïëîõî

Îöåíêà ñîñòîÿíèé

Íàáëþäåíèå çà ñîñåäíèìè ïîäñèñòåìàìè

Õîðîøî Îöåíêà âðåìåíè âûïîëíåíèÿ èìè äåéñòâèÿ

Ïðîäîëæåíèå äåéñòâèÿ

Ìàëî

Ïîäðàæàíèå

Äîñòàòî÷íî äîëãî Âëèÿíèå ñðåäû

×àñòè÷íîå èçìåíåíèå äåéñòâèÿ

Âûáîð íàèáîëåå äëèòåëüíîãî

Îöåíêà ðåçóëüòàòîâ

Ôîðìèðîâàíèå ñîâìåñòíîãî äåéñòâèÿ Ïëîõî

Õîðîøî

Âûïîëíåíèå ñîâìåñòíûõ äåéñòâèé

^

Ввид высоой эффетивности системы потребность в широом поисе отпадает, подсистемы бдт осществлять поис тольо вблизи зарепивше ося рационально о действия, оторое станет стабильной фнцией. Качество выполнения фнции повышается до тех пор, поа она способствет повышению эффетивности системы. Та, начиная с автономных слчайных действий, посредством механизма подражания формирются целенаправленность и эффетивное поведение в сложной ситации. Целенаправленность эта слепа и в небла оприятно сложившейся ситации может силить небла оприятный резльтат. Если вероятность ошибочной ориентации процесса невелиа, рассмотренный механизм действет эффетивно. Из всех способов формирования целенаправленности подражание требет наименьше о информационно о ресрса: прорамм действий не нжно хранить в памяти, она сосредоточена во внешнем образце, в рппах с распределением фнций одн и т же фнцию мо т выполнять несольо подсистем (со сдви ом во времени) и слжить др для др а образцом. Направленное распределение фнций формирется эффетивнее, если в «действиях сотрдничества» имеется общий фра мент — образец для подражания. Схема адаптивно о правления поазана на рис. 7.17. Рефлесивное правление. Псть имеются две взаимодействющие системы S1 и S2. Сщность рефлесивно о правления состоит в том, что взаимодействющей системе (содействющей или противодействющей) посредством передачи информации «вншаются» определенные данные относительно Z(t), оторые стимлирют желательный выбор ν(t). В распоряжении системы S1 помимо u1 имеется воздействие ν1 ° V1 и этот способ влияния на систем S2 использется не тольо для эффетивно о воздействия, но и для передачи системе S2 таой информации, чтобы натолнть S2 на выбор определенно о ν2(t). Вместо омпенсации ν2 (а в про раммном правлении) или адаптации  ν 2 нжно аим-либо способом заставить вторю систем повлиять на ν 2 та, а это нжно первой системе. При этом может оазаться, что вторая система постпает анало ично, осществляя рефлесивное правление первой системой. Примеры рефлесивно о правления. В содействющих системах: и ры «n против n», обчение, воспитание, роводство. В противодействющих системах: и ры «n против n», онренция, спортивные соревнования, правление противниом.

Рис. 7.17. Схема адаптивноо правления сложной системой

269

268

Ïðîáà äåéñòâèé

Ïëîõî

Îöåíêà ñîñòîÿíèé

Íàáëþäåíèå çà ñîñåäíèìè ïîäñèñòåìàìè

Õîðîøî Îöåíêà âðåìåíè âûïîëíåíèÿ èìè äåéñòâèÿ

Ïðîäîëæåíèå äåéñòâèÿ

Ìàëî

Ïîäðàæàíèå

Äîñòàòî÷íî äîëãî Âëèÿíèå ñðåäû

×àñòè÷íîå èçìåíåíèå äåéñòâèÿ

Âûáîð íàèáîëåå äëèòåëüíîãî

Îöåíêà ðåçóëüòàòîâ

Ôîðìèðîâàíèå ñîâìåñòíîãî äåéñòâèÿ Ïëîõî

Õîðîøî

Âûïîëíåíèå ñîâìåñòíûõ äåéñòâèé

^

Ввид высоой эффетивности системы потребность в широом поисе отпадает, подсистемы бдт осществлять поис тольо вблизи зарепивше ося рационально о действия, оторое станет стабильной фнцией. Качество выполнения фнции повышается до тех пор, поа она способствет повышению эффетивности системы. Та, начиная с автономных слчайных действий, посредством механизма подражания формирются целенаправленность и эффетивное поведение в сложной ситации. Целенаправленность эта слепа и в небла оприятно сложившейся ситации может силить небла оприятный резльтат. Если вероятность ошибочной ориентации процесса невелиа, рассмотренный механизм действет эффетивно. Из всех способов формирования целенаправленности подражание требет наименьше о информационно о ресрса: прорамм действий не нжно хранить в памяти, она сосредоточена во внешнем образце, в рппах с распределением фнций одн и т же фнцию мо т выполнять несольо подсистем (со сдви ом во времени) и слжить др для др а образцом. Направленное распределение фнций формирется эффетивнее, если в «действиях сотрдничества» имеется общий фра мент — образец для подражания. Схема адаптивно о правления поазана на рис. 7.17. Рефлесивное правление. Псть имеются две взаимодействющие системы S1 и S2. Сщность рефлесивно о правления состоит в том, что взаимодействющей системе (содействющей или противодействющей) посредством передачи информации «вншаются» определенные данные относительно Z(t), оторые стимлирют желательный выбор ν(t). В распоряжении системы S1 помимо u1 имеется воздействие ν1 ° V1 и этот способ влияния на систем S2 использется не тольо для эффетивно о воздействия, но и для передачи системе S2 таой информации, чтобы натолнть S2 на выбор определенно о ν2(t). Вместо омпенсации ν2 (а в про раммном правлении) или адаптации  ν 2 нжно аим-либо способом заставить вторю систем повлиять на ν 2 та, а это нжно первой системе. При этом может оазаться, что вторая система постпает анало ично, осществляя рефлесивное правление первой системой. Примеры рефлесивно о правления. В содействющих системах: и ры «n против n», обчение, воспитание, роводство. В противодействющих системах: и ры «n против n», онренция, спортивные соревнования, правление противниом.

Рис. 7.17. Схема адаптивноо правления сложной системой

269

Рефлесивное правление обладает рядом особенностей: 1. Имеет отражательный харатер. Чтобы первая система мо ла принять решение о воздействии на вторю, в первой системе создается представление о возможной реации второй системы птем мысленно о восстановления процесса. Таая рефлесия может носить мно оратный харатер (обладает иерархичесой системой ран ов), но пратичеси число ран ов рефлесии при правлении невелио, посоль высшие ран и рефлесии быстро вырождаются. 2. Велиа роль мотивации, определяющей цели рефлесивноо правления. Мотивация при этом извлеает из памяти опыт прошло о, заставляет мышление оценивать е о резльтаты с четом онретной внешней обстанови настояще о, в оторой происходит работа взаимодействющих систем. 3. Имеет недостоверный харатер. Та, союзни может не понять цели и намерения правляющей системы и прореа ировать в сил свое о понимания цели воздействия; противни может всрыть замысел и цель воздействия и прореа ировать на не о, исходя из своей оцени обстанови. 4. При выборе дозволенных приемов, способов и средств воздействия и рают роль морально-этичесие принципы и правовые нормы, являющиеся о раничивающими словиями. 5. Чем масштабнее цели рефлесивно о правления, тем сложнее и мно остороннее по охват различных сторон деятельности «правляемой» системы проводимый омплес «правляющих» воздействий. 6. Рефлесивное правление динамично, особю роль в нем приобретает про нозирование ожидаемых резльтатов; лбина рефлесивно о правления определяется прочностью связей межд системами и соотношением сил. По содержанию рефлесивное правление бывает простое и сложное. При простом правлении оно дости ается (в вероятностном смысле) с помощью передачи тем или иным способом информации взаимодействющей системе для принятия ею решения, вы одно о правляющей стороне. Переданная информация должна побдить таие мотивы поведения, оторые стимлирют желательный выбор действий второй системы ν 2(t). Первая система при этом распола ает информацией о возможностях второй системы, т. е. ей известно множество возможных действий второй системы ν 2, ее фнционал эффетивности Э2(Z2, Т), о раничения по ресрсам W2(ν 2), а таже равнение · Z 1(t) = A1Z1(t) + A2Z1(t – τ1) + u1(t – τu) + ν2(t – τn) + ξ(t), (7.35) 270

харатеризющее изменение свойств системы с четом взаимодействия во времени. Первая система помимо передачи информации может оазать воздействие ν1(t) ° V1 на вторю систем (из множества воздействий первой системы, воспринимаемых второй системой: «обольщать вы одой», «п ать щербом», « рожать ничтожением» и т. д.). Более сложный и лбоий тип рефлесивно о правления проявляется при воздействии не на процесс отображения обстанови в правляемой системе, а на сам процесс принятия решения: подмена эффетивно о ал оритма неэффетивным и, наоборот, ислючение или влючение оптимизации решения, снижение или повышение ровня психичесой стойчивости при принятии решений, выработа ориентации  второй системы и т. д. Рефлесивное правление должно охватывать а под отов данных и процесс принятия решения, та и стоящю за решением про рамм действий второй стороны. Сложное рефлесивное правление осществляется через правление самой рефлесией, т. е. отражением оржающей действительности в правляемой системе. Необходимо читывать двояю роль рефлесии — созидающю и разршающю. Созидающая роль рефлесии залючается в определенной свободе при выборе поведения, что, в свою очередь, быстряет адаптацию  определенном ласс ситаций на основе анализа вариантов собственных действий, особенно о да допстимое время принятия решения позволяет осществить последовательню рефлесию высоих ран ов. Рефлесия оазывает разршительное действие, о да мыслительная деятельность происходит по стереотипам. Если принимающий решение начнет размышлять о внтренней ценности резльтатов, оценивать предпола аемые последствия, то мыслительная деятельность замедляется, сопровождается большим числом ошибо и становившийся ал оритм принятия решения может оазаться наршенным. Особый слчай представляет рефлесивное правление, осществляемое не непосредственно, а через про раммы, заложенные в автоматичесие или автоматизированные системы правления (например, «рефлесивное правление роботами»). Принятие решения в системе S 1 о воздействии на S2 может осществляться на основе одно о из двх принципов: по оцене возможностей системы S2 или по намерениям S2. Мотивационный механизм рефлесивно о правления опирается на «внтриинтеллетальный» подражательный механизм. 271

Рефлесивное правление обладает рядом особенностей: 1. Имеет отражательный харатер. Чтобы первая система мо ла принять решение о воздействии на вторю, в первой системе создается представление о возможной реации второй системы птем мысленно о восстановления процесса. Таая рефлесия может носить мно оратный харатер (обладает иерархичесой системой ран ов), но пратичеси число ран ов рефлесии при правлении невелио, посоль высшие ран и рефлесии быстро вырождаются. 2. Велиа роль мотивации, определяющей цели рефлесивноо правления. Мотивация при этом извлеает из памяти опыт прошло о, заставляет мышление оценивать е о резльтаты с четом онретной внешней обстанови настояще о, в оторой происходит работа взаимодействющих систем. 3. Имеет недостоверный харатер. Та, союзни может не понять цели и намерения правляющей системы и прореа ировать в сил свое о понимания цели воздействия; противни может всрыть замысел и цель воздействия и прореа ировать на не о, исходя из своей оцени обстанови. 4. При выборе дозволенных приемов, способов и средств воздействия и рают роль морально-этичесие принципы и правовые нормы, являющиеся о раничивающими словиями. 5. Чем масштабнее цели рефлесивно о правления, тем сложнее и мно остороннее по охват различных сторон деятельности «правляемой» системы проводимый омплес «правляющих» воздействий. 6. Рефлесивное правление динамично, особю роль в нем приобретает про нозирование ожидаемых резльтатов; лбина рефлесивно о правления определяется прочностью связей межд системами и соотношением сил. По содержанию рефлесивное правление бывает простое и сложное. При простом правлении оно дости ается (в вероятностном смысле) с помощью передачи тем или иным способом информации взаимодействющей системе для принятия ею решения, вы одно о правляющей стороне. Переданная информация должна побдить таие мотивы поведения, оторые стимлирют желательный выбор действий второй системы ν 2(t). Первая система при этом распола ает информацией о возможностях второй системы, т. е. ей известно множество возможных действий второй системы ν 2, ее фнционал эффетивности Э2(Z2, Т), о раничения по ресрсам W2(ν 2), а таже равнение · Z 1(t) = A1Z1(t) + A2Z1(t – τ1) + u1(t – τu) + ν2(t – τn) + ξ(t), (7.35) 270

харатеризющее изменение свойств системы с четом взаимодействия во времени. Первая система помимо передачи информации может оазать воздействие ν1(t) ° V1 на вторю систем (из множества воздействий первой системы, воспринимаемых второй системой: «обольщать вы одой», «п ать щербом», « рожать ничтожением» и т. д.). Более сложный и лбоий тип рефлесивно о правления проявляется при воздействии не на процесс отображения обстанови в правляемой системе, а на сам процесс принятия решения: подмена эффетивно о ал оритма неэффетивным и, наоборот, ислючение или влючение оптимизации решения, снижение или повышение ровня психичесой стойчивости при принятии решений, выработа ориентации  второй системы и т. д. Рефлесивное правление должно охватывать а под отов данных и процесс принятия решения, та и стоящю за решением про рамм действий второй стороны. Сложное рефлесивное правление осществляется через правление самой рефлесией, т. е. отражением оржающей действительности в правляемой системе. Необходимо читывать двояю роль рефлесии — созидающю и разршающю. Созидающая роль рефлесии залючается в определенной свободе при выборе поведения, что, в свою очередь, быстряет адаптацию  определенном ласс ситаций на основе анализа вариантов собственных действий, особенно о да допстимое время принятия решения позволяет осществить последовательню рефлесию высоих ран ов. Рефлесия оазывает разршительное действие, о да мыслительная деятельность происходит по стереотипам. Если принимающий решение начнет размышлять о внтренней ценности резльтатов, оценивать предпола аемые последствия, то мыслительная деятельность замедляется, сопровождается большим числом ошибо и становившийся ал оритм принятия решения может оазаться наршенным. Особый слчай представляет рефлесивное правление, осществляемое не непосредственно, а через про раммы, заложенные в автоматичесие или автоматизированные системы правления (например, «рефлесивное правление роботами»). Принятие решения в системе S 1 о воздействии на S2 может осществляться на основе одно о из двх принципов: по оцене возможностей системы S2 или по намерениям S2. Мотивационный механизм рефлесивно о правления опирается на «внтриинтеллетальный» подражательный механизм. 271

В «моз » формирются модели, отображающие ситации и взаимодействющю систем, себя в этой системе, взаимодействющие системы в себе и т. д., а таже модели возможных действий и поведения. Рефлесирющая система состоит из трех частей, действющих а бы автономно. Одна часть моделирет себя, др ая — взаимодействющю систем, третья — осществляет онтроль. В резльтате прои рывания множества вариантов отбирается таой, в отором взаимодействющая система полчает вы одные (с точи зрения рефлесирющей системы) стимлы  поведению. На основании этих стимлов строится про рамма рефлесивно о правления, оторая подвер ается непрерывной оперативной орретирове. Основная трдность рефлесии состоит в том, чтобы, осществляя онтроль за моделями взаимодействющих систем, правлять ими, предоставив определенню свобод деятельности. Средством оперативно о исследования ν(t) ° V является планомерное применение u(t) ° U таим образом, чтобы сначала выявить тенденцию ν(t), а затем использовать ее в интересах повы· шения Э(Z, Z , T). Процесс рефлесивно о правления разбивается на четыре этапа: 1. Рефлесивная разведа u1 = u1(t) в течение времени [0, t1]. На этом интервале наблюдается заон изменения Z1(t)|[0, T ] и определяется · · νˆ1 (t) = Z (t) – Z (t – τ1) – f1(Z1(t – τ2)) – (7.36) – f2(Z1(t)) – u1(t), 0 m t m t1, де « ˆ » — зна оцени; Z1(t) — реализация Z(t). 2. Рефлесивное правление (информация или дезинформация) u2 = u2(t) на интервале [t1,t2] с целью передачи противоположной сто· роне таих сведений Zˆ ° Z , оторые соответствют замысл S1: · · Z (t) = Z (t – τ1) + f1( Zˆ (t – τ2)) + + f2( Zˆ1 (t)) + u2(t) + νˆ2 (t – τˆ 2u ),

t1 m t m t2,

(7.37)

при начальных словиях Z(t) = ϕ1(t),

sup τi m t m t1,

де νˆ2 и τˆ 2 — правления и запаздывания, оторые желательно формировать птем рефлесивно о правления и оторые обоснованы оценами νˆ1 и τˆ 1 , полченными на первом этапе. 272

3. Оперативная разведа u3= u3(t) в течение интервала времени [t2, t3] с целью провери резльтата рефлесивно о правления и принятия решения: · · νˆ3 (t) = Z (t) – Z (t – τ1) – f1(Z(t – τ2)) – – f2(Z(t)) — u3(t), t2 m t m t3, (7.38) при начальных словиях Z(t) = ϕ2(t),

sup τi m t m t2.

4. Оперативное правление u4 = u4(t) на интервале [t3, t4] с цеZ ( t ) [ t , T ] , обеспечивающе о эффетивность систелью полчения · 3 мы Э(Z, Z , T) l Э *. Предпола ается, что на втором этапе правления системе S1 далось «вншить» системе S2 представление о Z(t) и u(t), таое, чтобы можно было выбрать соответствющее правление u4(t): · · Z (t) = Z (t – τ1) + f1(Z(t – τ2)) + f2(Z(t)) + + νˆ (t – τˆ νˆ ) + u(t – τu),

t 3 m t m t4 ,

(7.39)

при начальных словиях Z(t) = ϕ3(t),

sup τi m t m t3. *

Отметим, что Wu(u(t))|[0, T] m C u . Реализация аждо о этапа требет определенно о расхода ресрсов, и, размеется, чем больше их расходется на рефлесивное правление, тем больше бдет полчено информации о ν(t), но тем меньше останется для оперативно о правления, т. е. для оперативной деятельности. Система S2 решает анало ичню задач, применяя рефлесивное правление. Преимщество полчит та система, оторая эффетивнее распределит свои ресрсы по этапам. В настоящее время не разработаны методы построения рерсивных ал оритмов распределения ресрсов, обеспечивающих рациональное решение. Но если бы таие ал оритмы сществовали, это бы ниче о не изменило: абсолютно о оптимма быть не может, резльтат зависит от сочетания страте ий u(t) и ν (t). Основная проблема рефлесивно о правления состоит в становлении правильно о соответствия межд резльтатами перво о этапа и решения, принято о на втором этапе. Это означает, что навязываемая др ой стороне страте ия правления должна 273

В «моз » формирются модели, отображающие ситации и взаимодействющю систем, себя в этой системе, взаимодействющие системы в себе и т. д., а таже модели возможных действий и поведения. Рефлесирющая система состоит из трех частей, действющих а бы автономно. Одна часть моделирет себя, др ая — взаимодействющю систем, третья — осществляет онтроль. В резльтате прои рывания множества вариантов отбирается таой, в отором взаимодействющая система полчает вы одные (с точи зрения рефлесирющей системы) стимлы  поведению. На основании этих стимлов строится про рамма рефлесивно о правления, оторая подвер ается непрерывной оперативной орретирове. Основная трдность рефлесии состоит в том, чтобы, осществляя онтроль за моделями взаимодействющих систем, правлять ими, предоставив определенню свобод деятельности. Средством оперативно о исследования ν(t) ° V является планомерное применение u(t) ° U таим образом, чтобы сначала выявить тенденцию ν(t), а затем использовать ее в интересах повы· шения Э(Z, Z , T). Процесс рефлесивно о правления разбивается на четыре этапа: 1. Рефлесивная разведа u1 = u1(t) в течение времени [0, t1]. На этом интервале наблюдается заон изменения Z1(t)|[0, T ] и определяется · · νˆ1 (t) = Z (t) – Z (t – τ1) – f1(Z1(t – τ2)) – (7.36) – f2(Z1(t)) – u1(t), 0 m t m t1, де « ˆ » — зна оцени; Z1(t) — реализация Z(t). 2. Рефлесивное правление (информация или дезинформация) u2 = u2(t) на интервале [t1,t2] с целью передачи противоположной сто· роне таих сведений Zˆ ° Z , оторые соответствют замысл S1: · · Z (t) = Z (t – τ1) + f1( Zˆ (t – τ2)) + + f2( Zˆ1 (t)) + u2(t) + νˆ2 (t – τˆ 2u ),

t1 m t m t2,

(7.37)

при начальных словиях Z(t) = ϕ1(t),

sup τi m t m t1,

де νˆ2 и τˆ 2 — правления и запаздывания, оторые желательно формировать птем рефлесивно о правления и оторые обоснованы оценами νˆ1 и τˆ 1 , полченными на первом этапе. 272

3. Оперативная разведа u3= u3(t) в течение интервала времени [t2, t3] с целью провери резльтата рефлесивно о правления и принятия решения: · · νˆ3 (t) = Z (t) – Z (t – τ1) – f1(Z(t – τ2)) – – f2(Z(t)) — u3(t), t2 m t m t3, (7.38) при начальных словиях Z(t) = ϕ2(t),

sup τi m t m t2.

4. Оперативное правление u4 = u4(t) на интервале [t3, t4] с цеZ ( t ) [ t , T ] , обеспечивающе о эффетивность систелью полчения · 3 мы Э(Z, Z , T) l Э *. Предпола ается, что на втором этапе правления системе S1 далось «вншить» системе S2 представление о Z(t) и u(t), таое, чтобы можно было выбрать соответствющее правление u4(t): · · Z (t) = Z (t – τ1) + f1(Z(t – τ2)) + f2(Z(t)) + + νˆ (t – τˆ νˆ ) + u(t – τu),

t 3 m t m t4 ,

(7.39)

при начальных словиях Z(t) = ϕ3(t),

sup τi m t m t3. *

Отметим, что Wu(u(t))|[0, T] m C u . Реализация аждо о этапа требет определенно о расхода ресрсов, и, размеется, чем больше их расходется на рефлесивное правление, тем больше бдет полчено информации о ν(t), но тем меньше останется для оперативно о правления, т. е. для оперативной деятельности. Система S2 решает анало ичню задач, применяя рефлесивное правление. Преимщество полчит та система, оторая эффетивнее распределит свои ресрсы по этапам. В настоящее время не разработаны методы построения рерсивных ал оритмов распределения ресрсов, обеспечивающих рациональное решение. Но если бы таие ал оритмы сществовали, это бы ниче о не изменило: абсолютно о оптимма быть не может, резльтат зависит от сочетания страте ий u(t) и ν (t). Основная проблема рефлесивно о правления состоит в становлении правильно о соответствия межд резльтатами перво о этапа и решения, принято о на втором этапе. Это означает, что навязываемая др ой стороне страте ия правления должна 273

не тольо соответствовать цели (достижению Э l Э *), но и вытеать из тенденции правления ν (t). Решающее значение на первом этапе имеет выявление, аой является система S2 — содействющей или противодействющей. Если она противодействющая, то необходимо превратить ее в объетивно содействющю (хотя бы она и стремилась  противодействию). Большю роль и рает запаздывание в правлении τu и τν. То правление, оторое меньше запаздывает, имеет больше шансов на спех. В целом задача рефлесивно о правления является математичесой, а не эвристичесой. Удельный вес эвристичесо о элемента здесь не больше, чем в любой задаче правления в словиях стохастичесой неопределенности, де заоны распределения выбираются эвристичесими средствами. Ал оритм решения задач (7.36)—(7.39) поазан на рис. 7.18. Рассмотрим слчай, описываемый равнением вида · · Z (t) = Z (t – τ1) + f1(Z(t – τ2)) + f2(Z(t)) + (7.40) + ξ(t, ν(t – τν)) + u(t – τν). В этом равнении слчайный процесс ξ(t) зависит от правления ν(t). Типовые слчаи тао о влияния — изменение математичесо о ожидания и дисперсии периода автоорреляции ξ(t ). Действие ν(t) не является стро о целенаправленным, оно относится  слчайном процесс и, следовательно, рефлесивное правление применимо здесь тольо частично. Вместе с тем выявление статистичесих свойств ξ(t) позволяет использовать теорию статистичесих решений (и, следовательно, про раммное правление) в сочетании с рефлесивным правлением. В процессе выработи правления (назовем е о ситационным правлением) на ν(t) можно влиять тольо через ξ(t). Поазателем, определяющим ситационный рис, является · · Pc = Эˆ (Z, Z , T ) – min Э(Z, Z , T),

274

Ðåôëåêñèâíàÿ ðàçâåäêà ^v1 (t), ζiv (t) Ýêñòðàïîëÿöèÿ ^v1 (t + T )

Îáîñíîâàíèå u4 (t, v1)

Îïåðàòèâíàÿ ðàçâåäêà u2 (t)

Îáîñíîâàíèå u3 (t, v1)

Ñðàâíåíèå Ý (t) > 0, то рост фатора x целесообразно стимлировать; — если f ′(x) < 0, то целесообразно меньшать значение x; — если f ′(x) = 0, то ситацию можно сохранить. 472

Сществют различные способы определения вида фнции f. Можно, например, использя эмпиричесие данные, методами ре рессионно о анализа найти вид фнции f (x) или, например, задавшись из аих-либо соображений видом фнции f, опять же, использя статисти, найти все параметры выбранной фнции. Балансовые модели. В них использются свойства аддитивности, линейности и взаимной независимости различных фаторов и поазателей производства. В самом общем слчае это можно записать в виде следюще о баланса: F ⎛ ∑ Фi ⎞ = ∑ F ( Фi ) . ⎝ i ⎠ i Читается эта запись та: влияние сммы равно смме влияний. Здесь Фi — это i-тый фатор производственно о процесса, F — это влияние фаторов. Балансовые модели оличественно связывают потои ресрсов и продции, производственные мощности предприятия и за рз обордования и т.п. Типичный пример: модель межотраслево о баланса. Эта модель задается системой линейных равнений вида: n

xi ° ∑ a ij x j = yi,

i, j = 1, n .

j=1

В этом i-том равнении: xi — это оличество неоторой продции, производимой i-той отраслью; 473

Öåíà ïàðòèè

Äåíüãè Ïðèáûëü

Çàòðàòû íà âûïóñê

На пратие очень часто производственные фнции являются фнциями несольих ар ментов (несольих производственных фаторов), т. е. y = f (x1, x2, ..., xn). В этом слчае аждая частная производная поазывает зависимость y от соответствюще о ар мента:

Ïåðâîíà÷àëüíûå âëîæåíèÿ N0

N

dy ------- = f i′ , dxi Êîëè÷åñòâî øòóê äåòàëåé

i = 1, n

и полное приращение производственно о поазателя y: n

∆y = ∑ f i′ ∆x.

Рис. 9.2. Определение размера партии деталей

i=1

Из рис. 9.2 следет, что, тольо начиная с неоторо о оличества деталей N0, имеет смысл налаживать производство. Если задаться желаемой величиной прибыли, то можно определить, не менее ао о числа N должна содержать партия деталей. В этом примере фатор производства — оличество деталей, поазатель производства — прибыль. Пример 2. Модель реализации продции. Ïðèáûëü Из рис. 9.3 следет, что сначала прибыль растет, а затем, по мере насыщения рына данной продцией, начинает падать. Аналитичеси производственные фнции записываются в виде: Êîëè÷åñòâî øòóê äåòàëåé

Рис.9.3. Модель реализации прод ции

y = f(x), здесь y — поазатель производства, x — фатор производства. Приращение поазателя: ∆y = f ′(x) · ∆x.

Поис правляющих воздействий в таих моделях чрезвычайно прост: — если f ′(x) > 0, то рост фатора x целесообразно стимлировать; — если f ′(x) < 0, то целесообразно меньшать значение x; — если f ′(x) = 0, то ситацию можно сохранить. 472

Сществют различные способы определения вида фнции f. Можно, например, использя эмпиричесие данные, методами ре рессионно о анализа найти вид фнции f (x) или, например, задавшись из аих-либо соображений видом фнции f, опять же, использя статисти, найти все параметры выбранной фнции. Балансовые модели. В них использются свойства аддитивности, линейности и взаимной независимости различных фаторов и поазателей производства. В самом общем слчае это можно записать в виде следюще о баланса: F ⎛ ∑ Фi ⎞ = ∑ F ( Фi ) . ⎝ i ⎠ i Читается эта запись та: влияние сммы равно смме влияний. Здесь Фi — это i-тый фатор производственно о процесса, F — это влияние фаторов. Балансовые модели оличественно связывают потои ресрсов и продции, производственные мощности предприятия и за рз обордования и т.п. Типичный пример: модель межотраслево о баланса. Эта модель задается системой линейных равнений вида: n

xi ° ∑ a ij x j = yi,

i, j = 1, n .

j=1

В этом i-том равнении: xi — это оличество неоторой продции, производимой i-той отраслью; 473

yi

— это оличество продции, идщей на внтриотраслевое потребление, т. е. остающейся в этой отрасли; aij — это оличество продции i-той отрасли, идщей на производство единицы продции в j-тю отрасль; aijxj — это полное оличество продции, постпающей из i-той в j-тю отрасль. Анало ичной моделью можно описать связи межд предприятиями по продции, сл и одно о производственно о объета, оазываемые др ом производственном объет, и т. п. задачи. Балансовые модели дают точные про нозы тольо для становивше ося производственно о процесса. Их построение связано с необходимостью определения специальных оэффициентов затрат или нормативов aij . Если эти оэффициенты меняются во времени, то необходимо меть про нозировать их бдщие значения. Модели объемноо планирования. Это типичный пример задачи принятия решений с детерминированными параметрами. Псть имеется несольо производственных объетов, этими объетами мо т быть части цеха, цеха на предприятии, предприятия в отрасли и т.д. Обозначим эти производственные объеты через A1, A2, ..., An, Ar — тещий объет, r = 1, n . Псть все эти производственные объеты способны выпсать неоторые изделия, оторые обозначим через B1, B2, ..., Bm, неоторое тещее изделие Bi, i = 1, m . Для выпса этих изделий необходимо иметь k ресрсов (рабочие различной валифиации и профессий, инженеры, стани и т. п.). Обозначим эти производственные ресрсы через C1, C2, ..., Ck, тещий ресрс — Cj, j = 1, k . На аждый вид выпсаемой продции имеется диретивный план, т. е. то оличество изделий данно о вида, не менее оторо о все производственные объеты должны выпстить все вместе. Обозначим диретивный план выпса изделия Bi через bi Известны нормативы: норматив использования ресрса Cj, оторый необходим для выпса одной шти изделия Bi, обозначим через сij. Время использования аждо о из ресрсов Cj есть величина о раниченная (не более 24 часов в сти), роме то о, для аждоо из производственных объетов эта величина различная (т. . на одном предприятии, например, может быть трехсменная работа, на др ом — двхсменная и т. п.). Обозначим допстимое время использования ресрса Cj на производственном объете Ar, через arj . Известна таже прибыль аждо о производственно о объета от выпса одно о изделия аждо о вида. Обозначим прибыль, 474

оторю полчает объет Ar , выпсая одн шт изделий типа Bi, через Pri . Требется та распределить план выпса всех изделий межд всеми объетами, чтобы сммарная прибыль была бы масимальной. Это словесное описание задачи (проблемы). Теперь разработаем ее математичесю модель. Обозначим через Xri план выпса изделий типа Bi, i = 1, m , оторый мы порчим предприятию или производственном объет Ar , r = 1, n . Следет отметить, что аждый из производственных объетов, выпсая одн шт изделий типа Bi, полчает различню прибыль в зависимости от техноло ии, ор анизации трда и т.п. Рассмотрим объет Ar: выпсая одн шт изделий типа Bi, это предприятие полчает прибыль Pri, но по план, оторый мы ищем, он должен выпсать Xri шт, значит, прибыль это о объета от выпса данно о изделия составит Pri Xri. Анало ичные рассждения можно провести и для любо о из перечисленных изделий, следовательно, сммарная прибыль объета бдет сладываться от выпса всех изделий, значит, азанню величин надо просммировать по всем изделиям. В резльтате прибыль объета Ar бдет равна: m

∑ P ri X ri .

i=1

Но нас интересет сммарная прибыль всех объетов, поэтом азанню величин необходимо просммировать по всем объетам. Сммарная прибыль составит: n

m

∑ ∑ P ri X ri = F .

(9.1)

r = 1i = 1

Ита, задача залючается в том, чтобы найти таие Xri, оторые бы обеспечивали масимм выражения (9.1), но при этом на все Xri наладываются следющие о раничения: исомые плана Xri не мо т быть отрицательными Xri l 0,

r = 1, n ,

i = 1, m ,

(9.2)

второй вид о раничений вытеает из необходимости выполнения диретивных планов. Одно предприятие выпсает Xri шт изделий, то да полный объем выпса этих изделий полчится в ре475

yi

— это оличество продции, идщей на внтриотраслевое потребление, т. е. остающейся в этой отрасли; aij — это оличество продции i-той отрасли, идщей на производство единицы продции в j-тю отрасль; aijxj — это полное оличество продции, постпающей из i-той в j-тю отрасль. Анало ичной моделью можно описать связи межд предприятиями по продции, сл и одно о производственно о объета, оазываемые др ом производственном объет, и т. п. задачи. Балансовые модели дают точные про нозы тольо для становивше ося производственно о процесса. Их построение связано с необходимостью определения специальных оэффициентов затрат или нормативов aij . Если эти оэффициенты меняются во времени, то необходимо меть про нозировать их бдщие значения. Модели объемноо планирования. Это типичный пример задачи принятия решений с детерминированными параметрами. Псть имеется несольо производственных объетов, этими объетами мо т быть части цеха, цеха на предприятии, предприятия в отрасли и т.д. Обозначим эти производственные объеты через A1, A2, ..., An, Ar — тещий объет, r = 1, n . Псть все эти производственные объеты способны выпсать неоторые изделия, оторые обозначим через B1, B2, ..., Bm, неоторое тещее изделие Bi, i = 1, m . Для выпса этих изделий необходимо иметь k ресрсов (рабочие различной валифиации и профессий, инженеры, стани и т. п.). Обозначим эти производственные ресрсы через C1, C2, ..., Ck, тещий ресрс — Cj, j = 1, k . На аждый вид выпсаемой продции имеется диретивный план, т. е. то оличество изделий данно о вида, не менее оторо о все производственные объеты должны выпстить все вместе. Обозначим диретивный план выпса изделия Bi через bi Известны нормативы: норматив использования ресрса Cj, оторый необходим для выпса одной шти изделия Bi, обозначим через сij. Время использования аждо о из ресрсов Cj есть величина о раниченная (не более 24 часов в сти), роме то о, для аждоо из производственных объетов эта величина различная (т. . на одном предприятии, например, может быть трехсменная работа, на др ом — двхсменная и т. п.). Обозначим допстимое время использования ресрса Cj на производственном объете Ar, через arj . Известна таже прибыль аждо о производственно о объета от выпса одно о изделия аждо о вида. Обозначим прибыль, 474

оторю полчает объет Ar , выпсая одн шт изделий типа Bi, через Pri . Требется та распределить план выпса всех изделий межд всеми объетами, чтобы сммарная прибыль была бы масимальной. Это словесное описание задачи (проблемы). Теперь разработаем ее математичесю модель. Обозначим через Xri план выпса изделий типа Bi, i = 1, m , оторый мы порчим предприятию или производственном объет Ar , r = 1, n . Следет отметить, что аждый из производственных объетов, выпсая одн шт изделий типа Bi, полчает различню прибыль в зависимости от техноло ии, ор анизации трда и т.п. Рассмотрим объет Ar: выпсая одн шт изделий типа Bi, это предприятие полчает прибыль Pri, но по план, оторый мы ищем, он должен выпсать Xri шт, значит, прибыль это о объета от выпса данно о изделия составит Pri Xri. Анало ичные рассждения можно провести и для любо о из перечисленных изделий, следовательно, сммарная прибыль объета бдет сладываться от выпса всех изделий, значит, азанню величин надо просммировать по всем изделиям. В резльтате прибыль объета Ar бдет равна: m

∑ P ri X ri .

i=1

Но нас интересет сммарная прибыль всех объетов, поэтом азанню величин необходимо просммировать по всем объетам. Сммарная прибыль составит: n

m

∑ ∑ P ri X ri = F .

(9.1)

r = 1i = 1

Ита, задача залючается в том, чтобы найти таие Xri, оторые бы обеспечивали масимм выражения (9.1), но при этом на все Xri наладываются следющие о раничения: исомые плана Xri не мо т быть отрицательными Xri l 0,

r = 1, n ,

i = 1, m ,

(9.2)

второй вид о раничений вытеает из необходимости выполнения диретивных планов. Одно предприятие выпсает Xri шт изделий, то да полный объем выпса этих изделий полчится в ре475

зльтате сммирования Xri по всем предприятиям. И эта величина не может быть меньше диретивно о плана bi т. е. m

∑ X ri m bi, i = 1, m ,

(9.3)

i=1

следющая рппа о раничений вытеает из о раниченности ресрсов. Выпсая 1шт. изделий вида Bi, мы занимаем ресрс Cj в течении времени cij (например, 1/2 часа из отавливается онретная деталь на онретном стане). Но выпсать мы бдем Xri шт изделий. Стало быть сijXri — время занятости данно о ресрса выпсом деталей тольо это о вида. Но этот же ресрс может m

быть занят выпсом и др их изделий. То да ∑ c ij X ri — полное i=1

время занятости ресрса Cj. Но время использования аждо о из ресрсов есть величина о раниченная, поэтом m

∑ c ij X ri m arj, r = 1, n , j = 1, k .

(9.4)

i=1

И, оончательно, необходимо найти таие планы выпса всех изделий на всех производственных объетах Xri, оторые бы обращали в масимм выражение (9.1) при соблюдении систем о раничений (9.2—9.4). Если решать эт задач в масштабах отрасли, то приблизительными параметрами задачи бдт: число предприятий n = 20, число видов продции m = 50, число видов ресрсов k = 10. В резльтате число о раничений составит 1250. Рассмотрим числовой пример модели объемно о планирования. Псть, для простоты, мы имеем все о один производственный объет (сажем, цех). Стало быть, в выше азанных обозначениях, n = 1, A1 — производственный объет. Псть таже этот объет способен выпсать тольо два вида изделий. То да, в этих же обозначениях, m = 2, изделия — B1 и B2. Псть таже для выпса этих двх изделий требются все о два вида производственных ресрсов. В выше азанных обозначениях, k = 2, C1 и C2 — производственные ресрсы. Известны нормативы: для выпса одной шти изделий вида B1 ресрс C1 необходимо использовать один час, а ресрс C2 — два часа. Анало ично, для выпса одной шти изделий вида B2 ресрс C1 требется использовать два часа, а ресрс C2 — один час (рис. 9.4). 476

С1 = 1 1 шт.

С2 = 1 1 шт.

B1

B2

С2 = 2

С1 = 2

Рис. 9.4. Использование рес рсов для вып са 1 шт. B1 и 1 шт. B2

Масимально возможное время использования ресрса C1 — 8 часов в сти, а ресрса C2 — 10 часов. Известна прибыль, оторю полчает производственный объет от выпса этих изделий. Псть, выпсая 1 шт изделий B1, производственный объет полчает прибыль 5 тыс. рб., а если он же выпсает 1 шт изделий B2, то он полчает прибыль 3 тыс.рб. Для простоты бдем считать, что диретивные планы на выпс этих изделий отстствют. Требется составить план выпса этих изделий, оторый обеспечивал бы производственном объет масимальню прибыль. Мы разработали словесное описание задачи (словесное описание серьезной задачи может составлять несольо томов). Разработаем теперь математичесю модель, для это о обозначим план выпса, или оличество изделий, обеспечивающих масимальню прибыль, для изделия B1 через X1; для изделия B2 — X2; X1 и X2 — исомые правляющие воздействия, оторые необходимо отысать, это та называемый правляемый параметр задачи. Сначала распишем выражение для прибыли. Выпсая 1 шт. B1, производственный объет полчает 5 тыс.рб. прибыли, а шт этих бдет X1; 5 X1 — прибыль, полчаемая им от выпса изделий B1, плюс  этом 3 тыс. рб. от выпса 1 шт. B2, а шт этих X2; 3X2 — прибыль от выпса изделий B2, а смма (5X1 + 3X2) и бдет составлять сммарню прибыль предприятия. 5X1 + 3X2 = F,

тебется

F → max.

(9.5)

Выражение (9.5) есть ритерий оптимальности принимаемо о решения, е о еще называют целевой фнцией. Если бы не было о раничений, то, выпсая бесонечно мно о изделий одно о вида, можно было бы полчать бесонечно большю прибыль, но имеются о раничения, оторые определяют область допстимых значений правляемых параметров задачи. Рассмотрим эти о раничения. 477

зльтате сммирования Xri по всем предприятиям. И эта величина не может быть меньше диретивно о плана bi т. е. m

∑ X ri m bi, i = 1, m ,

(9.3)

i=1

следющая рппа о раничений вытеает из о раниченности ресрсов. Выпсая 1шт. изделий вида Bi, мы занимаем ресрс Cj в течении времени cij (например, 1/2 часа из отавливается онретная деталь на онретном стане). Но выпсать мы бдем Xri шт изделий. Стало быть сijXri — время занятости данно о ресрса выпсом деталей тольо это о вида. Но этот же ресрс может m

быть занят выпсом и др их изделий. То да ∑ c ij X ri — полное i=1

время занятости ресрса Cj. Но время использования аждо о из ресрсов есть величина о раниченная, поэтом m

∑ c ij X ri m arj, r = 1, n , j = 1, k .

(9.4)

i=1

И, оончательно, необходимо найти таие планы выпса всех изделий на всех производственных объетах Xri, оторые бы обращали в масимм выражение (9.1) при соблюдении систем о раничений (9.2—9.4). Если решать эт задач в масштабах отрасли, то приблизительными параметрами задачи бдт: число предприятий n = 20, число видов продции m = 50, число видов ресрсов k = 10. В резльтате число о раничений составит 1250. Рассмотрим числовой пример модели объемно о планирования. Псть, для простоты, мы имеем все о один производственный объет (сажем, цех). Стало быть, в выше азанных обозначениях, n = 1, A1 — производственный объет. Псть таже этот объет способен выпсать тольо два вида изделий. То да, в этих же обозначениях, m = 2, изделия — B1 и B2. Псть таже для выпса этих двх изделий требются все о два вида производственных ресрсов. В выше азанных обозначениях, k = 2, C1 и C2 — производственные ресрсы. Известны нормативы: для выпса одной шти изделий вида B1 ресрс C1 необходимо использовать один час, а ресрс C2 — два часа. Анало ично, для выпса одной шти изделий вида B2 ресрс C1 требется использовать два часа, а ресрс C2 — один час (рис. 9.4). 476

С1 = 1 1 шт.

С2 = 1 1 шт.

B1

B2

С2 = 2

С1 = 2

Рис. 9.4. Использование рес рсов для вып са 1 шт. B1 и 1 шт. B2

Масимально возможное время использования ресрса C1 — 8 часов в сти, а ресрса C2 — 10 часов. Известна прибыль, оторю полчает производственный объет от выпса этих изделий. Псть, выпсая 1 шт изделий B1, производственный объет полчает прибыль 5 тыс. рб., а если он же выпсает 1 шт изделий B2, то он полчает прибыль 3 тыс.рб. Для простоты бдем считать, что диретивные планы на выпс этих изделий отстствют. Требется составить план выпса этих изделий, оторый обеспечивал бы производственном объет масимальню прибыль. Мы разработали словесное описание задачи (словесное описание серьезной задачи может составлять несольо томов). Разработаем теперь математичесю модель, для это о обозначим план выпса, или оличество изделий, обеспечивающих масимальню прибыль, для изделия B1 через X1; для изделия B2 — X2; X1 и X2 — исомые правляющие воздействия, оторые необходимо отысать, это та называемый правляемый параметр задачи. Сначала распишем выражение для прибыли. Выпсая 1 шт. B1, производственный объет полчает 5 тыс.рб. прибыли, а шт этих бдет X1; 5 X1 — прибыль, полчаемая им от выпса изделий B1, плюс  этом 3 тыс. рб. от выпса 1 шт. B2, а шт этих X2; 3X2 — прибыль от выпса изделий B2, а смма (5X1 + 3X2) и бдет составлять сммарню прибыль предприятия. 5X1 + 3X2 = F,

тебется

F → max.

(9.5)

Выражение (9.5) есть ритерий оптимальности принимаемо о решения, е о еще называют целевой фнцией. Если бы не было о раничений, то, выпсая бесонечно мно о изделий одно о вида, можно было бы полчать бесонечно большю прибыль, но имеются о раничения, оторые определяют область допстимых значений правляемых параметров задачи. Рассмотрим эти о раничения. 477

Первое о раничение — исходные планы не мо т быть отрицательны, если мы порчим выпсать изделие B1, то X1 > 0 если не порчим, то X1 = 0. Это справедливо и для X2 т. е. X1 l 0,

X2 l 0.

(9.7)

Совершенно анало ично расписывается о раничение и по использованию ресрса C2: 2X1 + X2 m 10.

(9.8)

Ита, требется найти таие значения X1 и X2 (таие планы, таие правляющие воздействия), оторые бы, довлетворяя о раничениям (9.6—9.8) (оторые определяют область допстимых значений правляющих воздействий), обращали бы в масимм выражение (9.5) (ритерий эффетивности). И, оончательно, X1 + 2X2 m 8, 2X1 + X2 m 10,

.

X1 l 0, X2 l 0

Модели алендарноо планирования. Эти модели порядочивают во времени выполнение аих-либо работ или событий. Математичесим аппаратом моделей алендарно о планирования является теория расписаний. Рассмотрим типичный пример моделей алендарно о планирования. Псть имеется m деталей, подлежащих обработе; обработа идет на n станах: i = 1, m , j = 1, n . Маршрт обработи, то есть порядо прохождения аждой детали станов,  всех деталей оди478

2

3

ti1

ti2

ti3

n = 3, i = 1, m

Рис. 9.5. Модель алендарноо планирования

X1 + 2X2 m 8.

при

1

(9.6)

Опять же, для простоты, мы снимаем требования целочисленности X1 и X2. Второе о раничение — о раничение по времени использования ресрсов. Рассмотрим ресрс C1— выпсая 1 шт. изделий B1, ресрс C1 необходимо использовать 1 час, а все о бдет выпсаться X1 шт, следовательно, для выпса всех изделий вида B1 ресрс C1 бдет занят 1 × X1 часов, но ресрс C1 занят таже и выпсом B2. То да полное время занятости ресрса C1 бдет X1 + 2X2, но, по словию, масимально возможное время использования ресрса C1 не может превышать 8 часов, значит,

5X1 + 3X2 = F → max

{i}

наов, но время обработи естественно различное. Требется порядочить очередь деталей на входе, т.е. определить таю последовательность запса деталей в производство, оторая минимизировала бы сммарное время обработи всех деталей. Эт задач можно проиллюстрировать рисном 9.5. Уазанная задача решается при следющих о раничениях: для аждой детали i ее обработа на стане j может начаться не ранее, чем она заончится на стане (j-1). Если tij — время начала обработи i-той детали на j-том стане; t i ( j − 1 ) — время оончания обработи i-той детали на j-том стане, то можно записать: tij l t i ( j − 1 ) , на аждом стане одновременно может обрабатываться тольо одна деталь. Процесс обработи детали не прерывается до полно о е о завершения t ij = tij + ti j. В настоящее время азанная задача стро о решена тольо для слчая двх станов. При n > 2 использются либо эвристичесие приемы, не арантирющие отысания лобально о эстремма, либо перебор всех возможных ситаций. Пример. Псть n = 2. В этом слчае может быть использован алоритм Джонсона. Обозначим для простоты ti,1 через ai, ti,2 через bi. Первый ша ал оритма. Среди чисел (a1, a2, …, am, b1, b2, …, bi, …, bm) ищется наименьшее число. Если этим числом оазывается число ai, то пола ают i = i1, т. е. помещают i-тю деталь на первое место в расписании. Если наименьшим числом оазалось число bi, то пола ают i = im, т. е. помещают i-тю деталь на последнее место в расписании. Если а в 1-м, та и во 2-м слчае оазалось несольо равных чисел, то берт любое из них, затем деталь i вычеривается из расписания (т. е. вычериваются числа (ai, bi)). k-тый ша ал оритма (1 0 если не порчим, то X1 = 0. Это справедливо и для X2 т. е. X1 l 0,

X2 l 0.

(9.7)

Совершенно анало ично расписывается о раничение и по использованию ресрса C2: 2X1 + X2 m 10.

(9.8)

Ита, требется найти таие значения X1 и X2 (таие планы, таие правляющие воздействия), оторые бы, довлетворяя о раничениям (9.6—9.8) (оторые определяют область допстимых значений правляющих воздействий), обращали бы в масимм выражение (9.5) (ритерий эффетивности). И, оончательно, X1 + 2X2 m 8, 2X1 + X2 m 10,

.

X1 l 0, X2 l 0

Модели алендарноо планирования. Эти модели порядочивают во времени выполнение аих-либо работ или событий. Математичесим аппаратом моделей алендарно о планирования является теория расписаний. Рассмотрим типичный пример моделей алендарно о планирования. Псть имеется m деталей, подлежащих обработе; обработа идет на n станах: i = 1, m , j = 1, n . Маршрт обработи, то есть порядо прохождения аждой детали станов,  всех деталей оди478

2

3

ti1

ti2

ti3

n = 3, i = 1, m

Рис. 9.5. Модель алендарноо планирования

X1 + 2X2 m 8.

при

1

(9.6)

Опять же, для простоты, мы снимаем требования целочисленности X1 и X2. Второе о раничение — о раничение по времени использования ресрсов. Рассмотрим ресрс C1— выпсая 1 шт. изделий B1, ресрс C1 необходимо использовать 1 час, а все о бдет выпсаться X1 шт, следовательно, для выпса всех изделий вида B1 ресрс C1 бдет занят 1 × X1 часов, но ресрс C1 занят таже и выпсом B2. То да полное время занятости ресрса C1 бдет X1 + 2X2, но, по словию, масимально возможное время использования ресрса C1 не может превышать 8 часов, значит,

5X1 + 3X2 = F → max

{i}

наов, но время обработи естественно различное. Требется порядочить очередь деталей на входе, т.е. определить таю последовательность запса деталей в производство, оторая минимизировала бы сммарное время обработи всех деталей. Эт задач можно проиллюстрировать рисном 9.5. Уазанная задача решается при следющих о раничениях: для аждой детали i ее обработа на стане j может начаться не ранее, чем она заончится на стане (j-1). Если tij — время начала обработи i-той детали на j-том стане; t i ( j − 1 ) — время оончания обработи i-той детали на j-том стане, то можно записать: tij l t i ( j − 1 ) , на аждом стане одновременно может обрабатываться тольо одна деталь. Процесс обработи детали не прерывается до полно о е о завершения t ij = tij + ti j. В настоящее время азанная задача стро о решена тольо для слчая двх станов. При n > 2 использются либо эвристичесие приемы, не арантирющие отысания лобально о эстремма, либо перебор всех возможных ситаций. Пример. Псть n = 2. В этом слчае может быть использован алоритм Джонсона. Обозначим для простоты ti,1 через ai, ti,2 через bi. Первый ша ал оритма. Среди чисел (a1, a2, …, am, b1, b2, …, bi, …, bm) ищется наименьшее число. Если этим числом оазывается число ai, то пола ают i = i1, т. е. помещают i-тю деталь на первое место в расписании. Если наименьшим числом оазалось число bi, то пола ают i = im, т. е. помещают i-тю деталь на последнее место в расписании. Если а в 1-м, та и во 2-м слчае оазалось несольо равных чисел, то берт любое из них, затем деталь i вычеривается из расписания (т. е. вычериваются числа (ai, bi)). k-тый ша ал оритма (1 = < 2, 3, 1, 4, 6, 5 >. Перебор потребовал бы просмотра 6! = 720 вариантов. Модели правления запасами. Запас — это всяое неиспольземое в данный момент времени средство, имеющее эономичесю ценность. Из это о определения следет, что на данный запас все да пристствет спрос. Запас пополняется посредством постплений (рис. 9.6). Эономичесой единицей мо т быть часто, цех, предприятие, объединение, отрасль. Дисретность поставо, сбои произa(t) Ïîñòàâùèê

b(t) Ñêëàä

Ïðîèçâîäñòâî

Ñêëàä

Ïîòðåáèòåëü

Ýêîíîìè÷åñêàÿ åäèíèöà

Рис. 9.6. Стр т ра модели правления запасами

480

водства, слчайные олебания в спросе вынждают эономичесю единиц создавать запас своей продции с тем, чтобы не подвер ать потребителя рис простоя, посоль в этой ситации эономичесая единица вынждена платить нестойи или штраф. С др ой стороны, наопление чрезмерных запасов приводит  излишним затратам на их хранение, запасы морально и физичеси старевают. Все это приводит  омертвлению до (50%) апитала. Таим образом, основной задачей правления запасами является определение минимально о ровня запаса при довлетворительном снабжении всех потребителей. В данной модели производство рассматривается а процесс постпления (от поставщиа) и выхода ( потребителю). Постпление и выход описываются интенсивностями a(t) и b(t). Если ровень запаса в момент времени t = 0 есть I0, то в момент времени t фнция запаса I(t):

Интенсивность выхода очень часто отождествляется с интенсивностью спроса r(t). Этой харатеристиой харатеризется предприятие-потребитель. Фнция запаса I(t), а отмечалось выше, вызывает появление затрат, оторые являются в общем слчае неоторым фнционалом от a(t), b(t), r(t): E = E{a(t), b(t), r(t)}. Этот фнционал харатеризет эффетивность системы. Требется найти таие значения фнций a(t), b(t), r(t), оторые бы оптимизировали е о значение. Рассмотрим частный слчай этой задачи, введя следющие предположения. Псть спрос не зависит от времени и пристствет все да. Уменьшение запаса от спроса происходит с постоянной соростью r, т. е. ∆I(t) = –r∆t,

r = const.

Пополнение запаса происходит в дисретные моменты времени. Увеличение запаса от постпления происходит с неоторой постоянной соростью p, т. е. ∆I(t) = +p∆t,

p = const. 481

число. Если им оазалось число ai, то помещаем деталь i на первое место из мест еще не занятых в списе. Если им оазалось число bi, то помещаем на последнее еще не занятое место в списе; вычериваем деталь i из списа. m-ный ша ал оритма (последний): Помещаем единственню оставшюся деталь на единственное свободное место. Рассмотрим числовой пример: псть время обработи деталей задано табл. 9.1. Та б л и ц а 9 . 1 i

ai

bi

Номер ша а

Место детали в расписании

1

8

9

V

i1 = 3

2

3

5

I

i2 = 1

3

4

6

II

i3 = 2

4

10

9

VI

i4 = 4

5

7

4

III

i5 = 6

6

7

5

IV

i6 = 5

t

I(t) = I0 + ∫ [ a ( t ) − b ( t ) ] dt. 0

Таим образом, оптимальное расписание opt < i1, i2, i3, i4, i5, i6 > = < 2, 3, 1, 4, 6, 5 >. Перебор потребовал бы просмотра 6! = 720 вариантов. Модели правления запасами. Запас — это всяое неиспольземое в данный момент времени средство, имеющее эономичесю ценность. Из это о определения следет, что на данный запас все да пристствет спрос. Запас пополняется посредством постплений (рис. 9.6). Эономичесой единицей мо т быть часто, цех, предприятие, объединение, отрасль. Дисретность поставо, сбои произa(t) Ïîñòàâùèê

b(t) Ñêëàä

Ïðîèçâîäñòâî

Ñêëàä

Ïîòðåáèòåëü

Ýêîíîìè÷åñêàÿ åäèíèöà

Рис. 9.6. Стр т ра модели правления запасами

480

водства, слчайные олебания в спросе вынждают эономичесю единиц создавать запас своей продции с тем, чтобы не подвер ать потребителя рис простоя, посоль в этой ситации эономичесая единица вынждена платить нестойи или штраф. С др ой стороны, наопление чрезмерных запасов приводит  излишним затратам на их хранение, запасы морально и физичеси старевают. Все это приводит  омертвлению до (50%) апитала. Таим образом, основной задачей правления запасами является определение минимально о ровня запаса при довлетворительном снабжении всех потребителей. В данной модели производство рассматривается а процесс постпления (от поставщиа) и выхода ( потребителю). Постпление и выход описываются интенсивностями a(t) и b(t). Если ровень запаса в момент времени t = 0 есть I0, то в момент времени t фнция запаса I(t):

Интенсивность выхода очень часто отождествляется с интенсивностью спроса r(t). Этой харатеристиой харатеризется предприятие-потребитель. Фнция запаса I(t), а отмечалось выше, вызывает появление затрат, оторые являются в общем слчае неоторым фнционалом от a(t), b(t), r(t): E = E{a(t), b(t), r(t)}. Этот фнционал харатеризет эффетивность системы. Требется найти таие значения фнций a(t), b(t), r(t), оторые бы оптимизировали е о значение. Рассмотрим частный слчай этой задачи, введя следющие предположения. Псть спрос не зависит от времени и пристствет все да. Уменьшение запаса от спроса происходит с постоянной соростью r, т. е. ∆I(t) = –r∆t,

r = const.

Пополнение запаса происходит в дисретные моменты времени. Увеличение запаса от постпления происходит с неоторой постоянной соростью p, т. е. ∆I(t) = +p∆t,

p = const. 481

Процесс движения запасов бесонечен. Каждом постплению соответствют постоянные издержи s. Расходы, связанные с хранением запаса, прямо пропорциональны инте рал от положительно о ровня запаса, оэффициент пропорциональности h. Потери от выплаты нестое в слчае невозможности довлетворения потребителя прямо пропорциональны инте рал от отрицательно о ровня запаса; оэффициент пропорциональности d. Спрос не меньшается от наличия дефицита. Изобразим рафичеси поведение фнции запаса, словесное описание оторой представлено выше (рис. 9.7). На рис. 9.7 приняты следющие обозначения: I(t) — фнция запаса, t — тещее время, Imax — масимально возможный ровень запасов, i — нижний возможный ровень запасов, T — период обращения запаса. При 0 m t m t1 идет пополнение запаса с постоянной соростью p и е о расход с постоянной соростью r. При t = t1 пополнение запаса преращается, и, начиная с это о момента, идет тольо е о расход с постоянной соростью r. При t = t1 + t2 ровень запаса равен нлю, и начинается отрицательный расход запаса. При t = t1 + t2 + t3 вновь начинается процесс постпления запаса, оторый постпает со соростью p и продолжает расходоваться при этом со соростью r. Исходя из словесно о описания задачи и ее рафичесо о представления, разработаем теперь математичесю модель этой задачи. +I (t)

(p – r)t

при

0 m t m t1 ,

Imax – r(t – t1)

при

t1 m t m t1 + t2 + t3,

–i + (p – r)(t – t1 – t2 – t3)

при

t1 + t2 + t3 m t m T.

При t = t1, I(tе) = Imax. То да из первой строчи выражения для I(t) следет, что I (p − r)

max t1 = ---------------.

(9.9)

При t = t1 + t2, I(t) = 0. Учтя это, из второй строчи I

max t2 = ---------.

(9.10)

r

При t = t1 + t2 + t3, I(t) = –i. То да из последней строчи t3 = -i .

(9.11)

I(t) = 0.

(9.12)

r

Учтя полченные выражения (9.9—9.12), полчим связь межд масиммом запаса Imax и масиммом дефицита i i = ⎛ r(p – r) T --- ⎞ – Imax. ⎝ p⎠

t1 + t 2

T

CT = s + h ∫ I ( t ) dt + γ ∫ I ( t ) dt. 0

t1

t

t2

–i

t3

t4

T

Рис. 9.7. Ф нция запаса

482

Íèæíèé âîçìîæíûé óðîâåíü çàïàñà

(9.13)

Из словесно о описания следет, что фнция затрат за период CT есть издержи, связанные с постплением s и штрафом γ :

Âåðõíèé âîçìîæíûé óðîâåíü çàïàñà

Imax

Поведение фнции запаса I(t) можно представить следющим образом:

(9.14)

t1 + t 2

C T

Затраты на единиц времени C = -----T- . Учтя найденные ранее значения t1, t2, t3, t4, подставив выражения для I(t) из формлы для фнции запасов и выполнив инте рирование, можно полчить аналитичесое выражение для затрат на единиц времени C. Оптимальное значение периода T и масимально о ровня запаса Imax можно полчить, если продифференцировать выраже483

Процесс движения запасов бесонечен. Каждом постплению соответствют постоянные издержи s. Расходы, связанные с хранением запаса, прямо пропорциональны инте рал от положительно о ровня запаса, оэффициент пропорциональности h. Потери от выплаты нестое в слчае невозможности довлетворения потребителя прямо пропорциональны инте рал от отрицательно о ровня запаса; оэффициент пропорциональности d. Спрос не меньшается от наличия дефицита. Изобразим рафичеси поведение фнции запаса, словесное описание оторой представлено выше (рис. 9.7). На рис. 9.7 приняты следющие обозначения: I(t) — фнция запаса, t — тещее время, Imax — масимально возможный ровень запасов, i — нижний возможный ровень запасов, T — период обращения запаса. При 0 m t m t1 идет пополнение запаса с постоянной соростью p и е о расход с постоянной соростью r. При t = t1 пополнение запаса преращается, и, начиная с это о момента, идет тольо е о расход с постоянной соростью r. При t = t1 + t2 ровень запаса равен нлю, и начинается отрицательный расход запаса. При t = t1 + t2 + t3 вновь начинается процесс постпления запаса, оторый постпает со соростью p и продолжает расходоваться при этом со соростью r. Исходя из словесно о описания задачи и ее рафичесо о представления, разработаем теперь математичесю модель этой задачи. +I (t)

(p – r)t

при

0 m t m t1 ,

Imax – r(t – t1)

при

t1 m t m t1 + t2 + t3,

–i + (p – r)(t – t1 – t2 – t3)

при

t1 + t2 + t3 m t m T.

При t = t1, I(tе) = Imax. То да из первой строчи выражения для I(t) следет, что I (p − r)

max t1 = ---------------.

(9.9)

При t = t1 + t2, I(t) = 0. Учтя это, из второй строчи I

max t2 = ---------.

(9.10)

r

При t = t1 + t2 + t3, I(t) = –i. То да из последней строчи t3 = -i .

(9.11)

I(t) = 0.

(9.12)

r

Учтя полченные выражения (9.9—9.12), полчим связь межд масиммом запаса Imax и масиммом дефицита i i = ⎛ r(p – r) T --- ⎞ – Imax. ⎝ p⎠

t1 + t 2

T

CT = s + h ∫ I ( t ) dt + γ ∫ I ( t ) dt. 0

t1

t

t2

–i

t3

t4

T

Рис. 9.7. Ф нция запаса

482

Íèæíèé âîçìîæíûé óðîâåíü çàïàñà

(9.13)

Из словесно о описания следет, что фнция затрат за период CT есть издержи, связанные с постплением s и штрафом γ :

Âåðõíèé âîçìîæíûé óðîâåíü çàïàñà

Imax

Поведение фнции запаса I(t) можно представить следющим образом:

(9.14)

t1 + t 2

C T

Затраты на единиц времени C = -----T- . Учтя найденные ранее значения t1, t2, t3, t4, подставив выражения для I(t) из формлы для фнции запасов и выполнив инте рирование, можно полчить аналитичесое выражение для затрат на единиц времени C. Оптимальное значение периода T и масимально о ровня запаса Imax можно полчить, если продифференцировать выраже483

ние для С по T и Imax и приравнять эти производные нлю. Полченное выражение доставит минимм затрат С. Задаваясь различными вариациями параметров можно исследовать неоторые важные частные слчаи это о частно о слчая модели правления запасами. Например, очень высоий штраф, то да надо положить h --γ

d 0, или м новенное постпление запаса, то да --r- d 0. p

Потоовые модели. Потоовые модели объединяют ряд разнородных задач, общей чертой оторых является наличие потоов, цирлирющих межд пнтами производства и потребления. Например, потои продции, потои товаров, финансовые потои, информационные потои. Наиболее добной формой представления этих моделей является рафовая форма. Рассмотрим типичный пример потоовой модели — задач, полчившю название в лассие «Транспортная задача». Эта модель описывает задач распределения однородной продции межд пнтами производства и потребления, минимизиря транспортные расходы. Псть имеется n поставщиов, i = 1, n и m потребителей, j = 1, m этой продции. Каждый i-тый поставщи харатеризется мощностью производства ai. Каждый j-тый потребитель харатеризется потребностью в продции bj. Известна cij — себестоимость перевози единицы продции от i-тоо поставщиа  j-том потребителю. Обозначим через xij объем перевозо от i-то о поставщиа  j-том потребителю. Требется найти все xij, оторые бы обеспечивали минимм выражения: n

m

∑ ∑ c ij x ij → min,

i = 1j = 1

т. е. минимм затрат на перевоз этой продции. При этом должны соблюдаться следющие о раничения. Перевозимые оличества продции не мо т быть отрицательными, т. е. xij l 0,

i = 1, n ,

∑ x ij l bj,

i=1

484

m

∑ x ij m ai, i = 1, n .

j=1

При этом, для то о чтобы задача имела решение, сммарная потребность не должна превышать сммарной мощности производства, т. е.

j = 1, m .

n

m

i=1

j=1

∑ ai l ∑ bj .

Например, если пнты 1 , 2 , 3 — X18 X14 1 8 поставщии, а пнты 4 , 5 , 6 , 7 , 8 — 4 X16 X28 потребители и связь межд пнтами задаX15 X26 ется рафом, представленным на рис. 9.8, то 5 6 2 задача залючается в отысании X14, X15, X16 X27 X36 X35 и т. д. 3 7 Эта задача относится  ласс задач лиX37 нейно о про раммирования Рис. 9.8. Модели распределения. Общей чертой Граф транспортной этих моделей является то, что решение задачи ищется в виде распределения неоторых процессов по неоторым объетам. Например, производственной про раммы по рппам обордования, ресрсов по видам продции, производства по видам техноло ии, решаемых задач по злам АС и т. п. Причем все эти объеты предпола аются взаимозаменяемыми, то есть любой процесс может быть реализован на любом из объетов. Рассмотрим пример. Псть в распределенной автоматизированной системе, состоящей из m злов j = 1, m , необходимо решать n i = 1, n различных фнциональных задач. Ка отмечалось, любая задача может быть решена в любом зле. Известна матрица

j = 1, m .

Потребность аждо о потребителя должна быть довлетворена, т. е. n

Нельзя перевозить больше то о, что произведено, т. е.

a11 .......... ....... a1m .......... .......... ....... aij =

ai1 .......... ....... aim

.

.......... .......... ....... an1 .......... ....... anm 485

ние для С по T и Imax и приравнять эти производные нлю. Полченное выражение доставит минимм затрат С. Задаваясь различными вариациями параметров можно исследовать неоторые важные частные слчаи это о частно о слчая модели правления запасами. Например, очень высоий штраф, то да надо положить h --γ

d 0, или м новенное постпление запаса, то да --r- d 0. p

Потоовые модели. Потоовые модели объединяют ряд разнородных задач, общей чертой оторых является наличие потоов, цирлирющих межд пнтами производства и потребления. Например, потои продции, потои товаров, финансовые потои, информационные потои. Наиболее добной формой представления этих моделей является рафовая форма. Рассмотрим типичный пример потоовой модели — задач, полчившю название в лассие «Транспортная задача». Эта модель описывает задач распределения однородной продции межд пнтами производства и потребления, минимизиря транспортные расходы. Псть имеется n поставщиов, i = 1, n и m потребителей, j = 1, m этой продции. Каждый i-тый поставщи харатеризется мощностью производства ai. Каждый j-тый потребитель харатеризется потребностью в продции bj. Известна cij — себестоимость перевози единицы продции от i-тоо поставщиа  j-том потребителю. Обозначим через xij объем перевозо от i-то о поставщиа  j-том потребителю. Требется найти все xij, оторые бы обеспечивали минимм выражения: n

m

∑ ∑ c ij x ij → min,

i = 1j = 1

т. е. минимм затрат на перевоз этой продции. При этом должны соблюдаться следющие о раничения. Перевозимые оличества продции не мо т быть отрицательными, т. е. xij l 0,

i = 1, n ,

∑ x ij l bj,

i=1

484

m

∑ x ij m ai, i = 1, n .

j=1

При этом, для то о чтобы задача имела решение, сммарная потребность не должна превышать сммарной мощности производства, т. е.

j = 1, m .

n

m

i=1

j=1

∑ ai l ∑ bj .

Например, если пнты 1 , 2 , 3 — X18 X14 1 8 поставщии, а пнты 4 , 5 , 6 , 7 , 8 — 4 X16 X28 потребители и связь межд пнтами задаX15 X26 ется рафом, представленным на рис. 9.8, то 5 6 2 задача залючается в отысании X14, X15, X16 X27 X36 X35 и т. д. 3 7 Эта задача относится  ласс задач лиX37 нейно о про раммирования Рис. 9.8. Модели распределения. Общей чертой Граф транспортной этих моделей является то, что решение задачи ищется в виде распределения неоторых процессов по неоторым объетам. Например, производственной про раммы по рппам обордования, ресрсов по видам продции, производства по видам техноло ии, решаемых задач по злам АС и т. п. Причем все эти объеты предпола аются взаимозаменяемыми, то есть любой процесс может быть реализован на любом из объетов. Рассмотрим пример. Псть в распределенной автоматизированной системе, состоящей из m злов j = 1, m , необходимо решать n i = 1, n различных фнциональных задач. Ка отмечалось, любая задача может быть решена в любом зле. Известна матрица

j = 1, m .

Потребность аждо о потребителя должна быть довлетворена, т. е. n

Нельзя перевозить больше то о, что произведено, т. е.

a11 .......... ....... a1m .......... .......... ....... aij =

ai1 .......... ....... aim

.

.......... .......... ....... an1 .......... ....... anm 485

В этой матрице ||aij || время, оторое потребется j-том зл для решения i-той задачи. Таим образом, ||aij || — матрица времен. Известна таже матрица ||bi j ||, т. е. матрица затрат, в оторой bij — затраты (например, день и) j-то о зла на решение i-той задачи. Требется найти матриц ||xi j ||, де xij = 1, если i-тая задача решается в j-том зле, и xij = 0 в противном слчае. Взяв эт модель в ачестве исходной, можно сформлировать ряд частных задач, например, та распределить задачи межд злами, чтобы затраты были минимальны, а сммарное время решения всех задач не превышало бы неоторой заданной величины. Или, например, обратная задача: требется та распределить эти задачи, чтобы сммарное время решения всех задач было минимальным, а затраты не превышали бы неоторой величины. Это общая задача математичесо о про раммирования. Модели массовоо обслживания. В отличие от всех выше рассмотренных моделей они читывают слчайный харатер фаторов, воздействющих на производство. Рассмотрим типичный пример — задача обслживания станов. Псть имеется неоторое оличество станов. Они мо т выходить из строя и требовать профилатии и поднастройи. Для этой цели создается бри ада наладчиов. Моменты выхода станов из строя происходят в слчайные моменты времени t, но известен заон распределения вероятностей, отором подчиняются эти моменты. Продолжительность ремонта таже величина слчайная с известным заоном распределения. Ко да стани не работают, предприятие несет быти. Ко да не работают наладчии, предприятие таже несет быти. Известна стоимость единицы времени простоя стана и наладчиа. Требется найти оптимальное число станов, зарепленных за одним наладчиом, оторое бы минимизировало сммарные потери. Учет важности для производства то о или ино о вышедше о из строя стана, отстствет или нет возможность прерывания начато о ремонта, чет различной валифиации мастеров — все это, естественно, сложняет модель. Имитационные модели. Это самый ниверсальный вид моделей. Имитация представляет собой эсперимент, выполняемый на ЭВМ над математичесой моделью, описывающей реальный производственный процесс. Этот машинный эсперимент состоит из следющих основных этапов: 1. Постанова задачи исследования. 2. Изчение объета моделирования. 3. Построение е о математичесой модели. 4. Разработа на основе этой модели моделирющих ал оритмов и их про раммирование. 486

5. Оцена точности и достоверности резльтатов. 6. Планирование машинных эспериментов. 7. Интерпретация резльтатов моделирования. В ачестве языов для машинно о моделирования использются а ниверсальные языи высоо о ровня, та и специализированные языи.

9.2. Информационное обеспечение автоматизированноо правления Совопность больших сложных человео-машинных информационных систем является важнейшей составляющей инфрастртры общества, де информация выстпает одним из лавных ресрсов е о жизнедеятельности. Являясь связющем звеном межд разными видами интеллетальной  материальной деятельности оллетивов людей, межд правлением и производством, информация, в отличие от др их видов ресрсов, в частности природных, материальных, финансовых не бывает со временем, а наоборот, ее объем постоянно величивается, создавая словия для наопления опыта, способствя выработе обоснованных правленчесих решений. Информация очень разнообразна по содержанию и подразделяется по вид обслживаемой ею человечесой деятельности: начная, производственная, правленчесая (социально-эономичесая), медицинсая, эоло ичесая, правовая и т. п. Каждый из видов информации имеет свои особенные техноло ии обработи, смысловю ценность, формы представления и отображения на физичесом носителе, требования  точности, достоверности, оперативности отражения фатов, явлений, процессов. Техноло ия обработи информации с применением омплеса техничесих средств вызывает необходимость маниплировать с отдельными информационными элементами, обеспечивать их изчение и форматированное описание, идентифиацию для добства обработи, хранения, передачи информации. Информация, представленная в формализованном виде, полчила название «данные». Особенности правленчесой информации. Информация, являясь сложным по стртре образованием, размещается на физичесих носителях (бмажных или ма нитных доментах, в виде си налов, передаваемых по аналам связи) и может находиться в статичесом и динамичесом состояниях. Статичесое состояние информации связано с ее более или менее длительным ор анизо487

В этой матрице ||aij || время, оторое потребется j-том зл для решения i-той задачи. Таим образом, ||aij || — матрица времен. Известна таже матрица ||bi j ||, т. е. матрица затрат, в оторой bij — затраты (например, день и) j-то о зла на решение i-той задачи. Требется найти матриц ||xi j ||, де xij = 1, если i-тая задача решается в j-том зле, и xij = 0 в противном слчае. Взяв эт модель в ачестве исходной, можно сформлировать ряд частных задач, например, та распределить задачи межд злами, чтобы затраты были минимальны, а сммарное время решения всех задач не превышало бы неоторой заданной величины. Или, например, обратная задача: требется та распределить эти задачи, чтобы сммарное время решения всех задач было минимальным, а затраты не превышали бы неоторой величины. Это общая задача математичесо о про раммирования. Модели массовоо обслживания. В отличие от всех выше рассмотренных моделей они читывают слчайный харатер фаторов, воздействющих на производство. Рассмотрим типичный пример — задача обслживания станов. Псть имеется неоторое оличество станов. Они мо т выходить из строя и требовать профилатии и поднастройи. Для этой цели создается бри ада наладчиов. Моменты выхода станов из строя происходят в слчайные моменты времени t, но известен заон распределения вероятностей, отором подчиняются эти моменты. Продолжительность ремонта таже величина слчайная с известным заоном распределения. Ко да стани не работают, предприятие несет быти. Ко да не работают наладчии, предприятие таже несет быти. Известна стоимость единицы времени простоя стана и наладчиа. Требется найти оптимальное число станов, зарепленных за одним наладчиом, оторое бы минимизировало сммарные потери. Учет важности для производства то о или ино о вышедше о из строя стана, отстствет или нет возможность прерывания начато о ремонта, чет различной валифиации мастеров — все это, естественно, сложняет модель. Имитационные модели. Это самый ниверсальный вид моделей. Имитация представляет собой эсперимент, выполняемый на ЭВМ над математичесой моделью, описывающей реальный производственный процесс. Этот машинный эсперимент состоит из следющих основных этапов: 1. Постанова задачи исследования. 2. Изчение объета моделирования. 3. Построение е о математичесой модели. 4. Разработа на основе этой модели моделирющих ал оритмов и их про раммирование. 486

5. Оцена точности и достоверности резльтатов. 6. Планирование машинных эспериментов. 7. Интерпретация резльтатов моделирования. В ачестве языов для машинно о моделирования использются а ниверсальные языи высоо о ровня, та и специализированные языи.

9.2. Информационное обеспечение автоматизированноо правления Совопность больших сложных человео-машинных информационных систем является важнейшей составляющей инфрастртры общества, де информация выстпает одним из лавных ресрсов е о жизнедеятельности. Являясь связющем звеном межд разными видами интеллетальной  материальной деятельности оллетивов людей, межд правлением и производством, информация, в отличие от др их видов ресрсов, в частности природных, материальных, финансовых не бывает со временем, а наоборот, ее объем постоянно величивается, создавая словия для наопления опыта, способствя выработе обоснованных правленчесих решений. Информация очень разнообразна по содержанию и подразделяется по вид обслживаемой ею человечесой деятельности: начная, производственная, правленчесая (социально-эономичесая), медицинсая, эоло ичесая, правовая и т. п. Каждый из видов информации имеет свои особенные техноло ии обработи, смысловю ценность, формы представления и отображения на физичесом носителе, требования  точности, достоверности, оперативности отражения фатов, явлений, процессов. Техноло ия обработи информации с применением омплеса техничесих средств вызывает необходимость маниплировать с отдельными информационными элементами, обеспечивать их изчение и форматированное описание, идентифиацию для добства обработи, хранения, передачи информации. Информация, представленная в формализованном виде, полчила название «данные». Особенности правленчесой информации. Информация, являясь сложным по стртре образованием, размещается на физичесих носителях (бмажных или ма нитных доментах, в виде си налов, передаваемых по аналам связи) и может находиться в статичесом и динамичесом состояниях. Статичесое состояние информации связано с ее более или менее длительным ор анизо487

ванным хранением, наоплением в информационных фондах и базах данных. Под базой данных (БД) понимается вся необходимая для решения задач онретной области совопность данных, ор анизованная по определенным правилам, позволяющим обеспечить независимость данных от приладных про рамм, добство хранения, поиса, маниплирования данными, оторые записаны на машинных носителях. При этом аждый элемент стро о идентифицирется для автоматизации процесса поиса, пополнения, обновления данных. Динамичесое состояние — постоянное движение в виде потоов — присще информации, реализющей в человео-машинных, автоматизированных системах фнций обмена сведениями с помощью знаовых символов. Приведенные особенности информации тщательно изчаются при создании систем автоматизированной обработи в процессе ее синтасичесо о, семантичесо о и пра матичесо о анализа. Синтасичесий анализ станавливает важнейшие параметры информационных потоов, влючая необходимые оличественные харатеристии, для выбора омплеса техничесих средств сбора, ре истрации, передачи, обработи, наопления и хранения информации. Семантичесий анализ позволяет изчить информацию с точи зрения смыслово о содержания ее отдельных элементов, находить способы языово о соответствия (языа человеа, языа ЭВМ) при однозначном распознании вводимых в систем сообщений. Пра матичесий анализ проводится с целью определения полезности информации, использемой для правления, выявления пратичесой зависимости сообщений, применяемых для выработи правляющих воздействий. Учитывая, что полезность информации является фнцией времени и что одна и та же информация в разное время может быть полезной либо бесполезной в зависимости от то о, сольо новых сообщений об правляемом объете она несет пользователю, принятые ритерии оцени вязываются с достоверностью и современностью постпающих сообщений. Информация, оторая обслживает процесс производства, распределения, обмена и потребления материальных бла , и обеспечивает решение задач ор анизационно-эономичесо о правления народным хозяйством и е о звеньями, называется правленчесой. Она представляет собой разнообразные сведения эономичесо о, техноло ичесо о, социально о, юридичесо о, демо рафичесо о и др о о содержания, использемо о при этом. В информационном процессе, аим является правлен488

чесая деятельность, информация выстпает а один из важнейших ресрсов наряд с энер етичесими, материальными, трдовыми, финансовыми. В техноло ии обработи первичные сведения о производственных и хозяйственных операциях, людях, выпсе продции, фатах приобретения и продажи товаров выполняют роль предметов трда, а полчаемая резльтатная информация — продта трда; она использется для анализа и принятия правленчесих решений. Особенности эономичесой информации. Важнейшей составляющей правленчесой информации является информация эономичесая, оторая отражает социально-эономичесие процессы а в сфере производства, та и в непроизводственной сфере, во всех ор анах и на всех ровнях отраслево о ре ионально о правления. Рассмотрим особенности правленчесой информации, в частности эономичесой, оазывающие влияние на ор анизацию ее автоматизированной обработи. 1. Эономичесая информация отражает аты производственно-хозяйственной деятельности с помощью системы натральных и стоимостных поазателей. Во всех слчаях при этом использются оличественные величины, цифровые значения. Эта способность эономичесой информации предопределяет возможность широо о применения вычислительной технии в эономие. 2. Следющей отличительной чертой эономичесой информации является циличность. Для большинства производственных и хозяйственных процессов харатерна повторяемость составляющих их стадии и информации, отражающей эти процессы. Циличность эономичесой информации позволяет, однажды создав про рамм машинно о счета, мно оратно использовать ее. Это значительно прощает проетирование автоматизированной обработи данных. 3. Важное значение для обработи имеет форма представления информации. Эономичесая информация непременно отражается в материальных носителях: в первичных и сводных доментах, в машинных носителях (ма нитных лентах и дисах, перфолентах), передается по аналам связи. Для повышения достоверности ведется передача и обработа лишь юридичеси оформленной информации (при наличии подписи на доменте или на элетронном сообщении, азании ода, передающе о сообщение, и т. п.). 4. Отличительной чертой эономичесой информации является ее объемность. Качественное правление эономичесими процессами невозможно без детальной информации о них. Со489

ванным хранением, наоплением в информационных фондах и базах данных. Под базой данных (БД) понимается вся необходимая для решения задач онретной области совопность данных, ор анизованная по определенным правилам, позволяющим обеспечить независимость данных от приладных про рамм, добство хранения, поиса, маниплирования данными, оторые записаны на машинных носителях. При этом аждый элемент стро о идентифицирется для автоматизации процесса поиса, пополнения, обновления данных. Динамичесое состояние — постоянное движение в виде потоов — присще информации, реализющей в человео-машинных, автоматизированных системах фнций обмена сведениями с помощью знаовых символов. Приведенные особенности информации тщательно изчаются при создании систем автоматизированной обработи в процессе ее синтасичесо о, семантичесо о и пра матичесо о анализа. Синтасичесий анализ станавливает важнейшие параметры информационных потоов, влючая необходимые оличественные харатеристии, для выбора омплеса техничесих средств сбора, ре истрации, передачи, обработи, наопления и хранения информации. Семантичесий анализ позволяет изчить информацию с точи зрения смыслово о содержания ее отдельных элементов, находить способы языово о соответствия (языа человеа, языа ЭВМ) при однозначном распознании вводимых в систем сообщений. Пра матичесий анализ проводится с целью определения полезности информации, использемой для правления, выявления пратичесой зависимости сообщений, применяемых для выработи правляющих воздействий. Учитывая, что полезность информации является фнцией времени и что одна и та же информация в разное время может быть полезной либо бесполезной в зависимости от то о, сольо новых сообщений об правляемом объете она несет пользователю, принятые ритерии оцени вязываются с достоверностью и современностью постпающих сообщений. Информация, оторая обслживает процесс производства, распределения, обмена и потребления материальных бла , и обеспечивает решение задач ор анизационно-эономичесо о правления народным хозяйством и е о звеньями, называется правленчесой. Она представляет собой разнообразные сведения эономичесо о, техноло ичесо о, социально о, юридичесо о, демо рафичесо о и др о о содержания, использемо о при этом. В информационном процессе, аим является правлен488

чесая деятельность, информация выстпает а один из важнейших ресрсов наряд с энер етичесими, материальными, трдовыми, финансовыми. В техноло ии обработи первичные сведения о производственных и хозяйственных операциях, людях, выпсе продции, фатах приобретения и продажи товаров выполняют роль предметов трда, а полчаемая резльтатная информация — продта трда; она использется для анализа и принятия правленчесих решений. Особенности эономичесой информации. Важнейшей составляющей правленчесой информации является информация эономичесая, оторая отражает социально-эономичесие процессы а в сфере производства, та и в непроизводственной сфере, во всех ор анах и на всех ровнях отраслево о ре ионально о правления. Рассмотрим особенности правленчесой информации, в частности эономичесой, оазывающие влияние на ор анизацию ее автоматизированной обработи. 1. Эономичесая информация отражает аты производственно-хозяйственной деятельности с помощью системы натральных и стоимостных поазателей. Во всех слчаях при этом использются оличественные величины, цифровые значения. Эта способность эономичесой информации предопределяет возможность широо о применения вычислительной технии в эономие. 2. Следющей отличительной чертой эономичесой информации является циличность. Для большинства производственных и хозяйственных процессов харатерна повторяемость составляющих их стадии и информации, отражающей эти процессы. Циличность эономичесой информации позволяет, однажды создав про рамм машинно о счета, мно оратно использовать ее. Это значительно прощает проетирование автоматизированной обработи данных. 3. Важное значение для обработи имеет форма представления информации. Эономичесая информация непременно отражается в материальных носителях: в первичных и сводных доментах, в машинных носителях (ма нитных лентах и дисах, перфолентах), передается по аналам связи. Для повышения достоверности ведется передача и обработа лишь юридичеси оформленной информации (при наличии подписи на доменте или на элетронном сообщении, азании ода, передающе о сообщение, и т. п.). 4. Отличительной чертой эономичесой информации является ее объемность. Качественное правление эономичесими процессами невозможно без детальной информации о них. Со489

вершенствование правления и возрастание объемов производства сопровождается величением соптствющих ем информационных потоов. Информационное обеспечение автоматизированно о правления предсматривает ор анизацию е о информационной базы, ре ламентирет информационные связи и предопределяет состав и содержание всей системы информационно о отображения. Решение об информационном наполнении АРМ специалиста может быть принято на основе предварительно о определения р а пользователей для выяснения сщности решаемых ими задач. В самом общем виде пользователи различаются по слжебном положению (должностной иерархии), специальностям, ровню освоения и частоте работы с вычислительной техниой, вид потребляемых данных и т. д. По слжебном положению пользователи в сфере ор анизационно о правления мо т быть словно разделены на три атеории: роводители, персонал роводителей (начальнии отделов, роводители рпп и др.) и обслживающий персонал (делопроизводители, серетари, референты и др.). Ка специалисты пользователи мо т быть разбиты на рппы, например бх алтеров, финансистов, статистиов, адровиов и др. По степени под отовленности  работе с вычислительной техниой выделяются пользователи, имеющие навыи в прораммировании на ал оритмичесих языах; имеющие под отов в использемом про раммном обеспечении автоматизированно о правления; способные выполнять минимм операций на ПЭВМ (за рза, ввод данных, орретирова, запс про раммы, печать выходных таблиц и др.). Пользователи АРМ мо т быть разделены на две рппы в зависимости от периода полчения данных: — ом данные нжны в процессе их обработи и формирования (динамичесое потребление); — ом нжны заонченные сведения о состоянии объета (статичесое потребление). В связи с этим для пользователей первой рппы нжно обеспечить интеративный режим работы, для пользователей второй рппы он не обязателен. В зависимости от ате ории пользователей ИО должно в той или иной мере обеспечивать не тольо обработ данных, но и выдач омментариев, подсазо, разъяснений. Разрабатываемое ИО для разных ате орий пользователей порой значительно отличаются видами представления данных. К пример, обслжива490

ющий персонал обычно имеет дело с внтренними данными онретной ор анизации, решает повторяющиеся задачи, пользется, а правило, стртрированной информацией; полчаемые в процессе обработи данные отличаются достаточно оротим ативным периодом сществования. Роводителям требются а внтренние, та и внешние данные. Для тао о типа пользователей работа обычно соптствет реализации аой-либо цели правления или принятия решения. Поэтом в полчаемых данных может и не содержаться ответ в явном виде. С др ой стороны, оличество данных для визально о просмотра или альтернативных вариантов решений должно быть минимально, чтобы обеспечить аналитичность вывода. Действия, выполняемые пользователем на АРМ, мо т быть неточными, поэтом ИО любо о ровня должно предсматривать (явным или неявным образом) возможность ошибо в действиях пользователя, например, при вводе данных, нажатии фнциональных лавиш. ИО этом слчае обеспечивают вывод на эран соответствющих инстрций или сообщений о том, что надо предпринять для орретирови или продолжения работы. Информация, оторю пользователь вынжден затребовать в процессе работы, должна выдаваться на эран достаточно быстро, в течение несольих сенд. Ислючение составляют слчаи, о да пользователь сам сознательно инициирет задержи либо самостоятельно проетирет данные. Приведенные соображения и лежат в основе разработи информационно о обеспечения онретно о вида автоматизированно о правления. Первоочередной задачей при этом является ор анизация внтримашинной информационной базы: выбор необходимо о состава поазателей, способа их ор анизации и методов рппирови и выбори необходимых данных, определение вида ма нитных носителей и распределение межд ними ативной и пассивной информации, ор анизация справочной и омментирющей информации, разработа маетов для прощения ввода информации и выборе необходимых фнций, возможности динамичесой адаптации базы данных и т. д. В слчае, о да АРМ пользователя слжит элементом распределенной системы обработи информации, т. е. злом сети, возниают иные, дополнительные требования  ор анизации информационной базы: — стртра базы данных должна позволять ле о расчленять ее на составные подбазы, размещаемые на отдельных АРМ, обеспечивать простот достпа  любой подбазе, за491

вершенствование правления и возрастание объемов производства сопровождается величением соптствющих ем информационных потоов. Информационное обеспечение автоматизированно о правления предсматривает ор анизацию е о информационной базы, ре ламентирет информационные связи и предопределяет состав и содержание всей системы информационно о отображения. Решение об информационном наполнении АРМ специалиста может быть принято на основе предварительно о определения р а пользователей для выяснения сщности решаемых ими задач. В самом общем виде пользователи различаются по слжебном положению (должностной иерархии), специальностям, ровню освоения и частоте работы с вычислительной техниой, вид потребляемых данных и т. д. По слжебном положению пользователи в сфере ор анизационно о правления мо т быть словно разделены на три атеории: роводители, персонал роводителей (начальнии отделов, роводители рпп и др.) и обслживающий персонал (делопроизводители, серетари, референты и др.). Ка специалисты пользователи мо т быть разбиты на рппы, например бх алтеров, финансистов, статистиов, адровиов и др. По степени под отовленности  работе с вычислительной техниой выделяются пользователи, имеющие навыи в прораммировании на ал оритмичесих языах; имеющие под отов в использемом про раммном обеспечении автоматизированно о правления; способные выполнять минимм операций на ПЭВМ (за рза, ввод данных, орретирова, запс про раммы, печать выходных таблиц и др.). Пользователи АРМ мо т быть разделены на две рппы в зависимости от периода полчения данных: — ом данные нжны в процессе их обработи и формирования (динамичесое потребление); — ом нжны заонченные сведения о состоянии объета (статичесое потребление). В связи с этим для пользователей первой рппы нжно обеспечить интеративный режим работы, для пользователей второй рппы он не обязателен. В зависимости от ате ории пользователей ИО должно в той или иной мере обеспечивать не тольо обработ данных, но и выдач омментариев, подсазо, разъяснений. Разрабатываемое ИО для разных ате орий пользователей порой значительно отличаются видами представления данных. К пример, обслжива490

ющий персонал обычно имеет дело с внтренними данными онретной ор анизации, решает повторяющиеся задачи, пользется, а правило, стртрированной информацией; полчаемые в процессе обработи данные отличаются достаточно оротим ативным периодом сществования. Роводителям требются а внтренние, та и внешние данные. Для тао о типа пользователей работа обычно соптствет реализации аой-либо цели правления или принятия решения. Поэтом в полчаемых данных может и не содержаться ответ в явном виде. С др ой стороны, оличество данных для визально о просмотра или альтернативных вариантов решений должно быть минимально, чтобы обеспечить аналитичность вывода. Действия, выполняемые пользователем на АРМ, мо т быть неточными, поэтом ИО любо о ровня должно предсматривать (явным или неявным образом) возможность ошибо в действиях пользователя, например, при вводе данных, нажатии фнциональных лавиш. ИО этом слчае обеспечивают вывод на эран соответствющих инстрций или сообщений о том, что надо предпринять для орретирови или продолжения работы. Информация, оторю пользователь вынжден затребовать в процессе работы, должна выдаваться на эран достаточно быстро, в течение несольих сенд. Ислючение составляют слчаи, о да пользователь сам сознательно инициирет задержи либо самостоятельно проетирет данные. Приведенные соображения и лежат в основе разработи информационно о обеспечения онретно о вида автоматизированно о правления. Первоочередной задачей при этом является ор анизация внтримашинной информационной базы: выбор необходимо о состава поазателей, способа их ор анизации и методов рппирови и выбори необходимых данных, определение вида ма нитных носителей и распределение межд ними ативной и пассивной информации, ор анизация справочной и омментирющей информации, разработа маетов для прощения ввода информации и выборе необходимых фнций, возможности динамичесой адаптации базы данных и т. д. В слчае, о да АРМ пользователя слжит элементом распределенной системы обработи информации, т. е. злом сети, возниают иные, дополнительные требования  ор анизации информационной базы: — стртра базы данных должна позволять ле о расчленять ее на составные подбазы, размещаемые на отдельных АРМ, обеспечивать простот достпа  любой подбазе, за491

щит от несанционированно о достпа  тем или иным данным и высою производительность в работе с данными; — стртра информационной базы должна сохранять адеватность содержания внешней (доментной) и внтренней (на ма нитных носителях прямо о достпа) форм хранения информации в разрезе тех объетов, с оторым работает исполнитель; — стртра информационной базы и схема ее распределения по АРМ должны обеспечивать возможность едино о или единовременно о процесса орретирови несольих одинаовых баз, хранящихся на разных АРМ, либо замен сорретированной базы данных одно о АРМ на всех остальных, связанных с ним единой информационной взаимосвязью; — стртра информационной базы должна быть минимально избыточна и одновременно добна для архивирования данных.

9.2.1. Процед ры обработи информации Создание и фнционирование информационных систем в правлении тесно связаны с развитием информационных техноло ий. Ка известно информационная техноло ия —- это система методов и способов сбора, наопления, хранения, поиса, обработи и выдачи информации. Она является предметом информатии а начной дисциплины и обеспечивает перевод пратии правления, ре лирования материально о производства, начных исследований и др их областей человечесой деятельности на индивидальный ровень. В отличие от любой др ой инженерной техноло ии, информационная техноло ия позволяет инте рировать различные виды и техноло ии, а информация, оторю она обрабатывает в различных сферах деятельности, синтезирется для наопления опыта и внедрения в прати в соответствии с общественными потребностями. Речь идет о техноло ичесом применении ЭВМ и др их техничесих средств правления. Ка всяая техноло ия, индстриальная информационная техноло ия влючает: 1) определенные наборы материальных средств (носители информации, техничесие средства измерения ее состояний, обработи, передачи и т. п.); 2) способы их взаимодействия; 3) совопность определенных методов, ор анизации работы и специалистов. 492

Информационная техноло ия решения задач влючает следющие важнейшие процедры, оторые мо т быть с рппированы по фнционально-временным стадиям: 1) сбор и ре истрация информации; 2) передача ее  мест обработи; 3) машинное одирование данных; 4) хранение; 5) поис; 6) вычислительная обработа; 7) тиражирование информации; 8) использование информации, т. е. принятие решений и выработа правляющих воздействий. Ка правило, информация подвер ается всем процедрам преобразования, но в ряде слчаев неоторые процедры мо т отстствовать. Последовательность их выполнения таже бывает различной, при этом неоторые процедры мо т повторяться. Состав процедр преобразования информации и особенности их выполнения во мно ом зависят от объета правления и системы автоматизированной обработи информации. Рассмотрим особенности выполнения основных процедр преобразования информации. 1. Сбор и ре истрация информации происходят по-разном в различных эономичесих объетах. Наиболее сложна эта процедра в автоматизированных правленчесих процессах промышленных предприятий, фирм и т. п., де производятся сбор и реистрация первичной четной информации, отражающей производственно-хозяйственню деятельность объета. Особое значение при этом придается достоверности, полноте и своевременности первичной информации. На предприятии сбор и ре истрация информации происходят при выполнении различных хозяйственных операций (прием отовой продции, полчение и отпс материалов и т. п.). Сначала информацию собирают, затем ее фисирют. Учетные данные мо т возниать на рабочих местах в резльтате подсчета оличества обработанных деталей, прошедших сбор злов, изделий, выявление браа и т. п. Для сбора фатичесой информации производятся измерения, подсчет, взвешивание материальных объетов, полчение временных и оличественных харатеристи работы отдельных исполнителей. Сбор информации, а правило, сопровождается реистрацией, т. е. фисацией информации на материальном носителе (доменте или машинном носителе). Запись в первичные доменты в основном осществляется врчню, поэтом процедры сбора и ре истрации остаются поа 493

щит от несанционированно о достпа  тем или иным данным и высою производительность в работе с данными; — стртра информационной базы должна сохранять адеватность содержания внешней (доментной) и внтренней (на ма нитных носителях прямо о достпа) форм хранения информации в разрезе тех объетов, с оторым работает исполнитель; — стртра информационной базы и схема ее распределения по АРМ должны обеспечивать возможность едино о или единовременно о процесса орретирови несольих одинаовых баз, хранящихся на разных АРМ, либо замен сорретированной базы данных одно о АРМ на всех остальных, связанных с ним единой информационной взаимосвязью; — стртра информационной базы должна быть минимально избыточна и одновременно добна для архивирования данных.

9.2.1. Процед ры обработи информации Создание и фнционирование информационных систем в правлении тесно связаны с развитием информационных техноло ий. Ка известно информационная техноло ия —- это система методов и способов сбора, наопления, хранения, поиса, обработи и выдачи информации. Она является предметом информатии а начной дисциплины и обеспечивает перевод пратии правления, ре лирования материально о производства, начных исследований и др их областей человечесой деятельности на индивидальный ровень. В отличие от любой др ой инженерной техноло ии, информационная техноло ия позволяет инте рировать различные виды и техноло ии, а информация, оторю она обрабатывает в различных сферах деятельности, синтезирется для наопления опыта и внедрения в прати в соответствии с общественными потребностями. Речь идет о техноло ичесом применении ЭВМ и др их техничесих средств правления. Ка всяая техноло ия, индстриальная информационная техноло ия влючает: 1) определенные наборы материальных средств (носители информации, техничесие средства измерения ее состояний, обработи, передачи и т. п.); 2) способы их взаимодействия; 3) совопность определенных методов, ор анизации работы и специалистов. 492

Информационная техноло ия решения задач влючает следющие важнейшие процедры, оторые мо т быть с рппированы по фнционально-временным стадиям: 1) сбор и ре истрация информации; 2) передача ее  мест обработи; 3) машинное одирование данных; 4) хранение; 5) поис; 6) вычислительная обработа; 7) тиражирование информации; 8) использование информации, т. е. принятие решений и выработа правляющих воздействий. Ка правило, информация подвер ается всем процедрам преобразования, но в ряде слчаев неоторые процедры мо т отстствовать. Последовательность их выполнения таже бывает различной, при этом неоторые процедры мо т повторяться. Состав процедр преобразования информации и особенности их выполнения во мно ом зависят от объета правления и системы автоматизированной обработи информации. Рассмотрим особенности выполнения основных процедр преобразования информации. 1. Сбор и ре истрация информации происходят по-разном в различных эономичесих объетах. Наиболее сложна эта процедра в автоматизированных правленчесих процессах промышленных предприятий, фирм и т. п., де производятся сбор и реистрация первичной четной информации, отражающей производственно-хозяйственню деятельность объета. Особое значение при этом придается достоверности, полноте и своевременности первичной информации. На предприятии сбор и ре истрация информации происходят при выполнении различных хозяйственных операций (прием отовой продции, полчение и отпс материалов и т. п.). Сначала информацию собирают, затем ее фисирют. Учетные данные мо т возниать на рабочих местах в резльтате подсчета оличества обработанных деталей, прошедших сбор злов, изделий, выявление браа и т. п. Для сбора фатичесой информации производятся измерения, подсчет, взвешивание материальных объетов, полчение временных и оличественных харатеристи работы отдельных исполнителей. Сбор информации, а правило, сопровождается реистрацией, т. е. фисацией информации на материальном носителе (доменте или машинном носителе). Запись в первичные доменты в основном осществляется врчню, поэтом процедры сбора и ре истрации остаются поа 493

наиболее трдоемими. В словиях автоматизации правления предприятием особое внимание придается использованию техничесих средств сбора и ре истрации информации, совмещающих операции оличественно о измерения, ре истрации, наопления и передач информации по аналам связи в ЭВМ с целью формирования первично о домента. Необходимость передачи информации для различных объетов правления обосновывается по-разном. Та, в автоматизированной системе правления предприятием она вызвана тем, что сбор и ре истрация информации нередо территориально отделены от обработи. Процедры сбора и ре истрации информации, а правило, осществляются на рабочих местах, а обработа — в вычислительном центре. 2. Передача информации осществляется различными способами: с помощью рьера, пересыла по почте, достава транспортными средствами, дистанционная передача по аналам связи. Дистанционная передача по аналам связи соращает время передачи данных. Для ее осществления необходимы специальные техничесие средства. Неоторые техничесие средства сбора и ре истрации, собирая автоматичеси информацию с датчиов, становленных на рабочих местах, передают ее в ЭВМ. Дистанционно может передаваться а первичная информация с мест ее возниновения, та и резльтатная в обратном направлении. В этом слчае резльтатная информация отражается на различных стройствах: дисплеях, табло, печатающих стройствах. Постпление информации по аналам связи в центр обработи в основном осществляется двмя способами: на машинном носителе или непосредственно в ЭВМ при помощи специальных про раммных и аппаратных средств. Дистанционная передача постоянно развивается и совершенствется. Особое значение этот способ передачи имеет в мнооровневых межотраслевых системах, де применение дистанционной передачи значительно соряет прохождение информации с одно о ровня правления на др ой и соращает общее время обработи данных. 3. Машинное одирование — процедра машинно о представления (записи) информации на машинных носителях в одах, принятых в ЭВМ. Таое одирование информации производится птем переноса данных первичных доментов на ма нитные диси, информация с оторых затем вводится в ЭВМ для обработи. Запись информации на машинные носители — трдоемая операция, в процессе оторой возниает наибольшее оличество 494

ошибо. Поэтом обязательно выполняются операции онтроля записи разными методами на специальных стройствах либо на ЭВМ. 4. Хранение и наопление информации вызвано мно оратным ее использованием, применением постоянной информации, необходимостью омплетации первичных данных до их обработи. Хранение информации осществляется на машинных носителях в виде информационных массивов, де данные распола аются по становленном в процессе проетирования рппировочном призна. 5. Поис данных — выбора нжных данных из хранимой информации, влючая поис информации, подлежащей орретирове или замене. Процедра поиса информации выполняется на основе составленно о запроса на нжню информацию. 6. Обработа информации на ЭВМ производится, а правило, централизованно, а на мини- и мироЭВМ — в местах возниновения первичной информации, де ор анизются автоматизированные рабочие места специалистов той или иной правленчесой слжбы (отдела материально-техничесо о снабжения и сбыта, отдела лавно о техноло а, онстрторсо о отдела, бх алтерии, планово о отдела и т.п.). Автоматизированное рабочее место специалиста влючает персональню ЭВМ (ПЭВМ), работающю автономно или в вычислительной сети, набор про раммных средств и информационных массивов для решения фнциональных задач. Обработа информации на ПЭВМ начинается при полной отовности всех стройств машины. Оператор или пользователь при выполнении работы на ПЭВМ роводствется специальной инстрцией по эсплатации техничесих и про раммных средств. В начале работы в машины за ржаются про рамма и различные информационные массивы (словно-постоянные, переменные, справочные), аждый из оторых сначала, а правило, обрабатывается для полчения аих-либо резльтатных поазателей, а затем массивы объединяются для полчения сводных поазателей. При обработе информации на ЭВМ выполняются арифметичесие и ло ичесие операции. Арифметичесие операции обработи данных в ЭВМ влючают все виды математичесих действий, обсловленных про раммой. Ло ичесие операции обеспечивают соответствющее порядочивание данных в массивах (первичных, промежточных, постоянных, переменных), подлежащих дальнейшей арифметичесой обработе. Значительное место в ло ичесих операциях занимают таие виды сортиро495

наиболее трдоемими. В словиях автоматизации правления предприятием особое внимание придается использованию техничесих средств сбора и ре истрации информации, совмещающих операции оличественно о измерения, ре истрации, наопления и передач информации по аналам связи в ЭВМ с целью формирования первично о домента. Необходимость передачи информации для различных объетов правления обосновывается по-разном. Та, в автоматизированной системе правления предприятием она вызвана тем, что сбор и ре истрация информации нередо территориально отделены от обработи. Процедры сбора и ре истрации информации, а правило, осществляются на рабочих местах, а обработа — в вычислительном центре. 2. Передача информации осществляется различными способами: с помощью рьера, пересыла по почте, достава транспортными средствами, дистанционная передача по аналам связи. Дистанционная передача по аналам связи соращает время передачи данных. Для ее осществления необходимы специальные техничесие средства. Неоторые техничесие средства сбора и ре истрации, собирая автоматичеси информацию с датчиов, становленных на рабочих местах, передают ее в ЭВМ. Дистанционно может передаваться а первичная информация с мест ее возниновения, та и резльтатная в обратном направлении. В этом слчае резльтатная информация отражается на различных стройствах: дисплеях, табло, печатающих стройствах. Постпление информации по аналам связи в центр обработи в основном осществляется двмя способами: на машинном носителе или непосредственно в ЭВМ при помощи специальных про раммных и аппаратных средств. Дистанционная передача постоянно развивается и совершенствется. Особое значение этот способ передачи имеет в мнооровневых межотраслевых системах, де применение дистанционной передачи значительно соряет прохождение информации с одно о ровня правления на др ой и соращает общее время обработи данных. 3. Машинное одирование — процедра машинно о представления (записи) информации на машинных носителях в одах, принятых в ЭВМ. Таое одирование информации производится птем переноса данных первичных доментов на ма нитные диси, информация с оторых затем вводится в ЭВМ для обработи. Запись информации на машинные носители — трдоемая операция, в процессе оторой возниает наибольшее оличество 494

ошибо. Поэтом обязательно выполняются операции онтроля записи разными методами на специальных стройствах либо на ЭВМ. 4. Хранение и наопление информации вызвано мно оратным ее использованием, применением постоянной информации, необходимостью омплетации первичных данных до их обработи. Хранение информации осществляется на машинных носителях в виде информационных массивов, де данные распола аются по становленном в процессе проетирования рппировочном призна. 5. Поис данных — выбора нжных данных из хранимой информации, влючая поис информации, подлежащей орретирове или замене. Процедра поиса информации выполняется на основе составленно о запроса на нжню информацию. 6. Обработа информации на ЭВМ производится, а правило, централизованно, а на мини- и мироЭВМ — в местах возниновения первичной информации, де ор анизются автоматизированные рабочие места специалистов той или иной правленчесой слжбы (отдела материально-техничесо о снабжения и сбыта, отдела лавно о техноло а, онстрторсо о отдела, бх алтерии, планово о отдела и т.п.). Автоматизированное рабочее место специалиста влючает персональню ЭВМ (ПЭВМ), работающю автономно или в вычислительной сети, набор про раммных средств и информационных массивов для решения фнциональных задач. Обработа информации на ПЭВМ начинается при полной отовности всех стройств машины. Оператор или пользователь при выполнении работы на ПЭВМ роводствется специальной инстрцией по эсплатации техничесих и про раммных средств. В начале работы в машины за ржаются про рамма и различные информационные массивы (словно-постоянные, переменные, справочные), аждый из оторых сначала, а правило, обрабатывается для полчения аих-либо резльтатных поазателей, а затем массивы объединяются для полчения сводных поазателей. При обработе информации на ЭВМ выполняются арифметичесие и ло ичесие операции. Арифметичесие операции обработи данных в ЭВМ влючают все виды математичесих действий, обсловленных про раммой. Ло ичесие операции обеспечивают соответствющее порядочивание данных в массивах (первичных, промежточных, постоянных, переменных), подлежащих дальнейшей арифметичесой обработе. Значительное место в ло ичесих операциях занимают таие виды сортиро495

вальных работ, а порядочение, распределение, подбор, выбора, объединение. В ходе решения задач на ЭВМ, в соответствии с машинной про раммой, формирются резльтатные своди, оторые печатаются машиной. 7. Печать сводо может сопровождаться процедрой тиражирования, если домент с резльтатной информацией необходимо предоставить несольим пользователям. 8. Принятие решения в автоматизированной системе ор анизационно о правления, а правило, осществляется специалистом без применения техничесих средств, но на основе тщательно о анализа резльтатной информации, полченной на ПЭВМ. Задача принятия решений осложняется тем, что специалист приходится исать из множества допстимых решений наиболее приемлемое, сводящее  минимм потери ресрсов (временных, трдовых, материальных и т.д.). Бла одаря применению персональных ЭВМ и терминальных стройств повышается аналитичность обрабатываемых сведений, а таже обеспечивается постепенный переход  автоматизации выработи оптимальных решений в процессе диало а пользователя с вычислительной системой. Математичесая теория принятия решений (ТПР) строится на основе теории и р и исследования операций.

9.2.2. Оранизация информационных процессов в системах правления Информационные процессы в автоматизированных системах ор анизационно о правления реализются с помощью ЭВМ и др их техничесих средств. По мере развития вычислительной технии совершенствются и формы ее использования. Сществют различные способы достпа и общения с ЭВМ. Индивидальный и оллетивный достп  вычислительным ресрсам зависит от степени их онцентрации и ор анизационных форм фнционирования. Централизованные формы применения вычислительных средств, оторые сществовали до массово о использования ПЭВМ, предпола али их сосредоточение в одном месте и ор анизацию информационно-вычислительных центров (ИВЦ) индивидально о и оллетивно о пользования (ИВЦКП). Деятельность ИВЦ и ИВЦКП харатеризовалась обработой больших объемов информации, использованием несольими средних и больших ЭВМ, валифицированным персоналом для обслживания технии и разработи про раммно о обеспечения. 496

Централизованное применение вычислительных и др их техничесих средств позволяло ор анизовать их надежню работ, планомерню за рз и валифицированное обслживание. Централизованная обработа информации наряд с рядом положительных сторон (высоая степень за рзи и высоопрофессиональное использование обордования, валифицированный адровый состав операторов, про раммистов, инженеров, проетировщиов вычислительных систем и т.п.) имела ряд отрицательных черт, порожденных прежде все о отрывом онечно о пользователя (эономиста, плановиа, нормировщиа и т.п.) от техноло ичесо о процесса обработи информации. Децентрализованные формы обработи информации стали применяться со второй половины 80-х одов, о да сфера эономии полчила возможность перейти  массовом использованию персональных ЭВМ (ПЭВМ). Децентрализация предсматривает размещение ПЭВМ в местах возниновения и потребления информации, де создаются автономные пнты ее обработи. К ним относятся абонентсие пнты (АП) и АРМ. Назначение АП состоит в ор анизации сбора, ре истрации и передачи информации в центр обработи. АП позволяют обеспечить повышение достоверности информации на входе в систем, ор анизовать ее надежное наопление, хранение, первичню обработ, формирование в массивы, а таже передач по аналам связи на верхний ровень правления для обобщения информации, полчения необходимой отчетности, выработи правленчесих решений. АРМ обордются, а правило, ПВЭМ и предназначаются для автоматизации работ с информацией, относящейся  определенной предметной области (чет, нормированию, финансовой деятельности и т.п.). Ор анизются они на рабочих местах пользователей — специалистов правленчесих слжб — для их непосредственно о достпа  вычислительным ресрсам. Развитие ор анизационных форм использования вычислительной технии строится на сочетании централизованной и децентрализованной — смешанной — форм. Предпосылой появления смешанной формы явилось создание сетей ЭВМ на основе развития современных средств связи. Сети ЭВМ предпола ают объединение в систем с помощью аналов связи вычислительных средств, про раммных и информационных ресрсов (баз данных, баз знаний). Сетями мо т охватываться различные формы использования ЭВМ, причем аждый абонент имеет возможность достпа не тольо  своим вычислительным, информационным и про раммным ресрсам, но 497

вальных работ, а порядочение, распределение, подбор, выбора, объединение. В ходе решения задач на ЭВМ, в соответствии с машинной про раммой, формирются резльтатные своди, оторые печатаются машиной. 7. Печать сводо может сопровождаться процедрой тиражирования, если домент с резльтатной информацией необходимо предоставить несольим пользователям. 8. Принятие решения в автоматизированной системе ор анизационно о правления, а правило, осществляется специалистом без применения техничесих средств, но на основе тщательно о анализа резльтатной информации, полченной на ПЭВМ. Задача принятия решений осложняется тем, что специалист приходится исать из множества допстимых решений наиболее приемлемое, сводящее  минимм потери ресрсов (временных, трдовых, материальных и т.д.). Бла одаря применению персональных ЭВМ и терминальных стройств повышается аналитичность обрабатываемых сведений, а таже обеспечивается постепенный переход  автоматизации выработи оптимальных решений в процессе диало а пользователя с вычислительной системой. Математичесая теория принятия решений (ТПР) строится на основе теории и р и исследования операций.

9.2.2. Оранизация информационных процессов в системах правления Информационные процессы в автоматизированных системах ор анизационно о правления реализются с помощью ЭВМ и др их техничесих средств. По мере развития вычислительной технии совершенствются и формы ее использования. Сществют различные способы достпа и общения с ЭВМ. Индивидальный и оллетивный достп  вычислительным ресрсам зависит от степени их онцентрации и ор анизационных форм фнционирования. Централизованные формы применения вычислительных средств, оторые сществовали до массово о использования ПЭВМ, предпола али их сосредоточение в одном месте и ор анизацию информационно-вычислительных центров (ИВЦ) индивидально о и оллетивно о пользования (ИВЦКП). Деятельность ИВЦ и ИВЦКП харатеризовалась обработой больших объемов информации, использованием несольими средних и больших ЭВМ, валифицированным персоналом для обслживания технии и разработи про раммно о обеспечения. 496

Централизованное применение вычислительных и др их техничесих средств позволяло ор анизовать их надежню работ, планомерню за рз и валифицированное обслживание. Централизованная обработа информации наряд с рядом положительных сторон (высоая степень за рзи и высоопрофессиональное использование обордования, валифицированный адровый состав операторов, про раммистов, инженеров, проетировщиов вычислительных систем и т.п.) имела ряд отрицательных черт, порожденных прежде все о отрывом онечно о пользователя (эономиста, плановиа, нормировщиа и т.п.) от техноло ичесо о процесса обработи информации. Децентрализованные формы обработи информации стали применяться со второй половины 80-х одов, о да сфера эономии полчила возможность перейти  массовом использованию персональных ЭВМ (ПЭВМ). Децентрализация предсматривает размещение ПЭВМ в местах возниновения и потребления информации, де создаются автономные пнты ее обработи. К ним относятся абонентсие пнты (АП) и АРМ. Назначение АП состоит в ор анизации сбора, ре истрации и передачи информации в центр обработи. АП позволяют обеспечить повышение достоверности информации на входе в систем, ор анизовать ее надежное наопление, хранение, первичню обработ, формирование в массивы, а таже передач по аналам связи на верхний ровень правления для обобщения информации, полчения необходимой отчетности, выработи правленчесих решений. АРМ обордются, а правило, ПВЭМ и предназначаются для автоматизации работ с информацией, относящейся  определенной предметной области (чет, нормированию, финансовой деятельности и т.п.). Ор анизются они на рабочих местах пользователей — специалистов правленчесих слжб — для их непосредственно о достпа  вычислительным ресрсам. Развитие ор анизационных форм использования вычислительной технии строится на сочетании централизованной и децентрализованной — смешанной — форм. Предпосылой появления смешанной формы явилось создание сетей ЭВМ на основе развития современных средств связи. Сети ЭВМ предпола ают объединение в систем с помощью аналов связи вычислительных средств, про раммных и информационных ресрсов (баз данных, баз знаний). Сетями мо т охватываться различные формы использования ЭВМ, причем аждый абонент имеет возможность достпа не тольо  своим вычислительным, информационным и про раммным ресрсам, но 497

и  ресрсам всех остальных абонентов, что создает ряд преимществ при эсплатации вычислительной системы. В последнее время ор анизация применения омпьютерной технии претерпевает значительные изменения, связанные с переходом  созданию инте рированных информационных систем. Инте рированные информационные системы создаются с четом то о, что они должны осществлять со ласованное правление данными в пределах предприятия (ор анизации), оординировать работ отдельных подразделений, автоматизировать операции по обмен)' информацией а в пределах отдельных рпп пользователей, та и межд несольими ор анизациями, отстоящими др от др а на десяти и сотни илометров. Основой для построения подобных систем слжат лоальные вычислительные сети (ЛВС). Харатерной чертой ЛВС является предоставление пользователям возможности работать в ниверсальной информационной среде с фнциями оллетивно о достпа  данным. В последние оды омпьютеризация вышла на новый ровень: ативно создаются вычислительные системы различной онфи рации на базе персональных омпьютеров (ПК) и более мощных машин. Состоящие из несольих автономных омпьютеров с общими совместно использемыми внешними стройствами (диси, ленты) и единым правлением, они позволяют обеспечить более надежню защит омпьютерных ресрсов (стройств, баз данных, про рамм), повысить отазостойчивость, обеспечить простот модернизации и наращивания мощности системы. Все больше внимания деляется развитию не тольо лоальных, но и распределенных вычислительных сетей (РВС), без оторых немыслимо решение современных задач информатизации. В зависимости от степени централизации вычислительных ресрсов роль пользователя и е о фнции меняются. При централизованных формах, о да  пользователя нет непосредственно о онтата с ЭВМ, е о роль сводится  передаче исходных данных на обработ, полчению резльтатов, выявлению и странению ошибо. При непосредственном общении пользователя с ЭВМ е о фнции в информационной техноло ии расширяются. Он сам вводит данные, формирет информационню баз, решает задачи, полчает резльтаты, оценивает их ачество. У пользователя отрываются реальные возможности решать задачи с альтернативными вариантами, анализировать и выбирать с помощью системы в онретных словиях наиболее приемлемый вариант. Все это реализется в пределах одно о рабоче о места. От пользователя при этом требется обязательное знание основ информатии и вычислительной технии. 498

9.2.3. Особенности новой информационной технолоии правленчесой деятельности Современные информационные системы ор анизационно о правления предназначены оазывать помощь специалистам, роводителям, принимающим решения, в полчении ими своевременной, достоверной, в необходимом оличестве информации, создании словий для ор анизации автоматизированных офисов, проведение с применением омпьютеров и средств связи оперативных совещаний, сопровождаемых звовым и видеорядом. Дости ается это переходом на новю информационню техноло ию. Новая информационная техноло ия — техноло ия, оторая основывается на: 1) применении омпьютеров; 2) ативном частии пользователей (непрофессионалов в области про раммирования) в информационном процессе; 3) высоом ровне држественно о пользовательсо о интерфейса; 4) широом использовании паетов приладных про рамм обще о и проблемно о назначения; 5) возможности для пользователя достпа  даленным базам данных и про рамм бла одаря сетям ЭВМ. Постоянно расширяющиеся сферы применения персональных омпьютеров, их массовое использование, в том числе и в эономичесой работе, привели  необходимости формирования наиболее эффетивных ор анизационных форм применения вычислительной и 1р ой ор анизационной технии. В настоящее время на их основе создаются и спешно фнционирют лоальные и мно оровневые вычислительные сети, представляющие собой инте рированные омпьютерные системы обработи данных. Инте рированные омпьютерные системы обработи данных проетирются а сложный информационно-техноло ичесий и про раммный омплес, поддерживающий единый способ представления данных, единый способ взаимодействия пользователей с омпонентами системы и обеспечивающий информационные и вычислительные потребности специалистов в их профессиональной работе. Особое значение в таих системах придается защите информации при ее передаче и обработе. Наибольшее распространение при защите эономичесой информации полчили аппаратно-про раммные способы: в частности, использование системы связи, выбранной по защитным свойствам и ачеств обслживания, арантирющим сохранность информации в процессе передачи и достави ее адресат; 499

и  ресрсам всех остальных абонентов, что создает ряд преимществ при эсплатации вычислительной системы. В последнее время ор анизация применения омпьютерной технии претерпевает значительные изменения, связанные с переходом  созданию инте рированных информационных систем. Инте рированные информационные системы создаются с четом то о, что они должны осществлять со ласованное правление данными в пределах предприятия (ор анизации), оординировать работ отдельных подразделений, автоматизировать операции по обмен)' информацией а в пределах отдельных рпп пользователей, та и межд несольими ор анизациями, отстоящими др от др а на десяти и сотни илометров. Основой для построения подобных систем слжат лоальные вычислительные сети (ЛВС). Харатерной чертой ЛВС является предоставление пользователям возможности работать в ниверсальной информационной среде с фнциями оллетивно о достпа  данным. В последние оды омпьютеризация вышла на новый ровень: ативно создаются вычислительные системы различной онфи рации на базе персональных омпьютеров (ПК) и более мощных машин. Состоящие из несольих автономных омпьютеров с общими совместно использемыми внешними стройствами (диси, ленты) и единым правлением, они позволяют обеспечить более надежню защит омпьютерных ресрсов (стройств, баз данных, про рамм), повысить отазостойчивость, обеспечить простот модернизации и наращивания мощности системы. Все больше внимания деляется развитию не тольо лоальных, но и распределенных вычислительных сетей (РВС), без оторых немыслимо решение современных задач информатизации. В зависимости от степени централизации вычислительных ресрсов роль пользователя и е о фнции меняются. При централизованных формах, о да  пользователя нет непосредственно о онтата с ЭВМ, е о роль сводится  передаче исходных данных на обработ, полчению резльтатов, выявлению и странению ошибо. При непосредственном общении пользователя с ЭВМ е о фнции в информационной техноло ии расширяются. Он сам вводит данные, формирет информационню баз, решает задачи, полчает резльтаты, оценивает их ачество. У пользователя отрываются реальные возможности решать задачи с альтернативными вариантами, анализировать и выбирать с помощью системы в онретных словиях наиболее приемлемый вариант. Все это реализется в пределах одно о рабоче о места. От пользователя при этом требется обязательное знание основ информатии и вычислительной технии. 498

9.2.3. Особенности новой информационной технолоии правленчесой деятельности Современные информационные системы ор анизационно о правления предназначены оазывать помощь специалистам, роводителям, принимающим решения, в полчении ими своевременной, достоверной, в необходимом оличестве информации, создании словий для ор анизации автоматизированных офисов, проведение с применением омпьютеров и средств связи оперативных совещаний, сопровождаемых звовым и видеорядом. Дости ается это переходом на новю информационню техноло ию. Новая информационная техноло ия — техноло ия, оторая основывается на: 1) применении омпьютеров; 2) ативном частии пользователей (непрофессионалов в области про раммирования) в информационном процессе; 3) высоом ровне држественно о пользовательсо о интерфейса; 4) широом использовании паетов приладных про рамм обще о и проблемно о назначения; 5) возможности для пользователя достпа  даленным базам данных и про рамм бла одаря сетям ЭВМ. Постоянно расширяющиеся сферы применения персональных омпьютеров, их массовое использование, в том числе и в эономичесой работе, привели  необходимости формирования наиболее эффетивных ор анизационных форм применения вычислительной и 1р ой ор анизационной технии. В настоящее время на их основе создаются и спешно фнционирют лоальные и мно оровневые вычислительные сети, представляющие собой инте рированные омпьютерные системы обработи данных. Инте рированные омпьютерные системы обработи данных проетирются а сложный информационно-техноло ичесий и про раммный омплес, поддерживающий единый способ представления данных, единый способ взаимодействия пользователей с омпонентами системы и обеспечивающий информационные и вычислительные потребности специалистов в их профессиональной работе. Особое значение в таих системах придается защите информации при ее передаче и обработе. Наибольшее распространение при защите эономичесой информации полчили аппаратно-про раммные способы: в частности, использование системы связи, выбранной по защитным свойствам и ачеств обслживания, арантирющим сохранность информации в процессе передачи и достави ее адресат; 499

шифрование и дешифрование данных абонентами сетей обще о пользования (телефонных, теле рафных) при до оворенности пользователей об общих техничесих средствах, ал оритмах шифрования и т.п. Инте рированные системы обработи данных создаются на основе объединения и жестой вязи всех входящих в систем элементов в информационном, про раммном и техничесом аспетах. При этом должна быть построена масимально нифицированная техноло ичесая схема фнционирования системы с использованием общих чето спроетированных для разных задач стртр и моделей данных. Реализация принципа инте рации, наопления, хранения и систематичесо о обновления данных для своевременно о и надежно о обслживания мно очисленных пользователей системы заладывается на стадии ее создания. Учитывается, что пользователями информации бдт не тольо специалисты онретной проблемной области правленчесой деятельности (чета, планирования, менеджмента, маретин а и т. п.), но и про раммисты, занимающиеся созданием и эсплатацией про раммных средств. Поэтом в процессе проетирования баз данных (БД) ведется тщательное разностороннее исследование предметной области, ее элементов, связи межд ними, а таже выявляются особенности цирлирющих в ней данных а особо важно о ресрса. Создается общая стртрная схема баз данных в виде мно оровневых моделей, формирются словия и осществляется выбор системы правления базами данных (СУБД). При этом межд пользователями станавливаются со лашения по состав и стртре данных; разрабатываются способы фильтрации ошибочных данных, вводимых в систем; станавливаются необходимые разраничения достпа  массивам онретных пользователей; довлетворяются требования независимости данных от про рамм и их физичесо о расположения и т.п. Все перечисленное читывается среди прочих фаторов при выборе или создании СУБД. В процессе реализации информационной техноло ии БД и СУБД нждаются в систематичесом обслживании, поддержании в рабочем состоянии (сопровождении). Эти фнции выполняет администратор БД, т.е. один или несольо специалистов, оторые нест ответственность за фнционирование инте рированной БД, отвечают а за целостность данных, та и за защит их от несанционированно о достпа, надежность системы. Фнционирование баз данных под правлением СУБД и при систематичесом онтроле со стороны администратора представляет собой взаимодействие сложно о ор анизационно-техноло500

ичесо о омплеса, оторый полчил название автоматизированно о бана данных. Под автоматизированным баном данных (БнД) понимается ор анизационно-техноло ичесий омплес (система), влючающий базы данных для решения фнциональных задач правления, техничесие, про раммные и языовые средства, а таже обслживающий персонал.

9.2.4. Базы данных и их системы правления Части про раммно о обеспечения и методы, осществляющие правление базой данных, составляют систем правления базами данных. На рис. 9.9 поазан пример использования СУБД и БД для проетирования элементов ЭВМ. Система правления БД позволяет полчить достп  инте рированным данным и допсает множество различных представлений о хранимых данных. Приведем основные определения СУБД, сформлирем требования, оторым они должны довлетворять, и опишем фнции, выполняемые СУБД. Про раммное обеспечение, оторое позволяет приладным про раммам работать с БД без знания онретно о способа размещения данных в памяти ЭВМ, называют СУБД. Система правления БД выстпает а совопность про раммных средств, предназначенных для создания, ведения и совместно о использования БД мно ими пользователями. Система правления БД должна обеспечивать простот физичесой реализации БД; возможность централизованно о и децентрализованно о правления БД; минимизацию избыточности хранимых данных; предоставление пользователю по запросам неÏðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà ñòðóêòóðíîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà ëîãè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà êîíñòðóêòîðñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ

ÑÓÁÄ

ÁÄ

Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ

Рис. 9.9. Пример использования СУБД и БД для проетирования

501

шифрование и дешифрование данных абонентами сетей обще о пользования (телефонных, теле рафных) при до оворенности пользователей об общих техничесих средствах, ал оритмах шифрования и т.п. Инте рированные системы обработи данных создаются на основе объединения и жестой вязи всех входящих в систем элементов в информационном, про раммном и техничесом аспетах. При этом должна быть построена масимально нифицированная техноло ичесая схема фнционирования системы с использованием общих чето спроетированных для разных задач стртр и моделей данных. Реализация принципа инте рации, наопления, хранения и систематичесо о обновления данных для своевременно о и надежно о обслживания мно очисленных пользователей системы заладывается на стадии ее создания. Учитывается, что пользователями информации бдт не тольо специалисты онретной проблемной области правленчесой деятельности (чета, планирования, менеджмента, маретин а и т. п.), но и про раммисты, занимающиеся созданием и эсплатацией про раммных средств. Поэтом в процессе проетирования баз данных (БД) ведется тщательное разностороннее исследование предметной области, ее элементов, связи межд ними, а таже выявляются особенности цирлирющих в ней данных а особо важно о ресрса. Создается общая стртрная схема баз данных в виде мно оровневых моделей, формирются словия и осществляется выбор системы правления базами данных (СУБД). При этом межд пользователями станавливаются со лашения по состав и стртре данных; разрабатываются способы фильтрации ошибочных данных, вводимых в систем; станавливаются необходимые разраничения достпа  массивам онретных пользователей; довлетворяются требования независимости данных от про рамм и их физичесо о расположения и т.п. Все перечисленное читывается среди прочих фаторов при выборе или создании СУБД. В процессе реализации информационной техноло ии БД и СУБД нждаются в систематичесом обслживании, поддержании в рабочем состоянии (сопровождении). Эти фнции выполняет администратор БД, т.е. один или несольо специалистов, оторые нест ответственность за фнционирование инте рированной БД, отвечают а за целостность данных, та и за защит их от несанционированно о достпа, надежность системы. Фнционирование баз данных под правлением СУБД и при систематичесом онтроле со стороны администратора представляет собой взаимодействие сложно о ор анизационно-техноло500

ичесо о омплеса, оторый полчил название автоматизированно о бана данных. Под автоматизированным баном данных (БнД) понимается ор анизационно-техноло ичесий омплес (система), влючающий базы данных для решения фнциональных задач правления, техничесие, про раммные и языовые средства, а таже обслживающий персонал.

9.2.4. Базы данных и их системы правления Части про раммно о обеспечения и методы, осществляющие правление базой данных, составляют систем правления базами данных. На рис. 9.9 поазан пример использования СУБД и БД для проетирования элементов ЭВМ. Система правления БД позволяет полчить достп  инте рированным данным и допсает множество различных представлений о хранимых данных. Приведем основные определения СУБД, сформлирем требования, оторым они должны довлетворять, и опишем фнции, выполняемые СУБД. Про раммное обеспечение, оторое позволяет приладным про раммам работать с БД без знания онретно о способа размещения данных в памяти ЭВМ, называют СУБД. Система правления БД выстпает а совопность про раммных средств, предназначенных для создания, ведения и совместно о использования БД мно ими пользователями. Система правления БД должна обеспечивать простот физичесой реализации БД; возможность централизованно о и децентрализованно о правления БД; минимизацию избыточности хранимых данных; предоставление пользователю по запросам неÏðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà ñòðóêòóðíîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà ëîãè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà êîíñòðóêòîðñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ

ÑÓÁÄ

ÁÄ

Ïðèêëàäíàÿ ïðîãðàììà òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ

Рис. 9.9. Пример использования СУБД и БД для проетирования

501

противоречивой информации; простот разработи, ведение и совершенствование приладных про рамм; выполнение различных фнций. Система правления БД реализет два интерфейса: 1) межд ло ичесими стртрами данных в про раммах и в БД; 2) межд ло ичесой и физичесой стртрами БД. Опишем последовательность работы СУБД в одном из режимов: 1) про рамма запрашивает возможность чтения данных  СУБД, она передает необходимю информацию о про раммисте, типе записи и т.п.; 2) про рамма осществляет поис описания данных, на оторые выдан запрос; 3) определяет, ао о типа лоичесие и физичесие записи необходимы; 4) выдает ОС запрос на чтение требемой записи; 5) ОС взаимодействет с физичесой памятью; 6) записывает запрошенные данные в системные бферы; 7) выделяет требемю ло ичесю запись, выполняя необходимые преобразования; 8) передает данные из системных бферов в про рамм пользователя, а затем в про рамм пользователя — информацию о резльтатах выполнения запроса; 9) приладная про рамма обрабатывает полченные данные. Распределенная БД — это БД, в оторой данные размещены по мест возниновения или наиболее эффетивно о использования. Она предпола ает, что на аждой ЭВМ данные правляются лоальными СУБД. Для работы с распределенными БД создаются специальные системы правления распределенными БД (СУРБД). Основное требование  СУРБД таое же, а и  СУБД: обеспечение масимальной независимости приладных про рамм САПР от лоализации данных в сети. Основой СУРБД являются атало и, в оторых хранится информация о стртре сети, описание лоальных СУРБД и т. п. Особенность правления распределенными БД определяется разнотипностью лоальных СУРБД, оторые желательно иметь одно о типа. Если же разные части распределенной БД правляются разными СУБД, то использют неоторю промежточню интерфейсню СУРБД, через оторю на основе соответствющих отображений обеспечивается взаимодействие лоальных СУРБД. Процесс разработи стртры БД на основании требований пользователя называют проетированием БД (ПБД). Резльтатом ПБД являются стртра БД, состоящая из ло ичесих и физичесих омпонент, и роводство для приладных про раммистов. Развитие системы БД во времени называют жизненным цилом. Последний делится на стадии анализа, проетирования и эсплатации. 502

Первая стадия влючает в себя этапы формлирования и анализа требований, онцептально о проетирования, проетирования реализации, физичесо о проетирования. Анализ требований является полностью неформализованным этапом. Е о основная цель — обеспечить со ласованность целей пользователей и представлений об информационных потоах. Вторая стадия состоит из этапов реализации БД, анализа фнционирования и поддержи, модифиации и адаптации. Концептальное проетирование обеспечивает выбор стртры ор анизации информации па основе объединения информационных требований пользователей. Проетирование реализации (ло ичесое проетирование) разделяют на две части: проетирование базы данных и проетирование про рамм. Резльтатом первой части является ло ичесая стртра БД. Резльтатом второй части считают фнциональные описания про раммных модлей и наборы запросов  БД. Физичесое проетирование разделяют таже на две части: выбор физичесой стртры БД и отлад про раммных модлей, полченных при проетировании про рамм. Резльтатом этапа является под отова  эсплатации БД. На этапе реализации БД ставится задача разработи прорамм достпа  БД. Этап анализа фнционирования и поддержи обеспечивает статистичесю обработ данных о фнционировании системы. Восстановление БД и ее целостность после сбоев обеспечивает поддержа БД. Этап модернизации и адаптации позволяет производить изменения, оптимизацию фнционирования, модифиацию про рамм. Языи, использемые в БД, делят на языи описания данных (ЯОД) и языи маниплирования данными (ЯМД). В общем слчае ЯОД описывает различные типы записей, их имена и форматы, слжит для определения: типов элементов данных, оторые нжны в ачестве лючей; отношений межд записями или их частями и именования этих отношений; типа данных, оторые использются в записях; диапазона их значений; числа элементов, их поряда и т. п.; серетности частей данных и режимов достпа  ним. Различают три ровня абстрации для описания данных: — онцептальный (с позиции администратора); — реализации (с позиции приладно о про раммиста и пользователя); — физичесий (с позиции системно о про раммиста). 503

противоречивой информации; простот разработи, ведение и совершенствование приладных про рамм; выполнение различных фнций. Система правления БД реализет два интерфейса: 1) межд ло ичесими стртрами данных в про раммах и в БД; 2) межд ло ичесой и физичесой стртрами БД. Опишем последовательность работы СУБД в одном из режимов: 1) про рамма запрашивает возможность чтения данных  СУБД, она передает необходимю информацию о про раммисте, типе записи и т.п.; 2) про рамма осществляет поис описания данных, на оторые выдан запрос; 3) определяет, ао о типа лоичесие и физичесие записи необходимы; 4) выдает ОС запрос на чтение требемой записи; 5) ОС взаимодействет с физичесой памятью; 6) записывает запрошенные данные в системные бферы; 7) выделяет требемю ло ичесю запись, выполняя необходимые преобразования; 8) передает данные из системных бферов в про рамм пользователя, а затем в про рамм пользователя — информацию о резльтатах выполнения запроса; 9) приладная про рамма обрабатывает полченные данные. Распределенная БД — это БД, в оторой данные размещены по мест возниновения или наиболее эффетивно о использования. Она предпола ает, что на аждой ЭВМ данные правляются лоальными СУБД. Для работы с распределенными БД создаются специальные системы правления распределенными БД (СУРБД). Основное требование  СУРБД таое же, а и  СУБД: обеспечение масимальной независимости приладных про рамм САПР от лоализации данных в сети. Основой СУРБД являются атало и, в оторых хранится информация о стртре сети, описание лоальных СУРБД и т. п. Особенность правления распределенными БД определяется разнотипностью лоальных СУРБД, оторые желательно иметь одно о типа. Если же разные части распределенной БД правляются разными СУБД, то использют неоторю промежточню интерфейсню СУРБД, через оторю на основе соответствющих отображений обеспечивается взаимодействие лоальных СУРБД. Процесс разработи стртры БД на основании требований пользователя называют проетированием БД (ПБД). Резльтатом ПБД являются стртра БД, состоящая из ло ичесих и физичесих омпонент, и роводство для приладных про раммистов. Развитие системы БД во времени называют жизненным цилом. Последний делится на стадии анализа, проетирования и эсплатации. 502

Первая стадия влючает в себя этапы формлирования и анализа требований, онцептально о проетирования, проетирования реализации, физичесо о проетирования. Анализ требований является полностью неформализованным этапом. Е о основная цель — обеспечить со ласованность целей пользователей и представлений об информационных потоах. Вторая стадия состоит из этапов реализации БД, анализа фнционирования и поддержи, модифиации и адаптации. Концептальное проетирование обеспечивает выбор стртры ор анизации информации па основе объединения информационных требований пользователей. Проетирование реализации (ло ичесое проетирование) разделяют на две части: проетирование базы данных и проетирование про рамм. Резльтатом первой части является ло ичесая стртра БД. Резльтатом второй части считают фнциональные описания про раммных модлей и наборы запросов  БД. Физичесое проетирование разделяют таже на две части: выбор физичесой стртры БД и отлад про раммных модлей, полченных при проетировании про рамм. Резльтатом этапа является под отова  эсплатации БД. На этапе реализации БД ставится задача разработи прорамм достпа  БД. Этап анализа фнционирования и поддержи обеспечивает статистичесю обработ данных о фнционировании системы. Восстановление БД и ее целостность после сбоев обеспечивает поддержа БД. Этап модернизации и адаптации позволяет производить изменения, оптимизацию фнционирования, модифиацию про рамм. Языи, использемые в БД, делят на языи описания данных (ЯОД) и языи маниплирования данными (ЯМД). В общем слчае ЯОД описывает различные типы записей, их имена и форматы, слжит для определения: типов элементов данных, оторые нжны в ачестве лючей; отношений межд записями или их частями и именования этих отношений; типа данных, оторые использются в записях; диапазона их значений; числа элементов, их поряда и т. п.; серетности частей данных и режимов достпа  ним. Различают три ровня абстрации для описания данных: — онцептальный (с позиции администратора); — реализации (с позиции приладно о про раммиста и пользователя); — физичесий (с позиции системно о про раммиста). 503

На онцептальном ровне описывают объеты, атрибты и значения данных. На ровне реализации имеют дело с записями, элементами данных и связями межд записями. На физичесом ровне оперирют блоами, азателями, данными переполнения, рппировой данных. Обычно ЯМД дают возможность маниплирования данными без знания несщественных для про раммиста подробностей. Они мо т реализоваться а расширение языов про раммирования обще о назначения птем введения в них специальных операторов или птем реализации специально о языа (например, PL/1, ЯМД CODASYL). При работе с БД использются несольо типов языов: маниплирования данными; про раммирования; описания физичесой ор анизации данных. Языи про раммирования, использемые в БД, представляют собой распространенные языи типа ФОРТРАН, КОБОЛ и др. Языи описания ло ичесих схем пользователя реализются средствами описания данных языа приладно о про раммирования, средствами СУБД, специальным языом. Наиболее широо распространен первым способ описания. Он имеет в основе операторы объявления (например, DECLARE в язые PL/I, STRUCT в СИ, type в ADA). Языи описания схем БД предназначены для администратора БД. С их помощью определяют лобальные описания данных. Языи описания физичесой ор анизации данных описывают физичесю стртр размещения схемы на машинных носителях. С их помощью определяют методы достпа, предписывающие размещение данных на тех или иных носителях, и т. п. Наибольшими преимществами обладают специальные языи, та а не зависят от использемых языов про раммирования или техничесих средств. Следовательно, при переносе БД на др ое ТО или смене языа про раммирования большинство описаний БД останется без изменения. Процесс проетирования БД начинают с построения онцептальной модели (КМ). Концептальная модель состоит из описания объетов и их взаимосвязей без азания способов физичесо о хранения. Построение КМ начинается с анализа данных об объетах и связях межд ними, сбора информации о данных в сществющих и возможных приладных про раммах. Др ими словами, КМ — это модель предметной области. Версия КМ, обеспечиваемая СУБД, называется ло ичесой моделью (ЛМ). Подмножества ЛМ, оторые выделяются для пользователей, называются внешними моделями (подсхемами). Ло ичесая модель 504

отображается в физичесю, оторая отображает размещение данных и методы достпа. Физичесю модель называют еще внтренней. Внешние модели не связаны с использемыми ТС и методами достпа  БД. Они определяют первый ровень независимости данных. Второй ровень независимости данных связан с отстствием изменений внешних моделей при изменении КМ. На рис. 9.10 поазаны два ровня независимости данных в ИО САПР. В основном степень независимости данных определяется формализованностью проетирования БД. Важным инстрментом при разработе и проетировании БД является словарь данных (СД), предназначенный для хранения сведений об объетах, атрибтах, значениях данных, взаимосвязях межд ними, их источниах, значениях, форматах представления. Словарь данных позволяет полчить однообразню и формализованню информацию обо всех ресрсах данных. Главное назначение СД состоит в доментировании данных. Он должен обеспечивать централизованное введение и правление данными, взаимодействие межд разработчиами любо о проета, например, САПР. Сществют инте рированные и независимые СД. В первом слчае СД — это часть паета про рамм СУБД, а во втором — отдельный пает про рамм в виде дополнения  СУБД. В настоящее время СД рассматривают а связющее звено в системе ПО обработи данных, влючающей в себя процессор, СУБД, языи запросов, монитор телеобработи. На рис. 9.11 поазаны интерфейсы СД в ипотетичесой системе с БД. В полном объеме СД обязан: поддерживать КМ, ло ичесю, внтреннюю и внешнюю модели; быть инте рированным с СУБД, поддеÊîíöåïòóàëüíûå òðåáîâàíèÿ

Âíåøíèå ìîäåëè

Ïðèêëàäíûå ïðîãðàììû

ËÌ

Âíóòðåííÿÿ ìîäåëü

ÊÌ

Ïðèêëàäíûå ïðîãðàììû

1-é óðîâåíü Ëîãè÷åñêàÿ íåçàâèñèìîñòü äàííûõ

2-é óðîâåíü Ôèçè÷åñêàÿ íåçàâèñèìîñòü äàííûõ

Рис. 9.10. Лоичесая и физичесая независимость данных

505

На онцептальном ровне описывают объеты, атрибты и значения данных. На ровне реализации имеют дело с записями, элементами данных и связями межд записями. На физичесом ровне оперирют блоами, азателями, данными переполнения, рппировой данных. Обычно ЯМД дают возможность маниплирования данными без знания несщественных для про раммиста подробностей. Они мо т реализоваться а расширение языов про раммирования обще о назначения птем введения в них специальных операторов или птем реализации специально о языа (например, PL/1, ЯМД CODASYL). При работе с БД использются несольо типов языов: маниплирования данными; про раммирования; описания физичесой ор анизации данных. Языи про раммирования, использемые в БД, представляют собой распространенные языи типа ФОРТРАН, КОБОЛ и др. Языи описания ло ичесих схем пользователя реализются средствами описания данных языа приладно о про раммирования, средствами СУБД, специальным языом. Наиболее широо распространен первым способ описания. Он имеет в основе операторы объявления (например, DECLARE в язые PL/I, STRUCT в СИ, type в ADA). Языи описания схем БД предназначены для администратора БД. С их помощью определяют лобальные описания данных. Языи описания физичесой ор анизации данных описывают физичесю стртр размещения схемы на машинных носителях. С их помощью определяют методы достпа, предписывающие размещение данных на тех или иных носителях, и т. п. Наибольшими преимществами обладают специальные языи, та а не зависят от использемых языов про раммирования или техничесих средств. Следовательно, при переносе БД на др ое ТО или смене языа про раммирования большинство описаний БД останется без изменения. Процесс проетирования БД начинают с построения онцептальной модели (КМ). Концептальная модель состоит из описания объетов и их взаимосвязей без азания способов физичесо о хранения. Построение КМ начинается с анализа данных об объетах и связях межд ними, сбора информации о данных в сществющих и возможных приладных про раммах. Др ими словами, КМ — это модель предметной области. Версия КМ, обеспечиваемая СУБД, называется ло ичесой моделью (ЛМ). Подмножества ЛМ, оторые выделяются для пользователей, называются внешними моделями (подсхемами). Ло ичесая модель 504

отображается в физичесю, оторая отображает размещение данных и методы достпа. Физичесю модель называют еще внтренней. Внешние модели не связаны с использемыми ТС и методами достпа  БД. Они определяют первый ровень независимости данных. Второй ровень независимости данных связан с отстствием изменений внешних моделей при изменении КМ. На рис. 9.10 поазаны два ровня независимости данных в ИО САПР. В основном степень независимости данных определяется формализованностью проетирования БД. Важным инстрментом при разработе и проетировании БД является словарь данных (СД), предназначенный для хранения сведений об объетах, атрибтах, значениях данных, взаимосвязях межд ними, их источниах, значениях, форматах представления. Словарь данных позволяет полчить однообразню и формализованню информацию обо всех ресрсах данных. Главное назначение СД состоит в доментировании данных. Он должен обеспечивать централизованное введение и правление данными, взаимодействие межд разработчиами любо о проета, например, САПР. Сществют инте рированные и независимые СД. В первом слчае СД — это часть паета про рамм СУБД, а во втором — отдельный пает про рамм в виде дополнения  СУБД. В настоящее время СД рассматривают а связющее звено в системе ПО обработи данных, влючающей в себя процессор, СУБД, языи запросов, монитор телеобработи. На рис. 9.11 поазаны интерфейсы СД в ипотетичесой системе с БД. В полном объеме СД обязан: поддерживать КМ, ло ичесю, внтреннюю и внешнюю модели; быть инте рированным с СУБД, поддеÊîíöåïòóàëüíûå òðåáîâàíèÿ

Âíåøíèå ìîäåëè

Ïðèêëàäíûå ïðîãðàììû

ËÌ

Âíóòðåííÿÿ ìîäåëü

ÊÌ

Ïðèêëàäíûå ïðîãðàììû

1-é óðîâåíü Ëîãè÷åñêàÿ íåçàâèñèìîñòü äàííûõ

2-é óðîâåíü Ôèçè÷åñêàÿ íåçàâèñèìîñòü äàííûõ

Рис. 9.10. Лоичесая и физичесая независимость данных

505

Ãåíåðàòîð îò÷åòîâ äëÿ ïîëüçîâàòåëåé

ÑÓÁÄ ÁÄ Ïðèêëàäíûå ïðîãðàììû ÑÄ

Ðåâèçîð ñèñòåìû îáðàáîòêè äàííûõ

ÀÁÄ

Êîìïèëÿòîðû Áèáëèîòåêà ïðîãðàìì

Рис. 9.11. Интерфейсные СД в ипотетичесой системе с БД

рживать тестовые и рабочие версии хранимых описаний; обеспечивать эффетивный обмен информацией с СУБД и процесс изменения рабочей версии при изменении БД. Словарь данных должен иметь свою БД. Приведем основные составляющие БД словаря данных. Последний влючает в себя: атрибт; объет; рпповой элемент данных; выводимый объет данных; синонимы, т. е. атрибты, имеющие одинаовое назначение, но различные идентифиаторы; омонимы, т. е. атрибты с различным назначением, но с одинаовыми идентифиаторами; описание КМ, ЛМ, внешних и внтренних моделей; описание, позволяющее пользователям формально и однозначно выбирать атрибты для решении задач. По анало ии с СД создают информационный фонд. Отметим, что он может являться частью СД. Содержимое информационноо фонда можно разделить на две основные части. Первая часть содержит нормативно-справочню информацию, сведения о ГОСТ, ОСТ и т. п., а таже различные модели омпонентов (тепловые, элетричесие, оммтационные). Эта часть харатеризется мно оратным считыванием, сравнительно редой обновляемостью. Ино да ее называют «постоянной» частью БД. При проетировании БД необходимо провести идентифиацию основных объетов предметной области и приладных прорамм, подлежащих использованию, определить объеты и их взаимосвязи, построить СД, KM, ЛМ, ФМ с проведением анализа и оцено (рис. 9.12). Вторая часть содержит сведения об объетах, оторые находятся в процессе проетирования. Они влючают описания объ506

етов после выполнения различных Проетирование проетных операций (например, разЛМ БД мещения, трассирови), описание онстрторсой доментации и т. п. Учет требований Информацию, использемю в СУБД процессе проетирования, делят словно на две рппы. К первой рппе относят информацию, описываюПроетирование щю онцептальное стртрное АМ БД представление. Ее называют ISP-информацией. Она не связана с онПроетирование ретными способами обработи и ФМ БД приложениями и описывает онцептальные связи в БД. Недовлетворительная Ко второй рппе относят инфорОцена мацию, описывающю онцептальное представление. Ее называют UPинформацией. Она определяет треРис. 9.12. Упрощенная бование ор анизации  обработе стр т рная схема данных и описывает данные и связи, проетирования БД использемые в приложениях. Считается, что ISP-информация должна обеспечивать ибость и адаптивность, UР-информация — эффетивность проетирования. ISP-информацию в основном использют для построения начальной информационной стртры, UР-информацию — для ее лчшения и точнения в онретном приложении. После определения физичесой стртры ее описание передается СУБД. До использования БД реализют ее мает, или строят прототип, с помощью оторых полчают оцен харатеристи БД и про нозирют ее развитие. Если прототип не отвечает заданным требованиям, производят перепроетирование БД, в положительном слчае — за рз БД. Отметим, что построение прототипов, маетов и моделей реальной БД является сложной задачей из-за отстствия математичесих методов оцени правильности модели. При онвертировании и инте рации данных обеспечиваются возможность изменения физичесой стртры БД и поддержа разработанных приладных про рамм правления БД. При эсплатации обеспечение безопасности, серетности, раз раничения достпа  БД поддерживается определенными процедрами. Кроме то о, вводят процедры восстановления и повторно о запса. 507

Ãåíåðàòîð îò÷åòîâ äëÿ ïîëüçîâàòåëåé

ÑÓÁÄ ÁÄ Ïðèêëàäíûå ïðîãðàììû ÑÄ

Ðåâèçîð ñèñòåìû îáðàáîòêè äàííûõ

ÀÁÄ

Êîìïèëÿòîðû Áèáëèîòåêà ïðîãðàìì

Рис. 9.11. Интерфейсные СД в ипотетичесой системе с БД

рживать тестовые и рабочие версии хранимых описаний; обеспечивать эффетивный обмен информацией с СУБД и процесс изменения рабочей версии при изменении БД. Словарь данных должен иметь свою БД. Приведем основные составляющие БД словаря данных. Последний влючает в себя: атрибт; объет; рпповой элемент данных; выводимый объет данных; синонимы, т. е. атрибты, имеющие одинаовое назначение, но различные идентифиаторы; омонимы, т. е. атрибты с различным назначением, но с одинаовыми идентифиаторами; описание КМ, ЛМ, внешних и внтренних моделей; описание, позволяющее пользователям формально и однозначно выбирать атрибты для решении задач. По анало ии с СД создают информационный фонд. Отметим, что он может являться частью СД. Содержимое информационноо фонда можно разделить на две основные части. Первая часть содержит нормативно-справочню информацию, сведения о ГОСТ, ОСТ и т. п., а таже различные модели омпонентов (тепловые, элетричесие, оммтационные). Эта часть харатеризется мно оратным считыванием, сравнительно редой обновляемостью. Ино да ее называют «постоянной» частью БД. При проетировании БД необходимо провести идентифиацию основных объетов предметной области и приладных прорамм, подлежащих использованию, определить объеты и их взаимосвязи, построить СД, KM, ЛМ, ФМ с проведением анализа и оцено (рис. 9.12). Вторая часть содержит сведения об объетах, оторые находятся в процессе проетирования. Они влючают описания объ506

етов после выполнения различных Проетирование проетных операций (например, разЛМ БД мещения, трассирови), описание онстрторсой доментации и т. п. Учет требований Информацию, использемю в СУБД процессе проетирования, делят словно на две рппы. К первой рппе относят информацию, описываюПроетирование щю онцептальное стртрное АМ БД представление. Ее называют ISP-информацией. Она не связана с онПроетирование ретными способами обработи и ФМ БД приложениями и описывает онцептальные связи в БД. Недовлетворительная Ко второй рппе относят инфорОцена мацию, описывающю онцептальное представление. Ее называют UPинформацией. Она определяет треРис. 9.12. Упрощенная бование ор анизации  обработе стр т рная схема данных и описывает данные и связи, проетирования БД использемые в приложениях. Считается, что ISP-информация должна обеспечивать ибость и адаптивность, UР-информация — эффетивность проетирования. ISP-информацию в основном использют для построения начальной информационной стртры, UР-информацию — для ее лчшения и точнения в онретном приложении. После определения физичесой стртры ее описание передается СУБД. До использования БД реализют ее мает, или строят прототип, с помощью оторых полчают оцен харатеристи БД и про нозирют ее развитие. Если прототип не отвечает заданным требованиям, производят перепроетирование БД, в положительном слчае — за рз БД. Отметим, что построение прототипов, маетов и моделей реальной БД является сложной задачей из-за отстствия математичесих методов оцени правильности модели. При онвертировании и инте рации данных обеспечиваются возможность изменения физичесой стртры БД и поддержа разработанных приладных про рамм правления БД. При эсплатации обеспечение безопасности, серетности, раз раничения достпа  БД поддерживается определенными процедрами. Кроме то о, вводят процедры восстановления и повторно о запса. 507

9.2.5. Модели данных Современные СУБД основываются на использовании моделей данных (МД), позволяющих описывать объеты предметных областей и взаимосвязи межд ними. Сществют три основные МД и их омбинации, на оторых основываются СУБД: реляционная модель данных (РМД), сетевая модель данных (СМД), иерархичесая модель данных (ИМД). Основное различие межд этими МД состоит в способах описания взаимодействий межд объетами и атрибтами. Взаимосвязь выражает отношение межд множествами данных. Использют взаимосвязи «один  одном», «один о мно им» и «мно ие о мно им». «Один  одном» — это взаимно однозначное соответствие, оторое станавливается межд одним объетом и одним атрибтом. Например, в определенный момент времени с одной ЭВМ использется один определенный процессор. Номер выбранной ЭВМ соответствет номер выбранно о процессора. «Один о мно им» — это соответствие межд одним объетом и мно ими атрибтами. «Мно ие о мно им» — это соответствие межд мно ими объетами и мно ими атрибтами. Например, на множество ЭВМ может одновременно работать множество пользователей. Взаимосвязи межд объетами и атрибтами добно представлять в виде рафов и ипер рафов. Реляционная модель данных. В РМД объеты и взаимосвязи межд ними представляют в виде таблиц. Таблица, состоящая из стро и столбцов, называется отношением. Каждый столбец в таблице является атрибтом. Строи таблицы являются ортежами, т. е. порядоченными множествами. Значения в столбце определяют из множества значений, оторые принимает атрибт. Столбцы таблицы — это элементы данных, а строи — записи. Построим, например, таблиц для представления данных с помощью РМД (табл. 9.2). Та б л и ц а 9 . 2 Номер

1 2 3 4 5 6

508

Этапы прое тирования (имя)

Порытие Типизация Компонова Размещение Трассирова Контроль

Атрибты Сложность

0(n3) 0(n2) 0(n3) 0(n3) 0(n3 – n4) 0(n3)

Время реализации

минты сенды минты минты часы минты

Первичным лючом в таблице является номер этапа проетирования. Таблица имеет два атрибта и шесть ортежей. Приведем еще один пример представления данных с помощью таблицы ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ (табл. 9.3). Та б л и ц а 9 . 3 Идентифи ационный номер

Фамилия

236 185 349 499 777

Сидоров Иванов Петров Кочетов Харламов

Эта таблица представляет данные с помощью реляционной модели. Первичным лючом является идентифиационный номер пользователя. Основное достоинство реляционно о подхода — е о простота и достпность. Пользователи абстра ированы от физичесой стртры памяти. Это позволяет эсплатировать БД без знания методов и способов ее построения. Основные достоинства РМД следющие: простота, независимость данных; ибость; непроцедрные запросы, теоретичесое обоснование на основе теории отношений. Основные недостати РМД: низая производительность по сравнению с НМД и СМД, сложность ПО, избыточность. Кроме то о, проблематично обеспечение полно о набора фнциональных возможностей и необходимых операционных харатеристи при обработе больших БД. Иерархичесая модель данных. Она основана на понятии деревьев, состоящих из вершин и ребер. Вершина дерева ставится в соответствие совопности атрибтов данных, харатеризющих неоторый объет. Вершины и ребра дерева а бы образют иерархичесю древовидню стртр (ИДС), состоящю из n ровней (рис. 9.13.). Первю вершин в дереве называют орневой вершиной ИДС. Она довлетворяет семи словиям: 1. Иерархия начинается с орневой вершины. 2. Каждая вершина соответствет одном или несольим атрибтам. 3. На ровнях с большим номером находятся зависимые вершины. Вершина предшествющео ровня является начальной для новых зависимых вершин. 509

9.2.5. Модели данных Современные СУБД основываются на использовании моделей данных (МД), позволяющих описывать объеты предметных областей и взаимосвязи межд ними. Сществют три основные МД и их омбинации, на оторых основываются СУБД: реляционная модель данных (РМД), сетевая модель данных (СМД), иерархичесая модель данных (ИМД). Основное различие межд этими МД состоит в способах описания взаимодействий межд объетами и атрибтами. Взаимосвязь выражает отношение межд множествами данных. Использют взаимосвязи «один  одном», «один о мно им» и «мно ие о мно им». «Один  одном» — это взаимно однозначное соответствие, оторое станавливается межд одним объетом и одним атрибтом. Например, в определенный момент времени с одной ЭВМ использется один определенный процессор. Номер выбранной ЭВМ соответствет номер выбранно о процессора. «Один о мно им» — это соответствие межд одним объетом и мно ими атрибтами. «Мно ие о мно им» — это соответствие межд мно ими объетами и мно ими атрибтами. Например, на множество ЭВМ может одновременно работать множество пользователей. Взаимосвязи межд объетами и атрибтами добно представлять в виде рафов и ипер рафов. Реляционная модель данных. В РМД объеты и взаимосвязи межд ними представляют в виде таблиц. Таблица, состоящая из стро и столбцов, называется отношением. Каждый столбец в таблице является атрибтом. Строи таблицы являются ортежами, т. е. порядоченными множествами. Значения в столбце определяют из множества значений, оторые принимает атрибт. Столбцы таблицы — это элементы данных, а строи — записи. Построим, например, таблиц для представления данных с помощью РМД (табл. 9.2). Та б л и ц а 9 . 2 Номер

1 2 3 4 5 6

508

Этапы прое тирования (имя)

Порытие Типизация Компонова Размещение Трассирова Контроль

Атрибты Сложность

0(n3) 0(n2) 0(n3) 0(n3) 0(n3 – n4) 0(n3)

Время реализации

минты сенды минты минты часы минты

Первичным лючом в таблице является номер этапа проетирования. Таблица имеет два атрибта и шесть ортежей. Приведем еще один пример представления данных с помощью таблицы ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ (табл. 9.3). Та б л и ц а 9 . 3 Идентифи ационный номер

Фамилия

236 185 349 499 777

Сидоров Иванов Петров Кочетов Харламов

Эта таблица представляет данные с помощью реляционной модели. Первичным лючом является идентифиационный номер пользователя. Основное достоинство реляционно о подхода — е о простота и достпность. Пользователи абстра ированы от физичесой стртры памяти. Это позволяет эсплатировать БД без знания методов и способов ее построения. Основные достоинства РМД следющие: простота, независимость данных; ибость; непроцедрные запросы, теоретичесое обоснование на основе теории отношений. Основные недостати РМД: низая производительность по сравнению с НМД и СМД, сложность ПО, избыточность. Кроме то о, проблематично обеспечение полно о набора фнциональных возможностей и необходимых операционных харатеристи при обработе больших БД. Иерархичесая модель данных. Она основана на понятии деревьев, состоящих из вершин и ребер. Вершина дерева ставится в соответствие совопности атрибтов данных, харатеризющих неоторый объет. Вершины и ребра дерева а бы образют иерархичесю древовидню стртр (ИДС), состоящю из n ровней (рис. 9.13.). Первю вершин в дереве называют орневой вершиной ИДС. Она довлетворяет семи словиям: 1. Иерархия начинается с орневой вершины. 2. Каждая вершина соответствет одном или несольим атрибтам. 3. На ровнях с большим номером находятся зависимые вершины. Вершина предшествющео ровня является начальной для новых зависимых вершин. 509

Êîðíåâàÿ âåðøèíà

Óðîâåíü 1 Óðîâåíü 2 ... Óðîâåíü n

Puc. 9.13. Иерархичесая древовидная стр т ра

4. Каждая вершина, находящаяся на ровне i, соединена с одной и тольо одной вершиной ровня i –1, за ислючением орневой вершины. 5. Корневая вершина может быть связана с одной или несольими зависимыми вершинами. 6. Достп  аждой вершине происходит через орневю по единственном пти. 7. Сществет произвольное оличество вершин аждо о ровня. Иерархичесая модель данных состоит из несольих деревьев, т. е. является лесом. Каждая орневая вершина образет начало записи ло ичесой базы данных. В ИМД вершины, находящиеся на ровне i, называют порожденными вершинами на ровне i –1. Ниже приведен пример представления информации в ИМД, реализющей отношение «один о мно им»: Корневая вершина

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ Уровень 1

номер ЭВМ

фамилия

Уровень 2

Çàïèñü

отдел

Çàïèñü

ОПЕРАЦИЯ + РЕЗУЛЬТАТ Порожденная вершина

номер ЭВМ

циях и несольих ЭВМ. ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ соответствет орневой вершине и находится на более высоом ровне иерархии, чем ЭВМ, ОПЕРАЦИЯ и РЕЗУЛЬТАТ. Отметим, что выбор ИМД осществляет администратор БД на основе операционных харатеристи. Введение двх ИМД, связанных межд собой, позволяет решать вопросы влючения и даления данных. Основные достоинства ИМД — простота построения и использования, обеспечение определенно о ровня независимости данных, наличие сществющих СУБД, простота оцени операционных харатеристи. Основные недостати: отношение «мно ие о мно им» реализется очень сложно, дает ромоздю стртр и требет хранения избыточных данных, что особенно нежелательно на физичесом ровне; иерархичесая порядоченность сложняет операции даления и влючения; достп  любой вершине возможен тольо через орневю, что величивает время достпа. Сетевые модели данных. В СМД элементарные данные и отношения межд ними представляются в виде ориентированной сети (вершины — данные, д и — отношения). База данных, описываемая сетевой моделью, состоит из несольих областей. Область содержит записи. Одна запись состоит из несольих полей. Набор, состоящий из записей, может размещаться в одной или несольих областях (рис. 9.14). В СМД объеты предметной области объединяются в сеть. Графичеси сетевая модель описывается прямо ольниами и

дата опреденазвание операции ление

Îáëàñòè

Çàïèñü

резль- реоментат дации

Ïîëå Ïîëå

Для аждо о пользователя может иметься эземпляр орневой вершины. Иерархичесая модель данных позволяет для аждо о пользователя полчать представление о несольих опера510

Íàáîð èç ÷åòûðåõ çàïèñåé

Ïîëå

Рис. 9.14. База данных, описываемая сетевой моделью

511

Êîðíåâàÿ âåðøèíà

Óðîâåíü 1 Óðîâåíü 2 ... Óðîâåíü n

Puc. 9.13. Иерархичесая древовидная стр т ра

4. Каждая вершина, находящаяся на ровне i, соединена с одной и тольо одной вершиной ровня i –1, за ислючением орневой вершины. 5. Корневая вершина может быть связана с одной или несольими зависимыми вершинами. 6. Достп  аждой вершине происходит через орневю по единственном пти. 7. Сществет произвольное оличество вершин аждо о ровня. Иерархичесая модель данных состоит из несольих деревьев, т. е. является лесом. Каждая орневая вершина образет начало записи ло ичесой базы данных. В ИМД вершины, находящиеся на ровне i, называют порожденными вершинами на ровне i –1. Ниже приведен пример представления информации в ИМД, реализющей отношение «один о мно им»: Корневая вершина

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ Уровень 1

номер ЭВМ

фамилия

Уровень 2

Çàïèñü

отдел

Çàïèñü

ОПЕРАЦИЯ + РЕЗУЛЬТАТ Порожденная вершина

номер ЭВМ

циях и несольих ЭВМ. ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ соответствет орневой вершине и находится на более высоом ровне иерархии, чем ЭВМ, ОПЕРАЦИЯ и РЕЗУЛЬТАТ. Отметим, что выбор ИМД осществляет администратор БД на основе операционных харатеристи. Введение двх ИМД, связанных межд собой, позволяет решать вопросы влючения и даления данных. Основные достоинства ИМД — простота построения и использования, обеспечение определенно о ровня независимости данных, наличие сществющих СУБД, простота оцени операционных харатеристи. Основные недостати: отношение «мно ие о мно им» реализется очень сложно, дает ромоздю стртр и требет хранения избыточных данных, что особенно нежелательно на физичесом ровне; иерархичесая порядоченность сложняет операции даления и влючения; достп  любой вершине возможен тольо через орневю, что величивает время достпа. Сетевые модели данных. В СМД элементарные данные и отношения межд ними представляются в виде ориентированной сети (вершины — данные, д и — отношения). База данных, описываемая сетевой моделью, состоит из несольих областей. Область содержит записи. Одна запись состоит из несольих полей. Набор, состоящий из записей, может размещаться в одной или несольих областях (рис. 9.14). В СМД объеты предметной области объединяются в сеть. Графичеси сетевая модель описывается прямо ольниами и

дата опреденазвание операции ление

Îáëàñòè

Çàïèñü

резль- реоментат дации

Ïîëå Ïîëå

Для аждо о пользователя может иметься эземпляр орневой вершины. Иерархичесая модель данных позволяет для аждо о пользователя полчать представление о несольих опера510

Íàáîð èç ÷åòûðåõ çàïèñåé

Ïîëå

Рис. 9.14. База данных, описываемая сетевой моделью

511

Îáëàñòü Ïîëüçîâàòåëü

Îáëàñòü ÝÂÌ

Çàïèñü Ïîëüçîâàòåëü

Çàïèñü ÝÂÌ

Çàïèñü = ñâÿçêà Äàòà îïåðàöèè è îïåðàöèÿ

Рис. 9.15. Область СМД

стрелами. Каждый тип записи может содержать множество атрибтов. На рис. 9.15 поазан пример представления области в СМД. Здесь область — это часть БД, в оторой распола аются записи, наборы и части наборов. Стрелами соединены несольо типов записей, изображающих типы набора. Тип набора представляет ло ичесю взаимосвязь «один о мно им».

9.3. Прораммное обеспечение автоматизированноо правления 9.3.1. Общее и специальное прораммное обеспечение Про раммное обеспечение (ПО) любо о автоматизированноо правления в основном определяет е о интеллетальные возможности, профессиональню направленность, широт и полнот правления. Комплес про рамм автоматизированно о правления должен охватывать множество фнций: обеспечение ор анизации диало а и решения фнциональных задач пользователя, правление базами данных и трансляцию про рамм, выдач справочной, диа ностичесой информации и осществление сервисных операций, обле чающих работ на ПЭВМ. Развитость про раммно о обеспечения определяет фнциональню полнот и разнообразие сервисной поддержи для пользователя. Поэтом если лассифицировать АРМ с позиции про раммных средств, то признаами таой лассифиации мо т быть: — языи про раммирования; — наличие СУБД; — вид транслятора (интерпретатор или омпилятор) с языов про раммирования; 512

— средства обнаржения и исправления ошибо; — возможность достраивания про раммной системы и т.д. Про раммное обеспечение любо о вида автоматизированно о правления подразделяется на общее и специальное (рис. 9.16). Основные элементы обще о про раммно о обеспечения обычно поставляются вместе с ПЭВМ. К ним относятся операционные системы (ОС) и оболочи, про раммные средства ПС ведения баз данных, про раммные средства ор анизации диало а, а таже про раммы, расширяющие возможности ОС, Главное предназначение этой части ПО — правление работой процессора, ор анизация интерфейса межд пользователем и ПЭВМ, ор анизация достпа  памяти, периферийным стройствам и сети, правление файлами, запс приладных про рамм и правление процессом их выполнения, трансляция и выполнение про рамм, под отовленных на ал оритмичесих языах (Пасаль, PL/1, Бейси и др.). Специальное про раммное обеспечение автоматизированно о правления обычно состоит из ниальных про рамм и фнциональных паетов приладных про рамм (ППП). Именно от фнционально о ПО зависят вид, содержание и онретная специализация автоматизированно о правления. Учитывая, что специальное ПО автоматизированно о правления в онечном счете определяет область применения автоматизированных рабочих мест, состав решаемых пользователем задач, оно должно создаваться на основе инстрментальных про раммных средств диало овых систем, ориентированных на решение онретно о ПО автоматизированно5о правления

Общее ОC оболочи

ПС защиты

Специальное ПC ведения данных

ПС введения диало5а

Типовые фнциональные ПС

Униальные ПС пользователя

ПС, расширяющий возможности ОС

Рис. 9.16. Принципиальный состав прораммноо обеспечения автоматизированноо правления

513

Îáëàñòü Ïîëüçîâàòåëü

Îáëàñòü ÝÂÌ

Çàïèñü Ïîëüçîâàòåëü

Çàïèñü ÝÂÌ

Çàïèñü = ñâÿçêà Äàòà îïåðàöèè è îïåðàöèÿ

Рис. 9.15. Область СМД

стрелами. Каждый тип записи может содержать множество атрибтов. На рис. 9.15 поазан пример представления области в СМД. Здесь область — это часть БД, в оторой распола аются записи, наборы и части наборов. Стрелами соединены несольо типов записей, изображающих типы набора. Тип набора представляет ло ичесю взаимосвязь «один о мно им».

9.3. Прораммное обеспечение автоматизированноо правления 9.3.1. Общее и специальное прораммное обеспечение Про раммное обеспечение (ПО) любо о автоматизированноо правления в основном определяет е о интеллетальные возможности, профессиональню направленность, широт и полнот правления. Комплес про рамм автоматизированно о правления должен охватывать множество фнций: обеспечение ор анизации диало а и решения фнциональных задач пользователя, правление базами данных и трансляцию про рамм, выдач справочной, диа ностичесой информации и осществление сервисных операций, обле чающих работ на ПЭВМ. Развитость про раммно о обеспечения определяет фнциональню полнот и разнообразие сервисной поддержи для пользователя. Поэтом если лассифицировать АРМ с позиции про раммных средств, то признаами таой лассифиации мо т быть: — языи про раммирования; — наличие СУБД; — вид транслятора (интерпретатор или омпилятор) с языов про раммирования; 512

— средства обнаржения и исправления ошибо; — возможность достраивания про раммной системы и т.д. Про раммное обеспечение любо о вида автоматизированно о правления подразделяется на общее и специальное (рис. 9.16). Основные элементы обще о про раммно о обеспечения обычно поставляются вместе с ПЭВМ. К ним относятся операционные системы (ОС) и оболочи, про раммные средства ПС ведения баз данных, про раммные средства ор анизации диало а, а таже про раммы, расширяющие возможности ОС, Главное предназначение этой части ПО — правление работой процессора, ор анизация интерфейса межд пользователем и ПЭВМ, ор анизация достпа  памяти, периферийным стройствам и сети, правление файлами, запс приладных про рамм и правление процессом их выполнения, трансляция и выполнение про рамм, под отовленных на ал оритмичесих языах (Пасаль, PL/1, Бейси и др.). Специальное про раммное обеспечение автоматизированно о правления обычно состоит из ниальных про рамм и фнциональных паетов приладных про рамм (ППП). Именно от фнционально о ПО зависят вид, содержание и онретная специализация автоматизированно о правления. Учитывая, что специальное ПО автоматизированно о правления в онечном счете определяет область применения автоматизированных рабочих мест, состав решаемых пользователем задач, оно должно создаваться на основе инстрментальных про раммных средств диало овых систем, ориентированных на решение онретно о ПО автоматизированно5о правления

Общее ОC оболочи

ПС защиты

Специальное ПC ведения данных

ПС введения диало5а

Типовые фнциональные ПС

Униальные ПС пользователя

ПС, расширяющий возможности ОС

Рис. 9.16. Принципиальный состав прораммноо обеспечения автоматизированноо правления

513

ласса задач со схожими фнционально-техноло ичесими особенностями обработи информации. ПО автоматизированно о правления должно обладать свойствами адаптивности, ибости, модифициремости и настраиваемое на онретное применение в соответствии с требованиями пользователя. Непременным составным элементом прораммно о обеспечения, передаваемо о пользователю, является доментация на не о, оторая обле чает выяснение сти решаемых задач, а таже внедрение, эсплатацию и сопровождение про раммно о продта. Остановимся несольо подробнее на составных частях ПО автоматизированно о правления, созданных на базе ПК. В ачестве ОС автоматизированно о правления 16-разрядных ПЭВМ обычно использется MS DOS, на базе 32-разрядных — OS/2 и UNIX. Это наиболее распространенные операционные системы, хотя имеются и др ие.

9.3.2. Паеты приладных прорамм автоматизированноо правления Наиболее динамично развивающейся частью про раммно о обеспечения являются паеты приладных про рамм. Кр решаемых с помощью ППП задач постоянно расширяется. Во мно ом внедрение омпьютеров пратичеси во все сферы деятельности стало возможным бла одаря появлению новых и совершенствованию сществющих ППП. Все ППП мо т быть разбиты на три рппы: 1. Паеты, расширяющие возможности операционных систем. 2. Паеты обще о назначения. 3. Паеты, ориентированные на работ в автоматизированных системах правления. Паеты приладных про рамм, расширяющие возможности операционных систем, обеспечивают фнционирование ЭВМ различных онфи раций. К ним относятся паеты, обеспечивающие работ мно омашинных омплесов типовых онфи раций, диало овые системы, системы для работы в реальном масштабе времени, даленню паетню обработ. ППП обще о назначения влючают в себя набор про рамм для широо о р а применений для алфавитно-цифровых и рафичесих дисплеев, рафопостроителей, систем про раммирования, а таже для начно-техничесих расчетов, математичесо о про раммирования, обработи матриц, различно о вида моделирования, решения задач теории массово о обслживания и т.д. 514

Паеты, ориентированные на работ в АСУ, влючают в себя набор про рамм для общецелевых систем обработи банов данных, информационных систем обще о назначения, систем обработи доментов. Достижение в области мироэлетронии, приводящие  появлению более мощных по своим фнциональным возможностям омпьютерам, таже является причиной создание новых ППП. В свою очередь, необходимость лчшения харатеристи использования паета при решении онретных задач пользователя стимлирет совершенствование архитетры и элементной базы омпьютеров и периферийных стройств. Стртра и принципы построения ППП зависят от ласса ЭВМ и операционной системы, в рамах оторой этот пает бдет фнционировать. Наибольшее оличество разнообразных ППП создано для IBM PC-совместимых омпьютеров с операционными системами MS DOS и WINDOWS. Классифиация этих паетов про рамм по фнциональном призна представлена на рис. 9.17. Каждая рппа паетов имеет свои проблемы ор анизации, трдности разработи и создания. Каждый пает, в зависимости от ЭВМ и е о назначения реализется на онретном язые прораммирования в соответствии с требованиями, предъявленными  пает, и возможностями языа. В приведенной лассифиации не азаны и ровые про раммы — они не являются средством для автоматизации, профессиональной деятельности и предназначены для дос а. Отстствие про рамм — переводчиов, орфо рафии, элетронных словарей связано с тем, что эти про раммы являются фнциональным дополнением ППП типа редатора теста, презентации и т.п. Наблюдается тенденция влючения этих про рамм в состав приладных паетов. Сществющие ППП охватывают почти все сферы человечесой деятельности, связанные с обработой информации. Развитие и совершенствование ППП — постпательный процесс, поэтом следет ожидать появления новых ППП, возможности оторых превзойдт достижения настоящих паетов. Проблемно-ориентированные ППП — наиболее развиты в плане реализемых фнций и мно очисленная по оличеств созданных паетов часть ППП. Она влючает следющие проблемноориентированные про раммные продты: тестовые процессоры, издательсие системы, рафичесие редаторы, демонстрационню рафи, системы мльтимедиа, ПО САПР, ор анизаторы работ, элетронные таблицы (табличные процессоры), системы прав515

ласса задач со схожими фнционально-техноло ичесими особенностями обработи информации. ПО автоматизированно о правления должно обладать свойствами адаптивности, ибости, модифициремости и настраиваемое на онретное применение в соответствии с требованиями пользователя. Непременным составным элементом прораммно о обеспечения, передаваемо о пользователю, является доментация на не о, оторая обле чает выяснение сти решаемых задач, а таже внедрение, эсплатацию и сопровождение про раммно о продта. Остановимся несольо подробнее на составных частях ПО автоматизированно о правления, созданных на базе ПК. В ачестве ОС автоматизированно о правления 16-разрядных ПЭВМ обычно использется MS DOS, на базе 32-разрядных — OS/2 и UNIX. Это наиболее распространенные операционные системы, хотя имеются и др ие.

9.3.2. Паеты приладных прорамм автоматизированноо правления Наиболее динамично развивающейся частью про раммно о обеспечения являются паеты приладных про рамм. Кр решаемых с помощью ППП задач постоянно расширяется. Во мно ом внедрение омпьютеров пратичеси во все сферы деятельности стало возможным бла одаря появлению новых и совершенствованию сществющих ППП. Все ППП мо т быть разбиты на три рппы: 1. Паеты, расширяющие возможности операционных систем. 2. Паеты обще о назначения. 3. Паеты, ориентированные на работ в автоматизированных системах правления. Паеты приладных про рамм, расширяющие возможности операционных систем, обеспечивают фнционирование ЭВМ различных онфи раций. К ним относятся паеты, обеспечивающие работ мно омашинных омплесов типовых онфи раций, диало овые системы, системы для работы в реальном масштабе времени, даленню паетню обработ. ППП обще о назначения влючают в себя набор про рамм для широо о р а применений для алфавитно-цифровых и рафичесих дисплеев, рафопостроителей, систем про раммирования, а таже для начно-техничесих расчетов, математичесо о про раммирования, обработи матриц, различно о вида моделирования, решения задач теории массово о обслживания и т.д. 514

Паеты, ориентированные на работ в АСУ, влючают в себя набор про рамм для общецелевых систем обработи банов данных, информационных систем обще о назначения, систем обработи доментов. Достижение в области мироэлетронии, приводящие  появлению более мощных по своим фнциональным возможностям омпьютерам, таже является причиной создание новых ППП. В свою очередь, необходимость лчшения харатеристи использования паета при решении онретных задач пользователя стимлирет совершенствование архитетры и элементной базы омпьютеров и периферийных стройств. Стртра и принципы построения ППП зависят от ласса ЭВМ и операционной системы, в рамах оторой этот пает бдет фнционировать. Наибольшее оличество разнообразных ППП создано для IBM PC-совместимых омпьютеров с операционными системами MS DOS и WINDOWS. Классифиация этих паетов про рамм по фнциональном призна представлена на рис. 9.17. Каждая рппа паетов имеет свои проблемы ор анизации, трдности разработи и создания. Каждый пает, в зависимости от ЭВМ и е о назначения реализется на онретном язые прораммирования в соответствии с требованиями, предъявленными  пает, и возможностями языа. В приведенной лассифиации не азаны и ровые про раммы — они не являются средством для автоматизации, профессиональной деятельности и предназначены для дос а. Отстствие про рамм — переводчиов, орфо рафии, элетронных словарей связано с тем, что эти про раммы являются фнциональным дополнением ППП типа редатора теста, презентации и т.п. Наблюдается тенденция влючения этих про рамм в состав приладных паетов. Сществющие ППП охватывают почти все сферы человечесой деятельности, связанные с обработой информации. Развитие и совершенствование ППП — постпательный процесс, поэтом следет ожидать появления новых ППП, возможности оторых превзойдт достижения настоящих паетов. Проблемно-ориентированные ППП — наиболее развиты в плане реализемых фнций и мно очисленная по оличеств созданных паетов часть ППП. Она влючает следющие проблемноориентированные про раммные продты: тестовые процессоры, издательсие системы, рафичесие редаторы, демонстрационню рафи, системы мльтимедиа, ПО САПР, ор анизаторы работ, элетронные таблицы (табличные процессоры), системы прав515

ления базами данных, про раммы распознавания символов, финансовые и аналитио-статистичесие про раммы. Тестовые процессоры — специальные про раммы, предназначенные для работы с доментами (тестами), позволяющие омпоновать, форматировать тесты при создании пользователем домента. Обычно они влючают в себя дополнительные фнции по работе с блоами теста и объетами. Признанными лидерами в части тестовых процессоров для ПЭВМ являются MS WORD, WordPerfect, AmiPro. Паеты приладных про5рамм

Проблемно-ориентированные

Инте5рированные

Тестовые процессоры

Полносвязные

НИС

Объетно-связные

Графичесие редаторы Растровые

Профессиональные

Веторные

Демонстрационная 5рафиа Системы мльтиплиации САПР Ор5анизаторы работ Табличные процессоры СУБД Распознавание символов Финансовые, аналитио-статистичесие

Рис. 9.17. Классифиация ППП

516

Пользовательсие

Настольные издательсие системы (НИС) — про раммы, предназначенные для профессиональной издательсой деятельности и позволяющие осществить элетронню верст широо о спетра основных типов доментов, типа информационноо бюллетеня, ратой цветной брошюры и объемно о атало а или тор овой заяви, справочниа. Предсмотренные в паетах данно о типа средства позволяют: — омпоновать (верстать) тест; — использовать всевозможные шрифты и осществлять поли рафичесое изображение; — осществлять редатирование теста на ровне лчших тестовых процессоров; — обрабатывать рафичесие изображения; — обеспечивать вывод доментов поли рафичесо о ачества; — работать в сетях и на разных платформах. Наилчшими паетами в этой области для ПЭВМ являются Corel Ventura, PageMaker, QuarkXPress, FrameMaker, Microsoft Publisher, PagePlus, CompuWork Publisher. Графичесие редаторы-паеты, предназначенные для обработи рафичесой информации, делятся на ППП обработи растровой рафии и веторной рафии. ППП обработи растровой рафии предназначены для работы с фото рафиями и влючают в себя набор средств по одированию фотоизображений в цифровю форм. Признанный лидер среди паетов данно о ласса — Adobe Photoshop. Известны таже паеты Picture Publisher, Photo Works Plus. Все про раммы ориентированы на работ в среде Windows. Паеты для работы с веторной рафиой предназначены для профессиональной работы, связанной с хдожественной и техничесой иллюстрацией, с последющей цветной печатью (на рабочем месте дизайнеров, например). Они занимают промежточное положение межд паетами для систем автоматизированно о проетирования (САПР) и настольными издательсими системами. Паеты данно о ласса в настоящее время обладают достаточно широим набором фнциональных средств для осществления сложной точной обработи рафичесих изображений. Своеобразным стандартом в этом лассе является пает CorelDraw. Можно таже отметить Aldus Free Hand, Freelance Graphics. Паеты приладных про рамм мльтимедиа предназначены для использования ПЭВМ для отображения и обработи адиои видеоинформации. Помимо про раммных средств, омпьютер при этом должен быть обордован дополнительными платами, 517

ления базами данных, про раммы распознавания символов, финансовые и аналитио-статистичесие про раммы. Тестовые процессоры — специальные про раммы, предназначенные для работы с доментами (тестами), позволяющие омпоновать, форматировать тесты при создании пользователем домента. Обычно они влючают в себя дополнительные фнции по работе с блоами теста и объетами. Признанными лидерами в части тестовых процессоров для ПЭВМ являются MS WORD, WordPerfect, AmiPro. Паеты приладных про5рамм

Проблемно-ориентированные

Инте5рированные

Тестовые процессоры

Полносвязные

НИС

Объетно-связные

Графичесие редаторы Растровые

Профессиональные

Веторные

Демонстрационная 5рафиа Системы мльтиплиации САПР Ор5анизаторы работ Табличные процессоры СУБД Распознавание символов Финансовые, аналитио-статистичесие

Рис. 9.17. Классифиация ППП

516

Пользовательсие

Настольные издательсие системы (НИС) — про раммы, предназначенные для профессиональной издательсой деятельности и позволяющие осществить элетронню верст широо о спетра основных типов доментов, типа информационноо бюллетеня, ратой цветной брошюры и объемно о атало а или тор овой заяви, справочниа. Предсмотренные в паетах данно о типа средства позволяют: — омпоновать (верстать) тест; — использовать всевозможные шрифты и осществлять поли рафичесое изображение; — осществлять редатирование теста на ровне лчших тестовых процессоров; — обрабатывать рафичесие изображения; — обеспечивать вывод доментов поли рафичесо о ачества; — работать в сетях и на разных платформах. Наилчшими паетами в этой области для ПЭВМ являются Corel Ventura, PageMaker, QuarkXPress, FrameMaker, Microsoft Publisher, PagePlus, CompuWork Publisher. Графичесие редаторы-паеты, предназначенные для обработи рафичесой информации, делятся на ППП обработи растровой рафии и веторной рафии. ППП обработи растровой рафии предназначены для работы с фото рафиями и влючают в себя набор средств по одированию фотоизображений в цифровю форм. Признанный лидер среди паетов данно о ласса — Adobe Photoshop. Известны таже паеты Picture Publisher, Photo Works Plus. Все про раммы ориентированы на работ в среде Windows. Паеты для работы с веторной рафиой предназначены для профессиональной работы, связанной с хдожественной и техничесой иллюстрацией, с последющей цветной печатью (на рабочем месте дизайнеров, например). Они занимают промежточное положение межд паетами для систем автоматизированно о проетирования (САПР) и настольными издательсими системами. Паеты данно о ласса в настоящее время обладают достаточно широим набором фнциональных средств для осществления сложной точной обработи рафичесих изображений. Своеобразным стандартом в этом лассе является пает CorelDraw. Можно таже отметить Aldus Free Hand, Freelance Graphics. Паеты приладных про рамм мльтимедиа предназначены для использования ПЭВМ для отображения и обработи адиои видеоинформации. Помимо про раммных средств, омпьютер при этом должен быть обордован дополнительными платами, 517

позволяющими осществлять ввод-вывод анало овой информации, ее преобразование в цифровю форм. Про раммы мльтимедиа для ПЭВМ появились сравнительно недавно бла одаря значительном рост вычислительных возможностей ПК и большим достижениям в области производства оптичесих дисов. Дело в том, что при представлении анало овой информации в цифровом виде требются о ромные объемы памяти: несольо минт видеофильма занимают десяти ме абайт памяти. Естественно, что работа с таим большим файлом возможна лишь при наличии быстродействюще о процессора (желательно использовать ПК с RISC-процессором и быстродействющей шиной данных). Кроме то о, распространение таих мльтимедиа-приложений невозможно на традиционных ма нитных дисетах, для это о следет использовать оптичесие омпат-диси (CD-ROM). Среди мльтимедиа-про рамм можно выделить две небольшие рппы. Первая влючает паеты для обчения и дос а. Поставляемые на CD-ROM емостью от 200 до 500 Мбайт аждый, они содержат адиовизальню информацию по определенной тематие. Разнообразие их о ромно, и рыно этих про рамм постоянно расширяется при одновременном лчшении ачества видеоматериала. Та, созданы и продаются элетронные энцилопедии по отраслям знаний, элетронные чителя в области иностранных языов, бизнеса, политии, деловые и авантюрные и ры. Вторая рппа влючает про раммы для под отови видеоматериалов для создания мльтимедиа-представлений, демонстрационных дисов и стендовых материалов. К паетам данно о типа относятся Director for Windows, Multimedia Viewer Kit, NEC MultiSpin. Др ая разновидность паетов про рамм, связанная с обработой рафичесих изображений, — системы автоматизации проетирования. Они предназначены для автоматизации проетно-онстрторсих работ в машиностроении, автомобилестроении, промышленном строительстве и т.д. Паеты САПР обладают набором инстрментальных средств, обеспечивающих реализацию основных фнций: — оллетивная работа в сети пользователей с паетом; — эспорт-импорт файлов различных форматов; — масштабирование объетов; — правление объетами в части их рппирови, передвижения с растяжой, поворота, разрезания, изменения размеров, работа со слоями; 518

— перерисова (фоновая, рчная, с прерываниями); — правление файлами в части библиоте и атало ов чертежей; — использование разнообразных чертежных инстрментов, позволяющих рисовать ривые, эллипсы, произвольной формы линии, мно о ольнии и т.п., использование библиотеи символов, выполнение надписей и т.д.; — работа с цветом; — автоматизация отдельных процедр с использованием встроенно о мароязыа. Своеобразным стандартом среди про рамм данно о ласса являются паеты AutoCad, DesignCad, Grafic Cad Professional, DrawBase, Microstations, Ultimate Cad Base, Turbo Cad. Перечисленные паеты отличаются бо атством фнциональных возможностей и предназначены для фнционирования в среде Windows. Ор анизаторы работ — это паеты про рамм, предназначенные для автоматизации процедр планирования использования различных ресрсов (времени, дене , материалов) а отдельно о человеа, та и всей фирмы или ее стртрных подразделений. Целесообразно выделить две разновидности паетов данно о ласса: правления проетами и ор анизации деятельности отдельно о человеа. Паеты перво о типа предназначены для сетево о планирования и правления проетами. Достаточно простые и добные в использовании, эти про раммные средства позволят быстро спланировать проет любой величины и сложности, эффетивно распределить людсие, финансовые и материальные ресрсы, составить оптимальный рафи работ и проонтролировать е о исполнение. К паетам данно о типа относятся Time Line, Ms Project, CASuper Project. Паеты второ о типа представляют собой свое о рода элетронных помощниов делово о человеа. Таие паеты, а Lotus Organiser, ASTI, выполняют фнции элетронных серетарей и предназначены для эффетивно о правления деловыми онтатами. Элетронные таблицы (табличные процессоры) — паеты про рамм, предназначенные для обработи табличным образом ор анизованных данных. Пользователь имеет возможность с помощью средств паета осществлять разнообразные вычисления, строить рафии, правлять форматом ввода-вывода данных, омпоновать данные, форматировать, проводить аналитичесие исследования и т.д. В настоящее время наиболее поплярными и эффетивными являются паеты Excel, Improv, Quattro Pro, Lotus 1-2-3. 519

позволяющими осществлять ввод-вывод анало овой информации, ее преобразование в цифровю форм. Про раммы мльтимедиа для ПЭВМ появились сравнительно недавно бла одаря значительном рост вычислительных возможностей ПК и большим достижениям в области производства оптичесих дисов. Дело в том, что при представлении анало овой информации в цифровом виде требются о ромные объемы памяти: несольо минт видеофильма занимают десяти ме абайт памяти. Естественно, что работа с таим большим файлом возможна лишь при наличии быстродействюще о процессора (желательно использовать ПК с RISC-процессором и быстродействющей шиной данных). Кроме то о, распространение таих мльтимедиа-приложений невозможно на традиционных ма нитных дисетах, для это о следет использовать оптичесие омпат-диси (CD-ROM). Среди мльтимедиа-про рамм можно выделить две небольшие рппы. Первая влючает паеты для обчения и дос а. Поставляемые на CD-ROM емостью от 200 до 500 Мбайт аждый, они содержат адиовизальню информацию по определенной тематие. Разнообразие их о ромно, и рыно этих про рамм постоянно расширяется при одновременном лчшении ачества видеоматериала. Та, созданы и продаются элетронные энцилопедии по отраслям знаний, элетронные чителя в области иностранных языов, бизнеса, политии, деловые и авантюрные и ры. Вторая рппа влючает про раммы для под отови видеоматериалов для создания мльтимедиа-представлений, демонстрационных дисов и стендовых материалов. К паетам данно о типа относятся Director for Windows, Multimedia Viewer Kit, NEC MultiSpin. Др ая разновидность паетов про рамм, связанная с обработой рафичесих изображений, — системы автоматизации проетирования. Они предназначены для автоматизации проетно-онстрторсих работ в машиностроении, автомобилестроении, промышленном строительстве и т.д. Паеты САПР обладают набором инстрментальных средств, обеспечивающих реализацию основных фнций: — оллетивная работа в сети пользователей с паетом; — эспорт-импорт файлов различных форматов; — масштабирование объетов; — правление объетами в части их рппирови, передвижения с растяжой, поворота, разрезания, изменения размеров, работа со слоями; 518

— перерисова (фоновая, рчная, с прерываниями); — правление файлами в части библиоте и атало ов чертежей; — использование разнообразных чертежных инстрментов, позволяющих рисовать ривые, эллипсы, произвольной формы линии, мно о ольнии и т.п., использование библиотеи символов, выполнение надписей и т.д.; — работа с цветом; — автоматизация отдельных процедр с использованием встроенно о мароязыа. Своеобразным стандартом среди про рамм данно о ласса являются паеты AutoCad, DesignCad, Grafic Cad Professional, DrawBase, Microstations, Ultimate Cad Base, Turbo Cad. Перечисленные паеты отличаются бо атством фнциональных возможностей и предназначены для фнционирования в среде Windows. Ор анизаторы работ — это паеты про рамм, предназначенные для автоматизации процедр планирования использования различных ресрсов (времени, дене , материалов) а отдельно о человеа, та и всей фирмы или ее стртрных подразделений. Целесообразно выделить две разновидности паетов данно о ласса: правления проетами и ор анизации деятельности отдельно о человеа. Паеты перво о типа предназначены для сетево о планирования и правления проетами. Достаточно простые и добные в использовании, эти про раммные средства позволят быстро спланировать проет любой величины и сложности, эффетивно распределить людсие, финансовые и материальные ресрсы, составить оптимальный рафи работ и проонтролировать е о исполнение. К паетам данно о типа относятся Time Line, Ms Project, CASuper Project. Паеты второ о типа представляют собой свое о рода элетронных помощниов делово о человеа. Таие паеты, а Lotus Organiser, ASTI, выполняют фнции элетронных серетарей и предназначены для эффетивно о правления деловыми онтатами. Элетронные таблицы (табличные процессоры) — паеты про рамм, предназначенные для обработи табличным образом ор анизованных данных. Пользователь имеет возможность с помощью средств паета осществлять разнообразные вычисления, строить рафии, правлять форматом ввода-вывода данных, омпоновать данные, форматировать, проводить аналитичесие исследования и т.д. В настоящее время наиболее поплярными и эффетивными являются паеты Excel, Improv, Quattro Pro, Lotus 1-2-3. 519

Системы правления базами данных (СУБД) — предназначены для автоматизации процедр создания, хранения и извлечения элетронных данных. Мно ие сществющие эономичесие, информационно-справочные, бановсие, про раммные омплесы реализованы с использованием инстрментальных средств СУБД. Для различных лассов омпьютеров и операционных средств разработано множество СУБД, отличающихся по способ ор анизации данных, формат данных, язы формирования запросов. Наиболее распространенными паетами для ПЭВМ типа IBM PC являются dBase, Paradox, FoxBase, FoxPro, Clipper, Microsoft Access и др. Выбор СУБД определяется мно ими фаторами, но лавный из них — возможность работы с построенной моделью данных. Поэтом одной из важнейших харатеристи является тип модели (иерархичесий, сетевой, реляционный), оторый поддерживается СУБД. Имеются системы для работы с разными моделями, однао большинство СУБД для персональных ЭВМ работают с реляционной моделью. Реляционные СУБД различаются набором реляционных операций, оторые они мо т выполнять. Перечисленные СУБД эффетивны для создания небольших изолированных систем с несложной стртрой данных, с относительно небольшими объемами данных (10—30 Мбайт) и несложными запросами. За пределами тао о рода о раничений эффетивность использования азанных СУБД сщественно снижается. Удобство и омфортность работы пользователя с СУБД во мно ом определяются пользовательсим интерфейсом. Пользовательсий интерфейс — это средство и часть СУБД, ориентированные на взаимодействие пользователя с омпьютерной системой. Бла одаря разветвленным иерархичесим меню, всевозможным подсазам и разнообразной помощи, пользователю ле о ориентироваться в выборе действий адеватных возниающей в работе ситации. Очень важна в интерфейсе минимизация действий пользователя, необходимых для подлючения часто требемых фнций. Для этой цели применяют фнциональные лавиши. Их нажатие вызывает исполнение про раммных модлей, оторые реализют требемю фнцию. Пользовательсий интерфейс может быть мно оровневым — рассчитанным на более широий р разнообразных пользователей. Бла одаря држественном харатер интерфейса пользователь избавляется от необходимости знать язы про раммирования системы, чем дости ается более высоая е о производительность. 520

Сочетанием простоты освоения и использования фнциональных возможностей с помощью просто о интерфейса обеспечивается широая сфера применения таим массовым СУБД. При сложнении информационных потребностей пользователя возниает необходимость в более развитых СУБД и в знании языа про раммирования использемой СУБД. Большинство информационных систем в нашей стране использют простейшие СУБД, оторые фнционирют на персональных омпьютерах. Таие системы порывают первоначальные потребности ор анизаций, но они не перспетивны. Базой систем ново о пооления являются профессиональные (мно опользовательсие, мно оплатформные) СУБД и архитетра «лиент-сервер», реализемая на их основе. Профессиональные СУБД обеспечивают выполнение более сложных операций. Они позволяют разработчи расширять сервисные возможности — процедры баз данных, оторые вызываются лиентом и выполняются сервером более производительно, чем омпьютеры на рабочих местах пользователей. К профессиональным СУБД относятся Oracle, SyBase, Informix, Ingres, Progress. Перечисленные системы имеют средства обработи информации, распределенной по несольим злам сети. Распределенная обработа данных позволяет разместить баз в различных злах таим образом, чтобы отслеживать изменения на всех злах и чтобы аждый омпонент данных распола ался на том зле, де он бдет обрабатываться. Новейшей техноло ией правления распределенными базами данных является тиражирование. Профессиональные СУБД поддерживают те или иные механизмы тестирования. Особенностью современных информационных систем, например, биржевых или бановсих, является требование оперативно о оповещения пользователей о происходящих событиях, например, все частнии фондовой биржи должны немедленно полчать информацию о совершенных сделах, изменениях отирово и т.д. Др ими словами, предпола ается наличие неоторо о оличества процессов, оторые должны использоваться параллельно и синхронизироваться во времени исполнения. Это приводит  необходимости обмена информацией межд ними. Профессиональные СУБД типа Oracle позволяют ор анизовать эти процессы в виде отдельных приложений на одной базе данных. Например, при совершении сдели процесс, занимающийся их ре истрацией, возбждает событие «возбждена сдела». Резльтаты ее влючаются в общий пото информации о 521

Системы правления базами данных (СУБД) — предназначены для автоматизации процедр создания, хранения и извлечения элетронных данных. Мно ие сществющие эономичесие, информационно-справочные, бановсие, про раммные омплесы реализованы с использованием инстрментальных средств СУБД. Для различных лассов омпьютеров и операционных средств разработано множество СУБД, отличающихся по способ ор анизации данных, формат данных, язы формирования запросов. Наиболее распространенными паетами для ПЭВМ типа IBM PC являются dBase, Paradox, FoxBase, FoxPro, Clipper, Microsoft Access и др. Выбор СУБД определяется мно ими фаторами, но лавный из них — возможность работы с построенной моделью данных. Поэтом одной из важнейших харатеристи является тип модели (иерархичесий, сетевой, реляционный), оторый поддерживается СУБД. Имеются системы для работы с разными моделями, однао большинство СУБД для персональных ЭВМ работают с реляционной моделью. Реляционные СУБД различаются набором реляционных операций, оторые они мо т выполнять. Перечисленные СУБД эффетивны для создания небольших изолированных систем с несложной стртрой данных, с относительно небольшими объемами данных (10—30 Мбайт) и несложными запросами. За пределами тао о рода о раничений эффетивность использования азанных СУБД сщественно снижается. Удобство и омфортность работы пользователя с СУБД во мно ом определяются пользовательсим интерфейсом. Пользовательсий интерфейс — это средство и часть СУБД, ориентированные на взаимодействие пользователя с омпьютерной системой. Бла одаря разветвленным иерархичесим меню, всевозможным подсазам и разнообразной помощи, пользователю ле о ориентироваться в выборе действий адеватных возниающей в работе ситации. Очень важна в интерфейсе минимизация действий пользователя, необходимых для подлючения часто требемых фнций. Для этой цели применяют фнциональные лавиши. Их нажатие вызывает исполнение про раммных модлей, оторые реализют требемю фнцию. Пользовательсий интерфейс может быть мно оровневым — рассчитанным на более широий р разнообразных пользователей. Бла одаря држественном харатер интерфейса пользователь избавляется от необходимости знать язы про раммирования системы, чем дости ается более высоая е о производительность. 520

Сочетанием простоты освоения и использования фнциональных возможностей с помощью просто о интерфейса обеспечивается широая сфера применения таим массовым СУБД. При сложнении информационных потребностей пользователя возниает необходимость в более развитых СУБД и в знании языа про раммирования использемой СУБД. Большинство информационных систем в нашей стране использют простейшие СУБД, оторые фнционирют на персональных омпьютерах. Таие системы порывают первоначальные потребности ор анизаций, но они не перспетивны. Базой систем ново о пооления являются профессиональные (мно опользовательсие, мно оплатформные) СУБД и архитетра «лиент-сервер», реализемая на их основе. Профессиональные СУБД обеспечивают выполнение более сложных операций. Они позволяют разработчи расширять сервисные возможности — процедры баз данных, оторые вызываются лиентом и выполняются сервером более производительно, чем омпьютеры на рабочих местах пользователей. К профессиональным СУБД относятся Oracle, SyBase, Informix, Ingres, Progress. Перечисленные системы имеют средства обработи информации, распределенной по несольим злам сети. Распределенная обработа данных позволяет разместить баз в различных злах таим образом, чтобы отслеживать изменения на всех злах и чтобы аждый омпонент данных распола ался на том зле, де он бдет обрабатываться. Новейшей техноло ией правления распределенными базами данных является тиражирование. Профессиональные СУБД поддерживают те или иные механизмы тестирования. Особенностью современных информационных систем, например, биржевых или бановсих, является требование оперативно о оповещения пользователей о происходящих событиях, например, все частнии фондовой биржи должны немедленно полчать информацию о совершенных сделах, изменениях отирово и т.д. Др ими словами, предпола ается наличие неоторо о оличества процессов, оторые должны использоваться параллельно и синхронизироваться во времени исполнения. Это приводит  необходимости обмена информацией межд ними. Профессиональные СУБД типа Oracle позволяют ор анизовать эти процессы в виде отдельных приложений на одной базе данных. Например, при совершении сдели процесс, занимающийся их ре истрацией, возбждает событие «возбждена сдела». Резльтаты ее влючаются в общий пото информации о 521

сделах. Если же этот процесс не исполняется, то событие «совершена сдела» не приводит ни  аим дополнительным действиям. Механизмы событий, реализованные в современных профессиональных СУБД, являются отовым техноло ичесим средством, оторое позволяет разработчиам информационных систем эономить значительное оличество времени и силий. По мере развития любой хозяйственной деятельности появляется потребность в наращивании информационной системы. Возниает вопрос, а встроить имеющееся лоальное приложение в новю систем. Профессиональные СУБД предоставляют достаточно широие возможности. Развитые системы шлюзов позволяют строить информационные системы, распределенные по злам с различными аппаратными и про раммными платформами. Большой интерес представляет таже использование лоальными приложениями, та называемо о, ODBC-стандарта (Open Database Connectivity стандарт, предложенный фирмой Microsoft), оторый дает возможность прозрачно о достпа  данным СУБД различных типов. Таим образом, приложение, разработанное с четом стандарта ODBC, имеет большю ибость при инте рации в сществющю информационню систем. Потребность в ибих решениях для современных информационных систем дитется жизнью. На пратие чаще все о встречается потребность в объединении возможностей отдельных подсистем или про раммных модлей. Причем все это нжно иметь на одной базе данных. Через неоторое время соотношение потребностей может измениться. Поэтом для построения информационной системы важно иметь инстрмент, оторый наиболее приспособлен для построения отрытых и ибих систем. Таим инстрментом в настоящее время являются профессиональные СУБД SQL, обеспечивающие работ в модели «лиент— сервер» и обладающие развитыми средствами разработи и сопровождения баз данных. Использование профессиональной СУБД позволяет иметь про раммное обеспечение, в большей степени отвечающее онретным потребностям ор анизации. Защита данных от несанционированно о достпа  профессиональной СУБД обеспечивается на разных ровнях: 1. Операционная система поддерживает раз раничение прав достпа пользователей. 2. СУБД предоставляет свое раз раничение прав достпа. 3. Защита данных средствами приложения — еще один ровень, оторый может быть настольо развитым и мно ообразным, насольо хватит фантазии  про раммиста, разрабатывающе о приложение. 522

СУБД поддерживает достаточно сложню стртр таблиц. Требования  непротиворечивости данных в этих таблицах довольно жести. Рассмотрим типичный пример, влючающий счета лиентов в жрнал сдело. Информация о ценных бма ах, находящихся на счетах лиентов, должна соответствовать информации, находящейся в жрнале сдело. Занесенные в жрнал данные с начала фнционирования системы до настояще о времени должны привести  тещем состоянию таблицы счетов. Провера это о соответствия — операция длинная и трдоемая. Кроме то о, если провера поазала несоответствие, то возниает следющий вопрос: де произошло рассо ласование? Каая информация правильна: о счетах или о сделах? Ответить на эти вопросы пратичеси невозможно, если разработчии информационных систем не предприняли специальных силий для поддержания ссылочной целостности базы данных. Методы поддержания целостности данных известны. Это — ведение жрналов изменения таблиц и обработа транзаций. Различие межд персональными и профессиональными СУБД здесь в том, что в первом слчае разработчи должен брать их реализацию на себя, а во втором они же реализованы внтри СУБД. Заметим таже, что профессиональные СУБД предоставляют средства восстановления базы данных, если наршение целостности все же произошло, например, при сбое питания. Современные профессиональные СУБД поддерживают средства, значительно соряющие разработ про раммы. Это языи четверто о пооления, инте рирющие средства высоо о ровня для создания интерфейса с элементами CASE-техноло ии, средства для ор анизации сложных запросов  базе данных, возможности подлючения фра ментов, написанных на языах низо о ровня, поддержа SQL-интерфейса. Все это соряет разработ приложений. Реализация интерфейса запросов  базе данных занимает минимм времени и силий. Это позволяет разработчи сосредоточить силия на предметной области. Профессиональные СУБД, поддерживающие техноло ию «Клиент — сервер», позволяют наиболее эффетивно использовать имеющийся пар персональных омпьютеров за счет превращения их в рабочие места пользовательсой системы. Таим образом, выи рыш полчается по трем направлениям: во-первых, наиболее эффетивно задействется мощный процессор сервера; во-вторых, освобождается от ненжной на рзи сеть; в-третьих, отпадает необходимость в высоопроизводительных омпьютерах на рабочих местах пользователей. 523

сделах. Если же этот процесс не исполняется, то событие «совершена сдела» не приводит ни  аим дополнительным действиям. Механизмы событий, реализованные в современных профессиональных СУБД, являются отовым техноло ичесим средством, оторое позволяет разработчиам информационных систем эономить значительное оличество времени и силий. По мере развития любой хозяйственной деятельности появляется потребность в наращивании информационной системы. Возниает вопрос, а встроить имеющееся лоальное приложение в новю систем. Профессиональные СУБД предоставляют достаточно широие возможности. Развитые системы шлюзов позволяют строить информационные системы, распределенные по злам с различными аппаратными и про раммными платформами. Большой интерес представляет таже использование лоальными приложениями, та называемо о, ODBC-стандарта (Open Database Connectivity стандарт, предложенный фирмой Microsoft), оторый дает возможность прозрачно о достпа  данным СУБД различных типов. Таим образом, приложение, разработанное с четом стандарта ODBC, имеет большю ибость при инте рации в сществющю информационню систем. Потребность в ибих решениях для современных информационных систем дитется жизнью. На пратие чаще все о встречается потребность в объединении возможностей отдельных подсистем или про раммных модлей. Причем все это нжно иметь на одной базе данных. Через неоторое время соотношение потребностей может измениться. Поэтом для построения информационной системы важно иметь инстрмент, оторый наиболее приспособлен для построения отрытых и ибих систем. Таим инстрментом в настоящее время являются профессиональные СУБД SQL, обеспечивающие работ в модели «лиент— сервер» и обладающие развитыми средствами разработи и сопровождения баз данных. Использование профессиональной СУБД позволяет иметь про раммное обеспечение, в большей степени отвечающее онретным потребностям ор анизации. Защита данных от несанционированно о достпа  профессиональной СУБД обеспечивается на разных ровнях: 1. Операционная система поддерживает раз раничение прав достпа пользователей. 2. СУБД предоставляет свое раз раничение прав достпа. 3. Защита данных средствами приложения — еще один ровень, оторый может быть настольо развитым и мно ообразным, насольо хватит фантазии  про раммиста, разрабатывающе о приложение. 522

СУБД поддерживает достаточно сложню стртр таблиц. Требования  непротиворечивости данных в этих таблицах довольно жести. Рассмотрим типичный пример, влючающий счета лиентов в жрнал сдело. Информация о ценных бма ах, находящихся на счетах лиентов, должна соответствовать информации, находящейся в жрнале сдело. Занесенные в жрнал данные с начала фнционирования системы до настояще о времени должны привести  тещем состоянию таблицы счетов. Провера это о соответствия — операция длинная и трдоемая. Кроме то о, если провера поазала несоответствие, то возниает следющий вопрос: де произошло рассо ласование? Каая информация правильна: о счетах или о сделах? Ответить на эти вопросы пратичеси невозможно, если разработчии информационных систем не предприняли специальных силий для поддержания ссылочной целостности базы данных. Методы поддержания целостности данных известны. Это — ведение жрналов изменения таблиц и обработа транзаций. Различие межд персональными и профессиональными СУБД здесь в том, что в первом слчае разработчи должен брать их реализацию на себя, а во втором они же реализованы внтри СУБД. Заметим таже, что профессиональные СУБД предоставляют средства восстановления базы данных, если наршение целостности все же произошло, например, при сбое питания. Современные профессиональные СУБД поддерживают средства, значительно соряющие разработ про раммы. Это языи четверто о пооления, инте рирющие средства высоо о ровня для создания интерфейса с элементами CASE-техноло ии, средства для ор анизации сложных запросов  базе данных, возможности подлючения фра ментов, написанных на языах низо о ровня, поддержа SQL-интерфейса. Все это соряет разработ приложений. Реализация интерфейса запросов  базе данных занимает минимм времени и силий. Это позволяет разработчи сосредоточить силия на предметной области. Профессиональные СУБД, поддерживающие техноло ию «Клиент — сервер», позволяют наиболее эффетивно использовать имеющийся пар персональных омпьютеров за счет превращения их в рабочие места пользовательсой системы. Таим образом, выи рыш полчается по трем направлениям: во-первых, наиболее эффетивно задействется мощный процессор сервера; во-вторых, освобождается от ненжной на рзи сеть; в-третьих, отпадает необходимость в высоопроизводительных омпьютерах на рабочих местах пользователей. 523

Про раммы распознавания символов предназначены для перевода рафичесо о изображения бв и цифр в ASCII —оды этих символов. Использются, а правило, совместно со санерами. Паеты данно о типа обычно влючают разнообразные средства, обле чающие работ пользователя и повышающие вероятность правильно о распознавания. Сорость санирования современных ППП составляет примерно 1,5 мин на страниц. К паетам данно о типа относятся File Reader, CunieForm, Tiger, OmniPage. Разнообразными паетами представлена рппа финансовых про рамм для ведения деловых записей типа записной нижи и расчета финансовых операций (баланс денежных средств, определение процентных выплат по займам и редитам, временная стртра денежных вложений и т.п.). Для расчета величины нало ов можно использовать про раммы Turbo Tax for Windows, Personal Tax Edge. С помощью про рамм Quicken, DacEasy Accounting, Peachtree for Windows можно автоматизировать бх алтерсий чет. Эт же фнцию выполняет ряд отечественных про рамм: «Трбобх алтер», «1С Бх алтерия», «Бх алтер» фирмы «Атлант-Информ» и др. Для аналитио-статистичесих исследований использются хорошо зареомендовавшие себя зарбежные статистичесие паеты, таие, а StatGraphics или Statistics, или отечественная разработа «Статисти-Консльтант». Однао в оммерчесих фирмах внедрение этих паетов сдерживается отстствием соответствющим образом под отовленных специалистов, высоой ценой паетов и широим внедрением табличных процессоров, с помощью оторых можно провести простейшие, но наиболее часто использемые статистичесие расчеты. Инте рированные паеты про рамм — по оличеств наименований продтов немно очисленная, но в вычислительном плане довольно мощная и ативно развивающаяся часть ПО. Идея создания инте рированных про раммных омплесов не нова и в той или иной мере была реализована на всех поолениях ЭВМ. Внимание  их проблеме объясняется а расширением сферы применения вычислительной технии, та и стремлением фирм-разработчиов про раммно о обеспечения не «потерять» своих лиентов с переходом на более совершенные системы обработи данных. Традиционные, или полносвязанные, инте рированные омплесы представляют собой мно офнциональный автономный пает, в отором в одно целое соединены фнции и возможнос524

ти различных специализированных (проблемно-ориентированных) паетов, родственных в смысле техноло ии обработи данных на отдельном рабочем месте. Типичными представителями таих про рамм являются паеты FrameWork, Symphony, а таже паеты ново о пооления Microsoft Word, Lotus Works. В этих про раммах происходит инте рация фнций редатора тестов, системы правления базами данных и табличноо процессора. В целом, стоимость тао о паета ораздо ниже сммарной стоимости анало ичных специализированных паетов. В рамах инте рированно о паета обеспечивается связь межд данными, однао при этом сжаются возможности аждой омпоненты по сравнению с анало ичными специализированными паетами. Интерфейс более ранних про рамм был пере ржен различными средствами обмена данными и описаниями средств работы, что требовало от пользователя определенных навыов и знаний в части перелючения режимов паета, форматов данных, принципов хранения и маниплирования различными типами данных, что в онечном счете снижало привлеательность паетов. В современных паетах (например, Microsoft Works) этот недостато изжит: простота интерфейса позволяет применять е о без предварительно о обчения персонала. В настоящее время ативно реализется др ой подход инте рации про раммных средств: объединение специализированных паетов в рамах единой ресрсной базы, обеспечения взаимодействия приложений (про рамм паета) на ровне объетов и едино о прощенно о центра перелючения межд приложениями. Инте рация в этом слчае носит объетно-связанный харатер. Типичные и наиболее мощные паеты данно о типа: Borland Office for Windows, Lotus SmartSuite for Windows, Microsoft Office. В профессиональной редации этих паетов пристствют четыре приложения: тестовый редатор, СУБД, табличный процессор, про раммы демонстрационной рафии. Целесообразность создания таих паетов, очевидно, связана с желанием полчить дополнительный эффет от инте рации по отношению  простой смме составляющих е о омпонент. Этот эффет должен достиаться за счет со ласованно о взаимодействия омпонент в процессе работы пользователя. При традиционном подходе  инте рации про рамм этот выи рыш может быть ле о сведен на нет отстствием нжной пользователю фнции, пристствющей в специализированном паете, и необходимостью в псть небольшом, но дополнительном обчении. 525

Про раммы распознавания символов предназначены для перевода рафичесо о изображения бв и цифр в ASCII —оды этих символов. Использются, а правило, совместно со санерами. Паеты данно о типа обычно влючают разнообразные средства, обле чающие работ пользователя и повышающие вероятность правильно о распознавания. Сорость санирования современных ППП составляет примерно 1,5 мин на страниц. К паетам данно о типа относятся File Reader, CunieForm, Tiger, OmniPage. Разнообразными паетами представлена рппа финансовых про рамм для ведения деловых записей типа записной нижи и расчета финансовых операций (баланс денежных средств, определение процентных выплат по займам и редитам, временная стртра денежных вложений и т.п.). Для расчета величины нало ов можно использовать про раммы Turbo Tax for Windows, Personal Tax Edge. С помощью про рамм Quicken, DacEasy Accounting, Peachtree for Windows можно автоматизировать бх алтерсий чет. Эт же фнцию выполняет ряд отечественных про рамм: «Трбобх алтер», «1С Бх алтерия», «Бх алтер» фирмы «Атлант-Информ» и др. Для аналитио-статистичесих исследований использются хорошо зареомендовавшие себя зарбежные статистичесие паеты, таие, а StatGraphics или Statistics, или отечественная разработа «Статисти-Консльтант». Однао в оммерчесих фирмах внедрение этих паетов сдерживается отстствием соответствющим образом под отовленных специалистов, высоой ценой паетов и широим внедрением табличных процессоров, с помощью оторых можно провести простейшие, но наиболее часто использемые статистичесие расчеты. Инте рированные паеты про рамм — по оличеств наименований продтов немно очисленная, но в вычислительном плане довольно мощная и ативно развивающаяся часть ПО. Идея создания инте рированных про раммных омплесов не нова и в той или иной мере была реализована на всех поолениях ЭВМ. Внимание  их проблеме объясняется а расширением сферы применения вычислительной технии, та и стремлением фирм-разработчиов про раммно о обеспечения не «потерять» своих лиентов с переходом на более совершенные системы обработи данных. Традиционные, или полносвязанные, инте рированные омплесы представляют собой мно офнциональный автономный пает, в отором в одно целое соединены фнции и возможнос524

ти различных специализированных (проблемно-ориентированных) паетов, родственных в смысле техноло ии обработи данных на отдельном рабочем месте. Типичными представителями таих про рамм являются паеты FrameWork, Symphony, а таже паеты ново о пооления Microsoft Word, Lotus Works. В этих про раммах происходит инте рация фнций редатора тестов, системы правления базами данных и табличноо процессора. В целом, стоимость тао о паета ораздо ниже сммарной стоимости анало ичных специализированных паетов. В рамах инте рированно о паета обеспечивается связь межд данными, однао при этом сжаются возможности аждой омпоненты по сравнению с анало ичными специализированными паетами. Интерфейс более ранних про рамм был пере ржен различными средствами обмена данными и описаниями средств работы, что требовало от пользователя определенных навыов и знаний в части перелючения режимов паета, форматов данных, принципов хранения и маниплирования различными типами данных, что в онечном счете снижало привлеательность паетов. В современных паетах (например, Microsoft Works) этот недостато изжит: простота интерфейса позволяет применять е о без предварительно о обчения персонала. В настоящее время ативно реализется др ой подход инте рации про раммных средств: объединение специализированных паетов в рамах единой ресрсной базы, обеспечения взаимодействия приложений (про рамм паета) на ровне объетов и едино о прощенно о центра перелючения межд приложениями. Инте рация в этом слчае носит объетно-связанный харатер. Типичные и наиболее мощные паеты данно о типа: Borland Office for Windows, Lotus SmartSuite for Windows, Microsoft Office. В профессиональной редации этих паетов пристствют четыре приложения: тестовый редатор, СУБД, табличный процессор, про раммы демонстрационной рафии. Целесообразность создания таих паетов, очевидно, связана с желанием полчить дополнительный эффет от инте рации по отношению  простой смме составляющих е о омпонент. Этот эффет должен достиаться за счет со ласованно о взаимодействия омпонент в процессе работы пользователя. При традиционном подходе  инте рации про рамм этот выи рыш может быть ле о сведен на нет отстствием нжной пользователю фнции, пристствющей в специализированном паете, и необходимостью в псть небольшом, но дополнительном обчении. 525

Особенностью ново о типа инте рации паетов является использование общих ресрсов. Здесь можно выделить три основных вида совместно о достпа  ресрсам: — использования тилит, общих для всех про рамм омплеса. Та, например, тилита провери орфо рафии достпна из всех про рамм; — реализация просто о метода перехода (или запса) из одно о приложения  др ом; — реализация построенных на единых принципах средств автоматизации работ с приложением (мароязыа), что позволяет ор анизовать омплесню обработ информации при минимальных затратах на про раммирование и обчение про раммированию на язые мароопределений. Совместное использование объетов несольими приложениями — рае ольный амень современной техноло ии инте рации про рамм и маниплирования данными. Разработаны два основных стандарта в этой области: динамичесой омпонови и встраивания объетов Object Linking and Embedding 2.0 фирмы Microsoft (OLE); OpenDoc (отрытый домент) фирм Apple, Borland, IBM, Novell и WordPerfect. Механизм динамичесой омпонови объетов дает возможность пользователю помещать информацию, созданню одной приладной про раммой, в домент, формиремый в др ой. При этом пользователь может редатировать информацию в новом доменте средствами то о продта, с помощью оторо о этот объет был создан (при редатировании автоматичеси запсается соответствющее приложение). Запщенные приложения и про раммы обработи домента-онтейнера выводит на эран со ласованные меню, часть пнтов оторых принадлежит одной про рамме, а др ая часть — др ой. Кроме то о, данный механизм позволяет переносить OLEобъеты из она одной приладной про раммы в оно др ой. В этой техноло ии предсмотрена таже возможность обще о использования фнциональных ресрсов, например, модль построения рафиов таблично о процессора может быть использован в тестовом редаторе. Недостатом данной техноло ии является о раничение на размер вставляемо о объета размером одной страницы. OpenDoc представляет собой объетно-ориентированню систем, базирющюся на отрытых стандартах фирм—частниов разработи. В ачестве модели объета использется распределен526

ная модель системных объетов (DCOM-Distributed Component Object Model), разработанная фирмой IBM для OS/2. Предполаается совместимость межд OLE и OpenDoc. Самым поплярным набором офисных приложений является инте рированный пает Microsoft Offiсe. Microsoft Offiсe объединяет добные и простые в использовании интеллетальные приложения, обеспечивающие автоматизацию работы и поддерж пользователя, помо ающие соратить время выполнения ре лярных повседневных задач. Семейство Microsoft Offiсe обладает широой встроенной поддержой техноло ий Интернета. В резльтате Microsoft Offiсe является наилчшим набором инстрментов для создания и правления интранет-доментами, а таже для осществления быстро о и добно о достпа  данным в интранет-сетях. Microsoft Offiсe разработан с четом необходимости обеспечить пользователю возможность простой станови, онфи рирования, а администраторам сетей — возможность эффетивно о правления процессом станови и эсплатации информационных систем и решений Microsoft Offiсe. В последнее время в составе Microsoft Offiсe появились новые про раммные элементы — ассистенты. Office Assistant. При работе со сложным про раммным обеспечением серьезной проблемой является поис информации о выполнении той или иной операции. Чтобы обеспечить пользователю Microsoft Office простой и добной системой помощи, в новю версию Microsoft Offiсe был влючен ниальный элемент — Office Assistant. Он помо ает быстро найти ответы на большинство возниающих вопросов и в слчае необходимости подсазывает, а выполняется та или иная операция, и даже предла ает помощь в оранизации более эффетивной работы. Office Assistant дачно вписывается в интерфейс Microsoft Offiсe.

9.3.3. Оранизация разработи прораммных средств Решение задачи на ЭВМ представляет собой процесс полчения информации на основе обработи исходной с помощью прораммы, составленной из оманд системы правления работой отдельных стройств вычислительной машины. Создание таой про раммы решения задачи предпола ает выполнение ряда последовательных этапов техноло ичесо о процесса, принципиальная схема оторо о представлена на рис. 9. 18. 527

Особенностью ново о типа инте рации паетов является использование общих ресрсов. Здесь можно выделить три основных вида совместно о достпа  ресрсам: — использования тилит, общих для всех про рамм омплеса. Та, например, тилита провери орфо рафии достпна из всех про рамм; — реализация просто о метода перехода (или запса) из одно о приложения  др ом; — реализация построенных на единых принципах средств автоматизации работ с приложением (мароязыа), что позволяет ор анизовать омплесню обработ информации при минимальных затратах на про раммирование и обчение про раммированию на язые мароопределений. Совместное использование объетов несольими приложениями — рае ольный амень современной техноло ии инте рации про рамм и маниплирования данными. Разработаны два основных стандарта в этой области: динамичесой омпонови и встраивания объетов Object Linking and Embedding 2.0 фирмы Microsoft (OLE); OpenDoc (отрытый домент) фирм Apple, Borland, IBM, Novell и WordPerfect. Механизм динамичесой омпонови объетов дает возможность пользователю помещать информацию, созданню одной приладной про раммой, в домент, формиремый в др ой. При этом пользователь может редатировать информацию в новом доменте средствами то о продта, с помощью оторо о этот объет был создан (при редатировании автоматичеси запсается соответствющее приложение). Запщенные приложения и про раммы обработи домента-онтейнера выводит на эран со ласованные меню, часть пнтов оторых принадлежит одной про рамме, а др ая часть — др ой. Кроме то о, данный механизм позволяет переносить OLEобъеты из она одной приладной про раммы в оно др ой. В этой техноло ии предсмотрена таже возможность обще о использования фнциональных ресрсов, например, модль построения рафиов таблично о процессора может быть использован в тестовом редаторе. Недостатом данной техноло ии является о раничение на размер вставляемо о объета размером одной страницы. OpenDoc представляет собой объетно-ориентированню систем, базирющюся на отрытых стандартах фирм—частниов разработи. В ачестве модели объета использется распределен526

ная модель системных объетов (DCOM-Distributed Component Object Model), разработанная фирмой IBM для OS/2. Предполаается совместимость межд OLE и OpenDoc. Самым поплярным набором офисных приложений является инте рированный пает Microsoft Offiсe. Microsoft Offiсe объединяет добные и простые в использовании интеллетальные приложения, обеспечивающие автоматизацию работы и поддерж пользователя, помо ающие соратить время выполнения ре лярных повседневных задач. Семейство Microsoft Offiсe обладает широой встроенной поддержой техноло ий Интернета. В резльтате Microsoft Offiсe является наилчшим набором инстрментов для создания и правления интранет-доментами, а таже для осществления быстро о и добно о достпа  данным в интранет-сетях. Microsoft Offiсe разработан с четом необходимости обеспечить пользователю возможность простой станови, онфи рирования, а администраторам сетей — возможность эффетивно о правления процессом станови и эсплатации информационных систем и решений Microsoft Offiсe. В последнее время в составе Microsoft Offiсe появились новые про раммные элементы — ассистенты. Office Assistant. При работе со сложным про раммным обеспечением серьезной проблемой является поис информации о выполнении той или иной операции. Чтобы обеспечить пользователю Microsoft Office простой и добной системой помощи, в новю версию Microsoft Offiсe был влючен ниальный элемент — Office Assistant. Он помо ает быстро найти ответы на большинство возниающих вопросов и в слчае необходимости подсазывает, а выполняется та или иная операция, и даже предла ает помощь в оранизации более эффетивной работы. Office Assistant дачно вписывается в интерфейс Microsoft Offiсe.

9.3.3. Оранизация разработи прораммных средств Решение задачи на ЭВМ представляет собой процесс полчения информации на основе обработи исходной с помощью прораммы, составленной из оманд системы правления работой отдельных стройств вычислительной машины. Создание таой про раммы решения задачи предпола ает выполнение ряда последовательных этапов техноло ичесо о процесса, принципиальная схема оторо о представлена на рис. 9. 18. 527

Заазчипользователь

Постанова задачи

Заазчипользователь

Разработчи-прораммист

Математичесое описание и выбор метода

Разработа (выбор и адаптация) ал5оритма решения

Составление про5раммы решения задач

Тестирование и отлада про5рамм

Эсплатация про5рамм

Рис. 9.18. Принципиальная схема технолоичесоо процесса разработи прораммных средств решения эономичесих задач

В зависимости от специфичесих особенностей онретной задачи (ее вычислительной и ло ичесой сложности, состава и стртры исходной, промежточной и резльтатной информации и т.п.), профессионально о ровня под отови специалистов и ряда др их фаторов неоторые этапы техноло ичесо о процесса, представленные в общей схеме, мо т быть объединены в более рпные этапы. Первый этап техноло ичесо о процесса представляет собой постанов задачи. На этом этапе расрывается ор анизационноэономичесая сщность задачи, т.е. формлирется цель ее решения; определяется взаимосвязь с др ими задачами; азывается периодичность ее решения; расрываются состав и форма представления входной, промежточной и резльтатной информации; харатеризются формы и методы онтроля достоверности информации на лючевых этапах решения задачи; специфицирются формы взаимодействия пользователя с ЭВМ в ходе решения задачи и т.п. Особое внимание в процессе постанови задачи деляется детальном описанию входной, выходной (резльтатной) и промежточной информации. При этом харатеризются: — форма представления отдельных ревизитов (цифровая, символьная и т.д.); — оличество знаов (разрядов), выделяемых для записи ревизитов исходя из их масимальной значности; — вид ревизита в процессе решения (первичный, расчетный, нормативный, справочный и т.п.); — источни (домент) возниновения ревизита. Кроме то о, для цифровой информации азываются: целочисленный или дробный харатер ревизита (для дробных величин дополнительно азываются оличество десятичных знаов 528

(разрядов, выделяемых для записи дробной части числа) и допстимый диапазон изменения величин (т.е. масимальное и минимальное значения ревизита). Для расчетных ревизитов дается соответствющее описание расчетов, и особо выделяются те ревизиты, оторые использются при последющих решениях задачи, та а эта информация должна сохраниться в памяти ЭВМ. Важной особенностью эономичесих задач является использование в процессе их решения массивов словно-постоянной (постоянной) информации, отражающей мно оратно использемые справочные, нормативные, расценочные, плановые и дрие сведения. Данная информация таже детально специфицирется в соответствии с общими требованиями  описанию информации, а роме то о, азывается периодичность внесения изменений в эти массивы. Завершается постанова задач описанием онтрольно о примера, демонстрирюще о порядо решения задачи традиционным способом. Основное требование  онтрольном пример — отражение все о мно ообразия возможных форм сществования исходных данных. Контрольный пример сопровождается перечислением нештатных ситаций, оторые мо т вознинть при решении задачи, и описанием действий пользователя в аждой онретной ситации. Особенность реализации это о этапа техноло ичесо о процесса залючается в том, что онечный пользователь разрабатываемой про раммы, хорошо знающий ее проблемню сторон, обычно слабо представляет специфи и возможности использования ЭВМ для ее решения. В свою очередь, предметная область пользователя бывает часто незнаома разработчи про рамм, хотя он знает возможности и о раничения на применение ЭВМ. Именно это противоречие является основной причиной возниновения ошибо при реализации данно о этапа техноло ичесоо процесса разработи про рамм. По данным эспертов, на этот этап приходится более 50% обще о числа ошибо, обнарживаемых в процессе разработи про рамм решения задач ор анизационно-эономичесо о харатера, а затраты на исправление таих ошибо составляют в среднем 80% всех силий разработчиов на поис и странение ошибо в про рамме. Отсюда вся важность и ответственность это о этапа, необходимость осществления орретной и полной постанови задачи, а таже однозначность ее понимания а разработчиом прораммы, та и пользователем этой про раммы, в ачестве отороо обычно выстпает постановщи задачи. 529

Заазчипользователь

Постанова задачи

Заазчипользователь

Разработчи-прораммист

Математичесое описание и выбор метода

Разработа (выбор и адаптация) ал5оритма решения

Составление про5раммы решения задач

Тестирование и отлада про5рамм

Эсплатация про5рамм

Рис. 9.18. Принципиальная схема технолоичесоо процесса разработи прораммных средств решения эономичесих задач

В зависимости от специфичесих особенностей онретной задачи (ее вычислительной и ло ичесой сложности, состава и стртры исходной, промежточной и резльтатной информации и т.п.), профессионально о ровня под отови специалистов и ряда др их фаторов неоторые этапы техноло ичесо о процесса, представленные в общей схеме, мо т быть объединены в более рпные этапы. Первый этап техноло ичесо о процесса представляет собой постанов задачи. На этом этапе расрывается ор анизационноэономичесая сщность задачи, т.е. формлирется цель ее решения; определяется взаимосвязь с др ими задачами; азывается периодичность ее решения; расрываются состав и форма представления входной, промежточной и резльтатной информации; харатеризются формы и методы онтроля достоверности информации на лючевых этапах решения задачи; специфицирются формы взаимодействия пользователя с ЭВМ в ходе решения задачи и т.п. Особое внимание в процессе постанови задачи деляется детальном описанию входной, выходной (резльтатной) и промежточной информации. При этом харатеризются: — форма представления отдельных ревизитов (цифровая, символьная и т.д.); — оличество знаов (разрядов), выделяемых для записи ревизитов исходя из их масимальной значности; — вид ревизита в процессе решения (первичный, расчетный, нормативный, справочный и т.п.); — источни (домент) возниновения ревизита. Кроме то о, для цифровой информации азываются: целочисленный или дробный харатер ревизита (для дробных величин дополнительно азываются оличество десятичных знаов 528

(разрядов, выделяемых для записи дробной части числа) и допстимый диапазон изменения величин (т.е. масимальное и минимальное значения ревизита). Для расчетных ревизитов дается соответствющее описание расчетов, и особо выделяются те ревизиты, оторые использются при последющих решениях задачи, та а эта информация должна сохраниться в памяти ЭВМ. Важной особенностью эономичесих задач является использование в процессе их решения массивов словно-постоянной (постоянной) информации, отражающей мно оратно использемые справочные, нормативные, расценочные, плановые и дрие сведения. Данная информация таже детально специфицирется в соответствии с общими требованиями  описанию информации, а роме то о, азывается периодичность внесения изменений в эти массивы. Завершается постанова задач описанием онтрольно о примера, демонстрирюще о порядо решения задачи традиционным способом. Основное требование  онтрольном пример — отражение все о мно ообразия возможных форм сществования исходных данных. Контрольный пример сопровождается перечислением нештатных ситаций, оторые мо т вознинть при решении задачи, и описанием действий пользователя в аждой онретной ситации. Особенность реализации это о этапа техноло ичесо о процесса залючается в том, что онечный пользователь разрабатываемой про раммы, хорошо знающий ее проблемню сторон, обычно слабо представляет специфи и возможности использования ЭВМ для ее решения. В свою очередь, предметная область пользователя бывает часто незнаома разработчи про рамм, хотя он знает возможности и о раничения на применение ЭВМ. Именно это противоречие является основной причиной возниновения ошибо при реализации данно о этапа техноло ичесоо процесса разработи про рамм. По данным эспертов, на этот этап приходится более 50% обще о числа ошибо, обнарживаемых в процессе разработи про рамм решения задач ор анизационно-эономичесо о харатера, а затраты на исправление таих ошибо составляют в среднем 80% всех силий разработчиов на поис и странение ошибо в про рамме. Отсюда вся важность и ответственность это о этапа, необходимость осществления орретной и полной постанови задачи, а таже однозначность ее понимания а разработчиом прораммы, та и пользователем этой про раммы, в ачестве отороо обычно выстпает постановщи задачи. 529

Математичесое описание задачи и выбор метода ее решения представляет второй этап в техноло ии разработи про раммы. Выделение это о этапа обсловливается рядом причин, одна из оторых вытеает из свойства неоднозначности естественно о языа, на отором осществляется описание постанови задачи. В связи с этим на втором этапе техноло ичесо о процесса разработи про раммы выполняется формализованное описание задачи, т.е. станавливаются и формлирются средствами языа математии ло ио-математичесие зависимости межд исходными и резльтатными данными. Математичесое описание задачи обеспечивает ее однозначное понимание постановщиом (пользователем) задачи и разработчиом про раммы, реализющей эт задач. В процессе под отови эономио-математичесо о описания (модели) задачи мо т использоваться различные разделы математии, особенно приладной. При решении эономичесих задач наиболее часто использются следющие лассы моделей для формализованно о описания их постаново: — аналитичесие (вычислительные); — матричные (балансовые); — рафичесие (частным видом оторых являются сетевые). Выбор ласса модели, а ино да и онретной формы ее представления внтри одно о и то о же ласса в ряде слчаев позволяет не тольо обле чить и сорить процесс решения задачи, но ино да и повысить точность полчаемых резльтатов. Хотя математичесая запись постанови задачи, а правило, отличается высоой точностью отображения ее сщности, лаоничностью записи, а лавное, однозначностью понимания, далео не для всех задач она может быть выполнена. Кроме то о, математичесое описание задачи в большинстве слчаев трдно однозначно перевести на язы ЭВМ. Для задач, допсающих возможность эономио-математичесо о описания, необходимо выбрать численный метод решения, а для нечисловых задач - принципиальню схем решения в виде однозначно понимаемой последовательности выполнения элементарных математичесих и ло ичесих фнций (операций). При выборе метода решения задачи предпочтение отдается метод, оторый наиболее полно довлетворяет следющим основным требованиям: — обеспечивает необходимю точность полчаемых резльтатов; — не обладает свойством вырождения, т.е. бесонечно о зациливания на аом-либо часте решения задачи при определенных исходных данных; 530

— позволяет использовать же отовые стандартные прораммы для решения задачи или ее отдельных фра ментов; — ориентирован на минимальный объем исходной информации; — обеспечивает наиболее быстрое полчение исомых резльтатов решения. Сложность и ответственность этапа под отови эономиоматематичесо о описания задачи и выбора (разработи) соответствюще о метода ее решения часто требет привлечения валифицированных специалистов в области приладной математии, обладающих знанием таих дисциплин, а исследование операций, математичесая статистиа, численный анализ, вычислительная математиа и т.д. Третий этап техноло ичесо о процесса под отови решения задачи на ЭВМ представляет собой ал оритмизацию ее решения, т.е. разработ ори инально о или адаптацию (точнение и орретиров же известно о) ал оритма. Ал оритмизация — это сложный процесс, носящий в значительной степени творчесий харатер. По оценам специалистов, постанова задачи и ее ал оритмизация нередо составляют 20—30% обще о времени на разработ про раммных средств решения задачи. Сложность и ответственность реализации данно о этапа объясняется тем, что для решения одной и той же задачи, а правило, сществет множество различных ал оритмов, отличающихся др от др а ровнем сложности, объемами вычислительных работ, составом необходимой исходной и промежточной информации и др ими фаторами, оторые оазывают сщественное влияние на эффетивность выбранно о способа решения задачи. Ал оритмизация решения задач на ЭВМ. Процесс ал оритмизации решения задачи в общем слчае реализется по следющей схеме: — выделение автономных этапов процесса решения задачи (а правило, с одним входом и одним выходом); — формализованное описание содержания работ, выполняемых на аждом выделенном этапе; — провера правильности реализации выбранно о ал оритма на различных примерах решения задач. В основ процесса ал оритмизации положено фндаментальное понятие математии и про раммирования — ал оритм. Название «ал оритм» происходит от латинизированно о воспроизведения арабсо о имени збесо о математиа Аль-Хорезми, живше о в онце VIII — начале IX в., оторый первым сформлировал правила, позволяющие систематичеси составлять и решать вадратные равнения. 531

Математичесое описание задачи и выбор метода ее решения представляет второй этап в техноло ии разработи про раммы. Выделение это о этапа обсловливается рядом причин, одна из оторых вытеает из свойства неоднозначности естественно о языа, на отором осществляется описание постанови задачи. В связи с этим на втором этапе техноло ичесо о процесса разработи про раммы выполняется формализованное описание задачи, т.е. станавливаются и формлирются средствами языа математии ло ио-математичесие зависимости межд исходными и резльтатными данными. Математичесое описание задачи обеспечивает ее однозначное понимание постановщиом (пользователем) задачи и разработчиом про раммы, реализющей эт задач. В процессе под отови эономио-математичесо о описания (модели) задачи мо т использоваться различные разделы математии, особенно приладной. При решении эономичесих задач наиболее часто использются следющие лассы моделей для формализованно о описания их постаново: — аналитичесие (вычислительные); — матричные (балансовые); — рафичесие (частным видом оторых являются сетевые). Выбор ласса модели, а ино да и онретной формы ее представления внтри одно о и то о же ласса в ряде слчаев позволяет не тольо обле чить и сорить процесс решения задачи, но ино да и повысить точность полчаемых резльтатов. Хотя математичесая запись постанови задачи, а правило, отличается высоой точностью отображения ее сщности, лаоничностью записи, а лавное, однозначностью понимания, далео не для всех задач она может быть выполнена. Кроме то о, математичесое описание задачи в большинстве слчаев трдно однозначно перевести на язы ЭВМ. Для задач, допсающих возможность эономио-математичесо о описания, необходимо выбрать численный метод решения, а для нечисловых задач - принципиальню схем решения в виде однозначно понимаемой последовательности выполнения элементарных математичесих и ло ичесих фнций (операций). При выборе метода решения задачи предпочтение отдается метод, оторый наиболее полно довлетворяет следющим основным требованиям: — обеспечивает необходимю точность полчаемых резльтатов; — не обладает свойством вырождения, т.е. бесонечно о зациливания на аом-либо часте решения задачи при определенных исходных данных; 530

— позволяет использовать же отовые стандартные прораммы для решения задачи или ее отдельных фра ментов; — ориентирован на минимальный объем исходной информации; — обеспечивает наиболее быстрое полчение исомых резльтатов решения. Сложность и ответственность этапа под отови эономиоматематичесо о описания задачи и выбора (разработи) соответствюще о метода ее решения часто требет привлечения валифицированных специалистов в области приладной математии, обладающих знанием таих дисциплин, а исследование операций, математичесая статистиа, численный анализ, вычислительная математиа и т.д. Третий этап техноло ичесо о процесса под отови решения задачи на ЭВМ представляет собой ал оритмизацию ее решения, т.е. разработ ори инально о или адаптацию (точнение и орретиров же известно о) ал оритма. Ал оритмизация — это сложный процесс, носящий в значительной степени творчесий харатер. По оценам специалистов, постанова задачи и ее ал оритмизация нередо составляют 20—30% обще о времени на разработ про раммных средств решения задачи. Сложность и ответственность реализации данно о этапа объясняется тем, что для решения одной и той же задачи, а правило, сществет множество различных ал оритмов, отличающихся др от др а ровнем сложности, объемами вычислительных работ, составом необходимой исходной и промежточной информации и др ими фаторами, оторые оазывают сщественное влияние на эффетивность выбранно о способа решения задачи. Ал оритмизация решения задач на ЭВМ. Процесс ал оритмизации решения задачи в общем слчае реализется по следющей схеме: — выделение автономных этапов процесса решения задачи (а правило, с одним входом и одним выходом); — формализованное описание содержания работ, выполняемых на аждом выделенном этапе; — провера правильности реализации выбранно о ал оритма на различных примерах решения задач. В основ процесса ал оритмизации положено фндаментальное понятие математии и про раммирования — ал оритм. Название «ал оритм» происходит от латинизированно о воспроизведения арабсо о имени збесо о математиа Аль-Хорезми, живше о в онце VIII — начале IX в., оторый первым сформлировал правила, позволяющие систематичеси составлять и решать вадратные равнения. 531

Развитие ЭВМ сделало понятие ал оритма одним из центральных в приладной математие, та а вознила острая потребность в определении общих способов формирования и единообразно о решения целых лассов задач правления на основе разработи омплесов ниверсальных ал оритмов. Наряд с тратовой ал оритма в соответствии с ГОСТ 19.004—80 «ал оритм — это точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведщий от варьиремых начальных данных  исомом резльтат», термин «ал оритм» может быть представлен более развернтым определением: а онечный набор правил, однозначно расрывающих содержание и последовательность выполнения операций для систематичесо о решения определенно о ласса задач за онечное число ша ов. Любой ал оритм обладает следющими свойствами: детерминированностью, массовостью, резльтативностью и дисретностью. Детерминированность (определенность, обсловленность) означает, что набор азаний ал оритма должен быть однозначно и точно понят любым исполнителем. Это свойство определяет однозначность резльтата работы ал оритма при заданных исходных данных. Массовость ал оритма предпола ает возможность варьирования исходных данных в определенных пределах. Это свойство определяет при одность использования ал оритма для решения множества задач данно о ласса. Свойство массовости ал оритма является определяющим фатором, обеспечивающим эономичесю эффетивность решения задач на ЭВМ. Из сазанно о следет, что для задач, решение оторых осществляется один раз, целесообразность использования ЭВМ, а правило, дитется внеэономичесими ате ориями. Резльтативность ал оритма означает, что для любых допстимых исходных данных он должен через онечное число ша ов (или итераций) завершить свою работ. Дисретность ал оритма означает возможность разбиения определенно о ал оритмичесо о процесса на отдельные элементарные этапы, возможность реализации оторых человеом или ЭВМ не вызывает сомнения, а резльтат выполнения аждо о элементарно о этапа вполне определен и понятен. Таим образом, ал оритм дает возможность чисто механичеси решать любю онретню задач из неоторо о ласса однотипных задач. С понятием ал оритма тесно связано понятие данные. В ал оритмичесом аспете данные — это информация, несщая полезню смысловю на рз, представленная в формализованном виде, позволяющем собирать, передавать, вводить и обрабаты532

вать эт информацию с помощью заданных ал оритмов. Реализация ал оритма на онретных исходных данных решаемой задачи называется ал оритмичесим процессом. Сществет несольо способов описания ал оритмов: словесный, формльно-словесный, рафичесий, средствами специально о языа операторных схем, с помощью таблиц решений и др. Помимо требования обеспечения на лядности, выбор онретно о способа дитется рядом фаторов, из оторых определяющими являются: степень необходимой детализации представления ал оритма, степень формализации ал оритма, ровень лоичесой сложности задачи и т.п. Словесный способ описания ал оритма отражает содержание выполняемых действий средствами естественно о языа. К достоинствам это о способа описания следет отнести е о общедостпность, а таже возможность описывать ал оритм с любой степенью детализации. К лавным недостатам это о способа следет отнести достаточно ромоздое описание (и, а следствие, относительно низю на лядность), отстствие стро ой формализации. Для разработи ал оритмов решения мно овариантных расчетов с большим оличеством проверо словий, определяющих выбор той или иной ветви процесса обработи информации, целесообразно использовать изобразительные средства в виде таблиц решений. Позволяя чето описывать а сам задач, та и необходимые для ее решения действия, таблицы решений в на лядной форме определяют, от аих словий зависит выбор то о или ино о действия. Простота отражения задачи, хорошее восприятие ло ии ее решения, ле ость модифиации, омпатность записи, а таже простота формирования на их основе бло-схем ал оритмов стали основными фаторами, обсловившими рост поплярности расширения сферы применения таблиц решений. Кроме то о, в настоящее время созданы средства автоматизации процесса полчения про рамм на основе таблиц решений. Имеется возможность применения таблиц решений для описания параллельных процессов, а таже описания ло ии построения моделиремых процессов. Однао специфиа процессов обработи эономичесой информации резо о раничивает эффетивность применения таблиц решений. В связи с этим таблицы решений использются лавным образом в ачестве дополнений  основным способам описания ал оритмов (например,  рафичесим средствам) для описания частов с мно овариантными расчетами. 533

Развитие ЭВМ сделало понятие ал оритма одним из центральных в приладной математие, та а вознила острая потребность в определении общих способов формирования и единообразно о решения целых лассов задач правления на основе разработи омплесов ниверсальных ал оритмов. Наряд с тратовой ал оритма в соответствии с ГОСТ 19.004—80 «ал оритм — это точное предписание, определяющее вычислительный процесс, ведщий от варьиремых начальных данных  исомом резльтат», термин «ал оритм» может быть представлен более развернтым определением: а онечный набор правил, однозначно расрывающих содержание и последовательность выполнения операций для систематичесо о решения определенно о ласса задач за онечное число ша ов. Любой ал оритм обладает следющими свойствами: детерминированностью, массовостью, резльтативностью и дисретностью. Детерминированность (определенность, обсловленность) означает, что набор азаний ал оритма должен быть однозначно и точно понят любым исполнителем. Это свойство определяет однозначность резльтата работы ал оритма при заданных исходных данных. Массовость ал оритма предпола ает возможность варьирования исходных данных в определенных пределах. Это свойство определяет при одность использования ал оритма для решения множества задач данно о ласса. Свойство массовости ал оритма является определяющим фатором, обеспечивающим эономичесю эффетивность решения задач на ЭВМ. Из сазанно о следет, что для задач, решение оторых осществляется один раз, целесообразность использования ЭВМ, а правило, дитется внеэономичесими ате ориями. Резльтативность ал оритма означает, что для любых допстимых исходных данных он должен через онечное число ша ов (или итераций) завершить свою работ. Дисретность ал оритма означает возможность разбиения определенно о ал оритмичесо о процесса на отдельные элементарные этапы, возможность реализации оторых человеом или ЭВМ не вызывает сомнения, а резльтат выполнения аждо о элементарно о этапа вполне определен и понятен. Таим образом, ал оритм дает возможность чисто механичеси решать любю онретню задач из неоторо о ласса однотипных задач. С понятием ал оритма тесно связано понятие данные. В ал оритмичесом аспете данные — это информация, несщая полезню смысловю на рз, представленная в формализованном виде, позволяющем собирать, передавать, вводить и обрабаты532

вать эт информацию с помощью заданных ал оритмов. Реализация ал оритма на онретных исходных данных решаемой задачи называется ал оритмичесим процессом. Сществет несольо способов описания ал оритмов: словесный, формльно-словесный, рафичесий, средствами специально о языа операторных схем, с помощью таблиц решений и др. Помимо требования обеспечения на лядности, выбор онретно о способа дитется рядом фаторов, из оторых определяющими являются: степень необходимой детализации представления ал оритма, степень формализации ал оритма, ровень лоичесой сложности задачи и т.п. Словесный способ описания ал оритма отражает содержание выполняемых действий средствами естественно о языа. К достоинствам это о способа описания следет отнести е о общедостпность, а таже возможность описывать ал оритм с любой степенью детализации. К лавным недостатам это о способа следет отнести достаточно ромоздое описание (и, а следствие, относительно низю на лядность), отстствие стро ой формализации. Для разработи ал оритмов решения мно овариантных расчетов с большим оличеством проверо словий, определяющих выбор той или иной ветви процесса обработи информации, целесообразно использовать изобразительные средства в виде таблиц решений. Позволяя чето описывать а сам задач, та и необходимые для ее решения действия, таблицы решений в на лядной форме определяют, от аих словий зависит выбор то о или ино о действия. Простота отражения задачи, хорошее восприятие ло ии ее решения, ле ость модифиации, омпатность записи, а таже простота формирования на их основе бло-схем ал оритмов стали основными фаторами, обсловившими рост поплярности расширения сферы применения таблиц решений. Кроме то о, в настоящее время созданы средства автоматизации процесса полчения про рамм на основе таблиц решений. Имеется возможность применения таблиц решений для описания параллельных процессов, а таже описания ло ии построения моделиремых процессов. Однао специфиа процессов обработи эономичесой информации резо о раничивает эффетивность применения таблиц решений. В связи с этим таблицы решений использются лавным образом в ачестве дополнений  основным способам описания ал оритмов (например,  рафичесим средствам) для описания частов с мно овариантными расчетами. 533

Составление, тестирование и отлада про рамм. Составление про рамм (одирование) является завершающим этапом технолоичесо о процесса разработи про раммных средств, предшествющим начал непосредственно машинной реализации ал оритма решения задачи. Процесс одирования залючается в переводе описания ал оритма на один из достпных (понятных) для ЭВМ языов про раммирования. В процессе составления прораммы для ЭВМ онретизирются тип и стртра использемых данных, а последовательность действий, реализющих ал оритм, отражается посредством языа про раммирования. Тестирование и отлада составляют залючительный этап разработи про раммы решения задач. Оба эти процесса фнционально связаны межд собой, хотя их цели несольо отличаются др от др а. Тестирование представляет собой совопность действий, предназначенных для демонстрации правильности работы про раммы в заданных диапазонах изменений внешних словий и режимов эсплатации про раммы. Цель тестирования залючается в демонстрации отстствия (или выявлении) ошибо в разработанных про раммах на наборе заранее под отовленных онтрольных примеров. Процесс тестирования соптствет понятие «отлада», оторое подразмевает совопность действий, направленных на странение ошибо в про раммах, начинающихся с момента обнаржения фатов ошибочной работы про раммы и завершающихся странением причин их возниновения. По своем харатер (природе возниновения) ошиби в прораммах делятся на синтасичесие и ло ичесие. Синтасичесие ошиби в про рамме представляют собой неорретню запись отдельных языовых онстрций с точи зрения правил их представления на выбранном язые про раммирования. Эти ошиби выявляются автоматичеси при трансляции исходной про раммы (т.е. в процессе перевода с исходно о языа про раммирования во внтренние оды машины) для ее выполнения. После странения синтасичесих ошибо проверяется ло иа работы про раммы на заданных исходных данных. При этом возможны следющие основные виды проявления лоичесих ошибо: — в аой-то момент про рамма не может продолжать работ (возниает про раммное прерывание, обычно сопровождающееся азанием оператора, на отором оно произошло); — про рамма работает, но не выдает всех запланированных резльтатов и не останавливается (происходит ее «зациливание»); 534

— про рамма выдает резльтаты и завершает свою работ, но они полностью или частично не совпадают с онтрольными. После выявления ло ичесих ошибо и становления причин их возниновения в про рамм вносятся соответствющие исправления и ее отлада продолжается. Про рамма считается отлаженной, если она безошибочно выполняется на достаточно представительном наборе тестовых данных, обеспечивающих провер всех ее ветвей. Процесс тестирования и отлади про рамм носит итерационный харатер и считается одним из наиболее трдоемих этапов процесса разработи про рамм. По оценам специалистов, он может составлять от 30 до 50% (а ино да и больше) в общей стртре затрат времени на разработ проетов и зависит от объема и ло ичесой сложности разрабатываемых про раммных омплесов. Для соращения затрат на проведение тестирования и отлади в настоящее время широо использются специальные прораммные средства тестирования (например, енераторы тестовых данных) и приемы отлади (например, метод трассирови про рамм). Эсплатация про раммных средств. После завершения процесса тестирования и отлади про раммные средства вместе с сопроводительной доментацией передаются пользователю для эсплатации. Основное назначение сопроводительной доментации — обеспечить пользователя необходимыми инстртивными материалами по работе с про раммными средствами. Ка правило, это доменты, ре ламентирющие работ пользователя при эсплатации про раммных средств, а таже содержащие информацию о про рамме, необходимю для изменений и дополнений в ней, оторые мо т потребоваться с целью дальнейшей ее модернизации. Сопроводительная доментация призвана таже обле чить процесс выявления причин возниновения тех или иных ошибо в работе про рамм, оторые мо т быть обнаржены же в ходе эсплатации переданных пользователям про рамм. Состав сопроводительной доментации обычно о оваривается заазчиом (пользователем) и разработчиом техничесо о задания на про раммное средство. Для передачи пользователю разработанных про раммных средств обычно создается специальная омиссия, влючающая в свой состав, а представителей разработчиов, та и заазчиов (пользователей). Комиссия в соответствии с заранее составленным и твержденным обеими сторонами планом проводит работы по приеме-передаче про раммных средств и сопроводитель535

Составление, тестирование и отлада про рамм. Составление про рамм (одирование) является завершающим этапом технолоичесо о процесса разработи про раммных средств, предшествющим начал непосредственно машинной реализации ал оритма решения задачи. Процесс одирования залючается в переводе описания ал оритма на один из достпных (понятных) для ЭВМ языов про раммирования. В процессе составления прораммы для ЭВМ онретизирются тип и стртра использемых данных, а последовательность действий, реализющих ал оритм, отражается посредством языа про раммирования. Тестирование и отлада составляют залючительный этап разработи про раммы решения задач. Оба эти процесса фнционально связаны межд собой, хотя их цели несольо отличаются др от др а. Тестирование представляет собой совопность действий, предназначенных для демонстрации правильности работы про раммы в заданных диапазонах изменений внешних словий и режимов эсплатации про раммы. Цель тестирования залючается в демонстрации отстствия (или выявлении) ошибо в разработанных про раммах на наборе заранее под отовленных онтрольных примеров. Процесс тестирования соптствет понятие «отлада», оторое подразмевает совопность действий, направленных на странение ошибо в про раммах, начинающихся с момента обнаржения фатов ошибочной работы про раммы и завершающихся странением причин их возниновения. По своем харатер (природе возниновения) ошиби в прораммах делятся на синтасичесие и ло ичесие. Синтасичесие ошиби в про рамме представляют собой неорретню запись отдельных языовых онстрций с точи зрения правил их представления на выбранном язые про раммирования. Эти ошиби выявляются автоматичеси при трансляции исходной про раммы (т.е. в процессе перевода с исходно о языа про раммирования во внтренние оды машины) для ее выполнения. После странения синтасичесих ошибо проверяется ло иа работы про раммы на заданных исходных данных. При этом возможны следющие основные виды проявления лоичесих ошибо: — в аой-то момент про рамма не может продолжать работ (возниает про раммное прерывание, обычно сопровождающееся азанием оператора, на отором оно произошло); — про рамма работает, но не выдает всех запланированных резльтатов и не останавливается (происходит ее «зациливание»); 534

— про рамма выдает резльтаты и завершает свою работ, но они полностью или частично не совпадают с онтрольными. После выявления ло ичесих ошибо и становления причин их возниновения в про рамм вносятся соответствющие исправления и ее отлада продолжается. Про рамма считается отлаженной, если она безошибочно выполняется на достаточно представительном наборе тестовых данных, обеспечивающих провер всех ее ветвей. Процесс тестирования и отлади про рамм носит итерационный харатер и считается одним из наиболее трдоемих этапов процесса разработи про рамм. По оценам специалистов, он может составлять от 30 до 50% (а ино да и больше) в общей стртре затрат времени на разработ проетов и зависит от объема и ло ичесой сложности разрабатываемых про раммных омплесов. Для соращения затрат на проведение тестирования и отлади в настоящее время широо использются специальные прораммные средства тестирования (например, енераторы тестовых данных) и приемы отлади (например, метод трассирови про рамм). Эсплатация про раммных средств. После завершения процесса тестирования и отлади про раммные средства вместе с сопроводительной доментацией передаются пользователю для эсплатации. Основное назначение сопроводительной доментации — обеспечить пользователя необходимыми инстртивными материалами по работе с про раммными средствами. Ка правило, это доменты, ре ламентирющие работ пользователя при эсплатации про раммных средств, а таже содержащие информацию о про рамме, необходимю для изменений и дополнений в ней, оторые мо т потребоваться с целью дальнейшей ее модернизации. Сопроводительная доментация призвана таже обле чить процесс выявления причин возниновения тех или иных ошибо в работе про рамм, оторые мо т быть обнаржены же в ходе эсплатации переданных пользователям про рамм. Состав сопроводительной доментации обычно о оваривается заазчиом (пользователем) и разработчиом техничесо о задания на про раммное средство. Для передачи пользователю разработанных про раммных средств обычно создается специальная омиссия, влючающая в свой состав, а представителей разработчиов, та и заазчиов (пользователей). Комиссия в соответствии с заранее составленным и твержденным обеими сторонами планом проводит работы по приеме-передаче про раммных средств и сопроводитель535

ной доментации. По завершении работы омиссии оформляется ат приеми-передачи. В процессе внедрения и эсплатации про раммных средств мо т выявляться различно о рода ошиби, не обнарженные разработчиом при тестировании и отладе про раммных средств. Поэтом при реализации достаточно сложных и ответственных про раммных омплесов по со ласованию пользователя (заазчиа) с разработчиом этап эсплатации про раммных средств может быть разбит на два пол-этапа: эспериментальная (опытная) и промышленная эсплатация. Смысл эспериментальной эсплатации залючается во внедрении разработанных про раммных средств на объете заазчиа (ино да параллельно с традиционными методами решения задач) с целью провери их работоспособности при решении реальных задач в течение достаточно большо о периода времени (обычно не менее ода). Тольо после завершения периода эспериментальной эсплатации и странения выявленных при этом ошибо про раммное средство передается в промышленню эсплатацию. Для повышения ачества работ, оперативности исправления ошибо, выявляемых в процессе эсплатации про раммных средств, а таже выполнения различно о рода модифиаций разработчи (поставщи) может по до оворенности с заазчиом (пользователем) осществлять сопровождение про раммных средств. Целесообразность привлечения высоовалифицированных специалистов для сопровождения про раммных средств  пользователей объясняется тем, что затраты на сопровождение про рамм в большинстве слчаев значительно превосходят первоначальные затраты на их разработ (приобретение). Следет принимать во внимание, что по своем харатер и последовательности выполняемых действий внесение различноо рода изменений в же фнционирющие про раммы представляет в значительной мере повторение рассмотренных выше этапов, начиная с постанови задачи и ончая внесением изменений в сопроводительню доментацию. Описанная схема техноло ичесо о процесса разработи эсплатации про раммных средств отражает их «жизненный цил». Длительность и высоая стоимость разработи про раммных средств обсловливает целесообразность применения индстриальных методов разработи, тиражирования и распространения прораммных средств. По мнению специалистов, в ближайшее время примерно 20—30% финансовых средств пользователей, выделяемых на про раммное обеспечение систем обработи информации, бдет затрачиваться на приобретение отовых про раммных средств. 536

9.4. Техничесое и технолоичесое обеспечение автоматизированноо правления Техноло ичесое обеспечение автоматизированно о правления представляет собой неоторю чёто становленню совопность проетных решений, определяющих последовательность операций, процедр, этапов в соответствющей сфере деятельности пользователя. Различается системное и приладное технолоичесое обеспечение автоматизированно о правления, оторое должно позволить решать задачи в ре ламентном и запросном режимах, в диало е с пользователем, онтролировать ход решения задачи, приостанавливать е о, проверять резльтаты вычислений, вести повторные расчеты и т.п. При автоматизированном правлении специалистом выполняются на АРМ следющие операции: — ввод информации с доментов при помощи лавиатры (с визальным онтролем по эран дисплея); — ввод данных в ПЭВМ с ма нитных носителей и др их АРМ; — приём данных в виде сообщений по аналам связи с др их АРМ в словиях фнционирования лоальных вычислительных сетей; — редатирование данных и маниплирование ими; — наопление и хранение данных; — поис, обновление и защита данных; — вывод на эран, печать, ма нитный носитель резльтатной информации, а таже различных справочных и инстртивных сообщений пользователю; — формирование и передача данных на др ие АРМ в виде файлов на ма нитных носителях или по аналам связи в вычислительных сетях; — полчение оперативных справо по запросам. Внедрение АРМ в сфер деятельности правленчесих работниов приводит  определенном изменению харатера их фнций и изменению взаимоотношений с др ими частниами правленчесо о процесса. Поэтом техноло ичесое обеспечение должно быть соординировано с др им видом обеспечения автоматизированно о правления — ор анизационным.

9.4.1. Сетевой режим автоматизированной обработи эономичесой информации Напомним, что информационно-вычислительная сеть — это совопность про раммных, техничесих и оммниационных средств, обеспечивающих эффетивное распределение вычислительных ресрсов. 537

ной доментации. По завершении работы омиссии оформляется ат приеми-передачи. В процессе внедрения и эсплатации про раммных средств мо т выявляться различно о рода ошиби, не обнарженные разработчиом при тестировании и отладе про раммных средств. Поэтом при реализации достаточно сложных и ответственных про раммных омплесов по со ласованию пользователя (заазчиа) с разработчиом этап эсплатации про раммных средств может быть разбит на два пол-этапа: эспериментальная (опытная) и промышленная эсплатация. Смысл эспериментальной эсплатации залючается во внедрении разработанных про раммных средств на объете заазчиа (ино да параллельно с традиционными методами решения задач) с целью провери их работоспособности при решении реальных задач в течение достаточно большо о периода времени (обычно не менее ода). Тольо после завершения периода эспериментальной эсплатации и странения выявленных при этом ошибо про раммное средство передается в промышленню эсплатацию. Для повышения ачества работ, оперативности исправления ошибо, выявляемых в процессе эсплатации про раммных средств, а таже выполнения различно о рода модифиаций разработчи (поставщи) может по до оворенности с заазчиом (пользователем) осществлять сопровождение про раммных средств. Целесообразность привлечения высоовалифицированных специалистов для сопровождения про раммных средств  пользователей объясняется тем, что затраты на сопровождение про рамм в большинстве слчаев значительно превосходят первоначальные затраты на их разработ (приобретение). Следет принимать во внимание, что по своем харатер и последовательности выполняемых действий внесение различноо рода изменений в же фнционирющие про раммы представляет в значительной мере повторение рассмотренных выше этапов, начиная с постанови задачи и ончая внесением изменений в сопроводительню доментацию. Описанная схема техноло ичесо о процесса разработи эсплатации про раммных средств отражает их «жизненный цил». Длительность и высоая стоимость разработи про раммных средств обсловливает целесообразность применения индстриальных методов разработи, тиражирования и распространения прораммных средств. По мнению специалистов, в ближайшее время примерно 20—30% финансовых средств пользователей, выделяемых на про раммное обеспечение систем обработи информации, бдет затрачиваться на приобретение отовых про раммных средств. 536

9.4. Техничесое и технолоичесое обеспечение автоматизированноо правления Техноло ичесое обеспечение автоматизированно о правления представляет собой неоторю чёто становленню совопность проетных решений, определяющих последовательность операций, процедр, этапов в соответствющей сфере деятельности пользователя. Различается системное и приладное технолоичесое обеспечение автоматизированно о правления, оторое должно позволить решать задачи в ре ламентном и запросном режимах, в диало е с пользователем, онтролировать ход решения задачи, приостанавливать е о, проверять резльтаты вычислений, вести повторные расчеты и т.п. При автоматизированном правлении специалистом выполняются на АРМ следющие операции: — ввод информации с доментов при помощи лавиатры (с визальным онтролем по эран дисплея); — ввод данных в ПЭВМ с ма нитных носителей и др их АРМ; — приём данных в виде сообщений по аналам связи с др их АРМ в словиях фнционирования лоальных вычислительных сетей; — редатирование данных и маниплирование ими; — наопление и хранение данных; — поис, обновление и защита данных; — вывод на эран, печать, ма нитный носитель резльтатной информации, а таже различных справочных и инстртивных сообщений пользователю; — формирование и передача данных на др ие АРМ в виде файлов на ма нитных носителях или по аналам связи в вычислительных сетях; — полчение оперативных справо по запросам. Внедрение АРМ в сфер деятельности правленчесих работниов приводит  определенном изменению харатера их фнций и изменению взаимоотношений с др ими частниами правленчесо о процесса. Поэтом техноло ичесое обеспечение должно быть соординировано с др им видом обеспечения автоматизированно о правления — ор анизационным.

9.4.1. Сетевой режим автоматизированной обработи эономичесой информации Напомним, что информационно-вычислительная сеть — это совопность про раммных, техничесих и оммниационных средств, обеспечивающих эффетивное распределение вычислительных ресрсов. 537

Являясь одновременно и продтом, и мощным стимлом развития интеллета человеа, сеть позволяет: — построить распределенные хранилища информации (базы данных); — расширить перечень решаемых задач по обработе информации; — повысить надежность информационной системы за счет дблирования работы ПК; — создать новые виды сервисно о обслживания, например, элетронню почт; — снизить стоимость обработи информации. К сетям, а и  отдельным ПК, приложимо понятие «архитетра», под оторой понимается онстрирование сложных объединений ПК, предоставляющих пользователям широий набор различных информационных ресрсов. Архитетра сетей имеет набор харатеристи. Отрытость. Залючается в обеспечении подлючения в онтр сети любых типов современных ПК. Ресрсы. Значимость и ценность сети определяется набором хранимых в ней знаний и данных и способности техничесих средств оперативно их представлять или обрабатывать. Надежность. Тратется а обеспечение высоих поазателей надежности, таих а, вероятность безотазной работы, время восстановления работоспособности, оэффициент отовности и др. Динамичность. Залючается в минимизации времени отлиа сети на запрос пользователя. Интерфейс. Предпола ается, что сеть обеспечивает широий набор сервисных фнций по обслживанию пользователя и предоставлению ем запрашиваемых информационных ресрсов. Автономность. Понимается а возможность независимой работы сетей различных ровней. Коммниации. К ним предъявляются особые требования, связанные с обеспечением чето о взаимодействия ПК по любой принятой пользователем онфи рации сети. Сеть обеспечивает защит данных от несанционированно о достпа, автоматичесое восстановление работоспособности при аварийных сбоях, высою достоверность передаваемой информации и вычислительных процедр. Важнейшей харатеристиой сети является тополо ия, определяемая стртрой соединения ПК в сети. Различают физичесий и ло ичесий типы тополо ии. Под физичесой тополо ией 538

понимается реальная схема соединения злов сети аналами связи, а под ло ичесой — стртра маршртов потоов данных межд злами. Физичесая и ло ичесая стртры не все да совпадают. Для описания взаимодействия омпонентов в сети использются протоолы и интерфейсы. Протоол в информационной сети — это домент, однозначно определяющий правила взаимодействия одноименных ровней работающих др с др ом абонентов. Например, чтобы сеансовые про раммы абонентов 1 и 2 (о да сеансовый ровень аждо о них представлен омплесом про рамм) понимали др др а, они должны работать одинаовым образом, т.е. должны выполнять требования сеансово о протоола — стандарта. Это требование определяет списо оманд, оторыми мо т обмениваться про раммы, порядо передачи оманд, правила взаимной провери, размеры передаваемых блоов данных и т.д. Таже протоолами описывается взаимодействие и др их одноименных рпп про рамм: транспортных, анальных и т.д. Обычно сеть представляется протоолами семи ровней. Наиболее важными фнциями протоолов на всех ровнях сети являются защита от ошибо, правление потоами данных в сети, защита ее от пере рзо; выполнение операций по маршртизации сообщений и оптимизации использования ресрсов сети, обеспечивающее большю степень достпности сл сети птем образования несольих маршртов межд двмя абонентами. При подлючении омпонентов сети др  др  должны быть однозначно определены правила их стыови. Их принято называть интерфейсами. Интерфейс — свод правил по взаимодействию межд фнциональными омпонентами, расположенными в смежных ровнях и входящими в одн и т же систем. При разработе протоолов и интерфейса читывается свойство отрытости с целью их дальнейше о развития и обеспечения взаимодействия с др ими средствами и абонентами. Эт работ проводит Межднародная ор анизация по стандартизации ISO (International Standart Organisation) в содржестве с ор анизациями различных стран. Мно ообразие сетевых техноло ий вызывает необходимость их лассифиации по аим-либо лючевым признаам. Примерная лассифиация сетевых техноло ий дана в табл. 9.5. 539

Являясь одновременно и продтом, и мощным стимлом развития интеллета человеа, сеть позволяет: — построить распределенные хранилища информации (базы данных); — расширить перечень решаемых задач по обработе информации; — повысить надежность информационной системы за счет дблирования работы ПК; — создать новые виды сервисно о обслживания, например, элетронню почт; — снизить стоимость обработи информации. К сетям, а и  отдельным ПК, приложимо понятие «архитетра», под оторой понимается онстрирование сложных объединений ПК, предоставляющих пользователям широий набор различных информационных ресрсов. Архитетра сетей имеет набор харатеристи. Отрытость. Залючается в обеспечении подлючения в онтр сети любых типов современных ПК. Ресрсы. Значимость и ценность сети определяется набором хранимых в ней знаний и данных и способности техничесих средств оперативно их представлять или обрабатывать. Надежность. Тратется а обеспечение высоих поазателей надежности, таих а, вероятность безотазной работы, время восстановления работоспособности, оэффициент отовности и др. Динамичность. Залючается в минимизации времени отлиа сети на запрос пользователя. Интерфейс. Предпола ается, что сеть обеспечивает широий набор сервисных фнций по обслживанию пользователя и предоставлению ем запрашиваемых информационных ресрсов. Автономность. Понимается а возможность независимой работы сетей различных ровней. Коммниации. К ним предъявляются особые требования, связанные с обеспечением чето о взаимодействия ПК по любой принятой пользователем онфи рации сети. Сеть обеспечивает защит данных от несанционированно о достпа, автоматичесое восстановление работоспособности при аварийных сбоях, высою достоверность передаваемой информации и вычислительных процедр. Важнейшей харатеристиой сети является тополо ия, определяемая стртрой соединения ПК в сети. Различают физичесий и ло ичесий типы тополо ии. Под физичесой тополо ией 538

понимается реальная схема соединения злов сети аналами связи, а под ло ичесой — стртра маршртов потоов данных межд злами. Физичесая и ло ичесая стртры не все да совпадают. Для описания взаимодействия омпонентов в сети использются протоолы и интерфейсы. Протоол в информационной сети — это домент, однозначно определяющий правила взаимодействия одноименных ровней работающих др с др ом абонентов. Например, чтобы сеансовые про раммы абонентов 1 и 2 (о да сеансовый ровень аждо о них представлен омплесом про рамм) понимали др др а, они должны работать одинаовым образом, т.е. должны выполнять требования сеансово о протоола — стандарта. Это требование определяет списо оманд, оторыми мо т обмениваться про раммы, порядо передачи оманд, правила взаимной провери, размеры передаваемых блоов данных и т.д. Таже протоолами описывается взаимодействие и др их одноименных рпп про рамм: транспортных, анальных и т.д. Обычно сеть представляется протоолами семи ровней. Наиболее важными фнциями протоолов на всех ровнях сети являются защита от ошибо, правление потоами данных в сети, защита ее от пере рзо; выполнение операций по маршртизации сообщений и оптимизации использования ресрсов сети, обеспечивающее большю степень достпности сл сети птем образования несольих маршртов межд двмя абонентами. При подлючении омпонентов сети др  др  должны быть однозначно определены правила их стыови. Их принято называть интерфейсами. Интерфейс — свод правил по взаимодействию межд фнциональными омпонентами, расположенными в смежных ровнях и входящими в одн и т же систем. При разработе протоолов и интерфейса читывается свойство отрытости с целью их дальнейше о развития и обеспечения взаимодействия с др ими средствами и абонентами. Эт работ проводит Межднародная ор анизация по стандартизации ISO (International Standart Organisation) в содржестве с ор анизациями различных стран. Мно ообразие сетевых техноло ий вызывает необходимость их лассифиации по аим-либо лючевым признаам. Примерная лассифиация сетевых техноло ий дана в табл. 9.5. 539

Та б л и ц а 9 . 5 Призна и лассифи ации Специализация

Способ ор#анизации

Универсальные

Одноран#овые (одноровневые)

Проводные Беспроводные

Однородные

Лоальные

Специализированные

Двхровневые

Сптниовые

Неоднородные

Территориальные Корпоративные Глобальные

Способ связи

Состав ПК

Охват территории

По призна специализации сетевые техноло ии подразделяются на ниверсальные, предназначенные для решения всех задач пользователей, и специализированные — для решения небольшо о оличества специальных задач. Примером специализированной АИС слжит техноло ия резервирования мест на авиационные рейсы «Сирена», поезда железной доро и АИС «Эспресс». Классичесим примером ниверсальной техноло ии является Аадемсеть РФ, предназначенная для решения большо о оличества разнообразных информационных задач. Выделяемые по способ ор анизации двхровневые технолоии имеют роме ПК, с оторыми непосредственно общаются пользователи, и оторые называются рабочими станциями, специальные омпьютеры, называемые серверами (serve — обслживать). Задачей сервера и является обслживание рабочих станций с предоставление им своих ресрсов, оторые обычно сщественно выше, чем ресрсы рабочих станций. Их взаимодействие можно представить следющим образом. По мере необходимости рабочая станция отправляет сервер запрос на выполнение аихлибо действий: прочитать данные, напечатать домент, передать фас и т.д. Сервер выполняет требемые действия и посылает отчет о «проделанной работе». В зависимости от вида работы, для оторой предназначен сервер, он и называется по-разном: — файловый сервер, если он выполняет простые операции чтения — записи данных из файла; — принт-сервер, если он выполняет операции печати; — SQL-сервер, если он выполняет сложные операции поиса и извлечения данных из баз данных (запросы  таом сервер формирются на специальном язые запросов Structured Query Languages — стртрированном язые запросов). 540

В одно-ран овой техноло ии (одноровневой, равноправной) фнции рабочей станции и сервера совмещены — пользовательсий ПК может быть одновременно и рабочей станцией и сервером. Каждый ПК в состоянии предоставлять др ом ПК свои ресрсы или, наоборот, запрашивать их  др о о. Размеется, в системе «лиент—сервер» за счет специализации работ дости ается более высоая производительность сети, шире ее спетр и ачество сл . Однао одноран овые сети дешевле и проще в эсплатации. По способ связи осществляется лассифиация оммниаций (аналов передачи данных), обеспечивающих движение информации межд элементами сети. В проводных техноло иях в ачестве физичесой среды в аналах использются: — плосий двхжильный абель; — витая пара проводов; — оасиальный абель; — световод. Беспроводные сетевые техноло ии, использющие частотные аналы передачи данных (средой является эфир), предоставляют в настоящее время размню альтернатив обычным проводным сетям и становятся все более привлеательными. Самое большое преимщество беспроводных техноло ий — это возможности предоставляемые пользователям портативных омпьютеров. Однао сорость передачи данных, дости аемая в беспроводных техноло иях, не может поа сравниться с пропсной способностью абеля, хотя она в последнее время и значительно выросла (табл. 9.6). Важно, что для перехода  беспроводной техноло ии не нжно менять же имеющиеся сети. Аппаратное обеспечение лоальных беспроводных сетей теперь может работать с NetWare и др ими поплярными сетевыми операционные системами, а беспроводные рабочие станции можно добавлять  обычной абельной сети. В сптниовых техноло иях физичесой средой передачи данных таже является эфир. Использование сптниов оправдано в слчае значительно о даления абонентов др от др а при чрезмерном ослаблении посылаемых элетрома нитных си налов с большими посторонними шмами. Чтобы си налы, направленные отправителем, не смешивались с анало ичными  полчателю, при работе со сптниом проладываются два частотных анала — один для отправителя, др ой для полчателя. Это мероприятие позволяет избежать ошибо при передаче информации. 541

Та б л и ц а 9 . 5 Призна и лассифи ации Специализация

Способ ор#анизации

Универсальные

Одноран#овые (одноровневые)

Проводные Беспроводные

Однородные

Лоальные

Специализированные

Двхровневые

Сптниовые

Неоднородные

Территориальные Корпоративные Глобальные

Способ связи

Состав ПК

Охват территории

По призна специализации сетевые техноло ии подразделяются на ниверсальные, предназначенные для решения всех задач пользователей, и специализированные — для решения небольшо о оличества специальных задач. Примером специализированной АИС слжит техноло ия резервирования мест на авиационные рейсы «Сирена», поезда железной доро и АИС «Эспресс». Классичесим примером ниверсальной техноло ии является Аадемсеть РФ, предназначенная для решения большо о оличества разнообразных информационных задач. Выделяемые по способ ор анизации двхровневые технолоии имеют роме ПК, с оторыми непосредственно общаются пользователи, и оторые называются рабочими станциями, специальные омпьютеры, называемые серверами (serve — обслживать). Задачей сервера и является обслживание рабочих станций с предоставление им своих ресрсов, оторые обычно сщественно выше, чем ресрсы рабочих станций. Их взаимодействие можно представить следющим образом. По мере необходимости рабочая станция отправляет сервер запрос на выполнение аихлибо действий: прочитать данные, напечатать домент, передать фас и т.д. Сервер выполняет требемые действия и посылает отчет о «проделанной работе». В зависимости от вида работы, для оторой предназначен сервер, он и называется по-разном: — файловый сервер, если он выполняет простые операции чтения — записи данных из файла; — принт-сервер, если он выполняет операции печати; — SQL-сервер, если он выполняет сложные операции поиса и извлечения данных из баз данных (запросы  таом сервер формирются на специальном язые запросов Structured Query Languages — стртрированном язые запросов). 540

В одно-ран овой техноло ии (одноровневой, равноправной) фнции рабочей станции и сервера совмещены — пользовательсий ПК может быть одновременно и рабочей станцией и сервером. Каждый ПК в состоянии предоставлять др ом ПК свои ресрсы или, наоборот, запрашивать их  др о о. Размеется, в системе «лиент—сервер» за счет специализации работ дости ается более высоая производительность сети, шире ее спетр и ачество сл . Однао одноран овые сети дешевле и проще в эсплатации. По способ связи осществляется лассифиация оммниаций (аналов передачи данных), обеспечивающих движение информации межд элементами сети. В проводных техноло иях в ачестве физичесой среды в аналах использются: — плосий двхжильный абель; — витая пара проводов; — оасиальный абель; — световод. Беспроводные сетевые техноло ии, использющие частотные аналы передачи данных (средой является эфир), предоставляют в настоящее время размню альтернатив обычным проводным сетям и становятся все более привлеательными. Самое большое преимщество беспроводных техноло ий — это возможности предоставляемые пользователям портативных омпьютеров. Однао сорость передачи данных, дости аемая в беспроводных техноло иях, не может поа сравниться с пропсной способностью абеля, хотя она в последнее время и значительно выросла (табл. 9.6). Важно, что для перехода  беспроводной техноло ии не нжно менять же имеющиеся сети. Аппаратное обеспечение лоальных беспроводных сетей теперь может работать с NetWare и др ими поплярными сетевыми операционные системами, а беспроводные рабочие станции можно добавлять  обычной абельной сети. В сптниовых техноло иях физичесой средой передачи данных таже является эфир. Использование сптниов оправдано в слчае значительно о даления абонентов др от др а при чрезмерном ослаблении посылаемых элетрома нитных си налов с большими посторонними шмами. Чтобы си налы, направленные отправителем, не смешивались с анало ичными  полчателю, при работе со сптниом проладываются два частотных анала — один для отправителя, др ой для полчателя. Это мероприятие позволяет избежать ошибо при передаче информации. 541

Та б л и ц а 9 . 6 Харатеристиа беспроводных и абельных технолоий Техноло#ия

Прото ол

Способ передачи данных

Пропс ная способность, Мбит/с

Радис надежной связи, м

Различные

Ethernet

Кабель

10

—

Различные

Token Ring

Кабель

4 или 16

—

Altair Plus

Ethernet

СВЧ-излчение

3,3

До 43

ARLAN

Ethernet

СВЧ-излчение

1

До 40

Free Port

Ethernet

Инфрарасные лчи

5,7

До 25

InfaLan

Token Ring

Инфрарасные лчи

4

До 25

Raglan

Собственный Широополосные радиоси#налы

0,23

До 250

WareLan

Собственный Широополосные радиоси#налы

2

До 250

Сравнительно просто лассифицирются сетевые техноло ии по состав ПК. Однородные сетевые техноло ии предпола ают вяз в сети однотипных средств, разрабатываемых одной фирмой. Подлючение  таой сети средств др их пользователей возможно тольо при словии соблюдения в них стандартов, принятых в однородной архитетре. Др ой подход состоит в разработе единой ниверсальной сетевой техноло ии независимо от типов применяемых в ней средств. Таие техноло ии называются неоднородными. Первым стандартом для таих сетей была базовая эталонная модель ВОС. Наиболее обширно представлена лассифиация сетевых техноло ий по призна «Охват территории». При выборе информационно-вычислительной сети пользователь в первю очередь решает вопрос о приладной системе, т. е. омплесе задач предметной области. При выборе приладной системы предпола ается, что она бдет фнционировать в неоторой про раммной и техничесой среде. Таим образом, работа по выбор сети предпола ает: — ознаомление с предметной областью; — выбор сетевой операционной системы; — предложения по аппаратным решениям: 542

— по омпьютерам; — по оммниационном обордованию. Эт работ выполняет специализированная фирма-системный интерпретатор. При выборе сети фирма-интерпретатор несет ответственность за все принятые действия и предла ает фирме-заазчи тольо те решения, оторые прошли апробацию на реальном обордовании в постоянно действющей сетевой лаборатории.

9.4.2. Технолоия использования автоматизированных рабочих мест Широомасштабное оснащение вычислительной техниой всех отраслей человечесой деятельности остро ставит вопрос о техноло ичесом обеспечении информационных систем и техноло ий. Техноло ичесое обеспечение реализет информационные процессы в автоматизированных системах ор анизационно о правления с помощью ЭВМ и др их техничесих средств. Разработа техноло ичесо о обеспечения требет чета особенностей стртры эономичесих систем. Прежде все о — это сложность ор анизационно о взаимодействия, оторая вызывает необходимость создания мно оровневых иерархичесих систем ( оловная фирма, филиалы), со сложными информационными связями прямо о и обратно о направления. В основ новой информационной техноло ии заладывается широое применения омпьютеров и формирование на их базе вычислительных сетей с взаимосвязанными специализированными АРМами. Деятельность работниов правления (бх алтеров, специалистов редитно-бановсой системы, плановиов и т. д.) в настоящее время ориентирована на использование развитых техноло ий. Ор анизация и реализация правленчесих фнций требет радиально о изменения а самой техноло ии правления, та техничесих средств обработи информации, среди оторых лавное место занимают персональные омпьютеры. Они все более превращаются из систем автоматичесой обработи входной информации в средства наопления опыта правленчесих работниов, анализа, оцени и выработи наиболее эффетивных эономичесих решений. Тенденция  силению децентрализации правления влечет за собой распределенню обработ информации с децентрализацией применения средств вычислительной технии и совершенствованием ор анизации непосредственно рабочих мест пользователей. 543

Та б л и ц а 9 . 6 Харатеристиа беспроводных и абельных технолоий Техноло#ия

Прото ол

Способ передачи данных

Пропс ная способность, Мбит/с

Радис надежной связи, м

Различные

Ethernet

Кабель

10

—

Различные

Token Ring

Кабель

4 или 16

—

Altair Plus

Ethernet

СВЧ-излчение

3,3

До 43

ARLAN

Ethernet

СВЧ-излчение

1

До 40

Free Port

Ethernet

Инфрарасные лчи

5,7

До 25

InfaLan

Token Ring

Инфрарасные лчи

4

До 25

Raglan

Собственный Широополосные радиоси#налы

0,23

До 250

WareLan

Собственный Широополосные радиоси#налы

2

До 250

Сравнительно просто лассифицирются сетевые техноло ии по состав ПК. Однородные сетевые техноло ии предпола ают вяз в сети однотипных средств, разрабатываемых одной фирмой. Подлючение  таой сети средств др их пользователей возможно тольо при словии соблюдения в них стандартов, принятых в однородной архитетре. Др ой подход состоит в разработе единой ниверсальной сетевой техноло ии независимо от типов применяемых в ней средств. Таие техноло ии называются неоднородными. Первым стандартом для таих сетей была базовая эталонная модель ВОС. Наиболее обширно представлена лассифиация сетевых техноло ий по призна «Охват территории». При выборе информационно-вычислительной сети пользователь в первю очередь решает вопрос о приладной системе, т. е. омплесе задач предметной области. При выборе приладной системы предпола ается, что она бдет фнционировать в неоторой про раммной и техничесой среде. Таим образом, работа по выбор сети предпола ает: — ознаомление с предметной областью; — выбор сетевой операционной системы; — предложения по аппаратным решениям: 542

— по омпьютерам; — по оммниационном обордованию. Эт работ выполняет специализированная фирма-системный интерпретатор. При выборе сети фирма-интерпретатор несет ответственность за все принятые действия и предла ает фирме-заазчи тольо те решения, оторые прошли апробацию на реальном обордовании в постоянно действющей сетевой лаборатории.

9.4.2. Технолоия использования автоматизированных рабочих мест Широомасштабное оснащение вычислительной техниой всех отраслей человечесой деятельности остро ставит вопрос о техноло ичесом обеспечении информационных систем и техноло ий. Техноло ичесое обеспечение реализет информационные процессы в автоматизированных системах ор анизационно о правления с помощью ЭВМ и др их техничесих средств. Разработа техноло ичесо о обеспечения требет чета особенностей стртры эономичесих систем. Прежде все о — это сложность ор анизационно о взаимодействия, оторая вызывает необходимость создания мно оровневых иерархичесих систем ( оловная фирма, филиалы), со сложными информационными связями прямо о и обратно о направления. В основ новой информационной техноло ии заладывается широое применения омпьютеров и формирование на их базе вычислительных сетей с взаимосвязанными специализированными АРМами. Деятельность работниов правления (бх алтеров, специалистов редитно-бановсой системы, плановиов и т. д.) в настоящее время ориентирована на использование развитых техноло ий. Ор анизация и реализация правленчесих фнций требет радиально о изменения а самой техноло ии правления, та техничесих средств обработи информации, среди оторых лавное место занимают персональные омпьютеры. Они все более превращаются из систем автоматичесой обработи входной информации в средства наопления опыта правленчесих работниов, анализа, оцени и выработи наиболее эффетивных эономичесих решений. Тенденция  силению децентрализации правления влечет за собой распределенню обработ информации с децентрализацией применения средств вычислительной технии и совершенствованием ор анизации непосредственно рабочих мест пользователей. 543

Напомним, что автоматизированное рабочее место можно определить а совопность информационно-про раммно-техничесих средств, обеспечивающих онечном пользователю обработ данных и автоматизацию правленчесих фнций в онретной предметной области. Создание автоматизированных рабочих мест предпола ает, что основные операции по наоплению, хранению и переработе информации возла аются на вычислительню техни, а эономист выполняет часть рчных операций, требющих творчесо о подхода при под отове правленчесих решений. Персональная техниа применяется пользователем для онтроля производственно-хозяйственной деятельности, изменения значений отдельных параметров в ходе решения задачи, а таже ввода исходных данных в АИС для решения тещих задач анализа фнций правления. АРМ а инстрмент для рационализации и интенсифиации правленчесой деятельности создается для обеспечения выполнения неоторой рппы фнций. Наиболее простой фнцией АРМ является информационно-справочное обслживание. Хотя эта фнция в той или иной степени присща любом АРМ, особенности ее реализации сщественно зависят от ате ории пользователя. АРМ имеют проблемно-профессиональню ориентацию на онретню предметню область. Профессиональные АРМ являются лавным инстрментом общения человеа с вычислительными системами, и рая роль автономных рабочих мест, интеллетальных терминалов больших ЭВМ, рабочих станций в лоальных сетях. АРМ имеют отрытю архитетр и ле о адаптирются  проблемным областям. Лоализация АРМ позволяет осществить оперативню обработ информации сраз же по ее постплении, а резльтаты обработи хранить соль  одно дол о по требованию пользователя. В словиях реализации правленчесо о процесса целью внедрения АРМ является силение инте рации правленчесих фнций, и аждое более или менее «интеллетальное» рабочее место должно обеспечивать работ в мно офнциональном режиме. АРМ выполняют децентрализованню одновременню обработ эономичесой информации на рабочих местах исполнителей в составе распределенной базы данных (БД). При этом они имеют выход через системное стройство и аналы связи в ПЭВМ и БД др их пользователей, обеспечивая, таим образом, совместное фнционирование ПЭВМ в процессе оллетивной обработи. 544

АРМ, созданные на базе персональных омпьютеров, — наиболее простой и распространенный вариант автоматизированно о рабоче о места для работниов сферы ор анизационно о правления. Таой АРМ рассматривается а система, оторая в интеративном режиме работы предоставляет онретном пользователю все виды обеспечения монопольно на весь сеанс работы. Этом отвечает подход  проетированию тао о омпонента АРМ, а внтреннее информационное обеспечение, со ласно отором информационный фонд на ма нитных носителях онретно о АРМ должен находиться в монопольном распоряжении пользователя АРМ. Пользователь сам выполняет все фнциональные обязанности по преобразованию информации. Создание АРМ на базе персональных омпьютеров обеспечивает: — простот, добство и држественность по отношению  пользователю; — простот адаптации  онретным фнциям пользователя; — омпатность размещения и невысоие требования  эсплатации; — высою надежность и живчесть; — сравнительно простю ор анизацию техничесо о обслживания. Эффетивным режимом работы АРМ является е о фнционирование в рамах лоальной вычислительной сети в ачестве рабочей станции. Особенно целесообразен таой вариант, о да требется распределять информационно-вычислительные ресрсы межд несольими пользователями. Более сложной формой является АРМ с использованием ПЭВМ в ачестве интеллетально о терминала, а таже с даленным достпом  ресрсам центральной ( лавной) ЭВМ или внешней сети. В данном слчае несольо ПЭВМ подлючаются по аналам связи  лавной ЭВМ, при этом аждая ПЭВМ может работать и а самостоятельное терминальное стройство. В наиболее сложных системах АРМ мо т через специальное обордование подлючаться не тольо  ресрсам лавной ЭВМ сети, но и  различным информационным слжбам и системам обще о назначения (слжбам новостей, национальным информационно-поисовым системам, базам данных и знаний, библиотечным системам и т. п.). Возможности создаваемых АРМ в значительной степени зависят от технио-эсплатационных харатеристи ЭВМ, на оторых они базирются. В связи с этим на стадии проетирования АРМ чето формлирются требования  базовым параметрам 545

Напомним, что автоматизированное рабочее место можно определить а совопность информационно-про раммно-техничесих средств, обеспечивающих онечном пользователю обработ данных и автоматизацию правленчесих фнций в онретной предметной области. Создание автоматизированных рабочих мест предпола ает, что основные операции по наоплению, хранению и переработе информации возла аются на вычислительню техни, а эономист выполняет часть рчных операций, требющих творчесо о подхода при под отове правленчесих решений. Персональная техниа применяется пользователем для онтроля производственно-хозяйственной деятельности, изменения значений отдельных параметров в ходе решения задачи, а таже ввода исходных данных в АИС для решения тещих задач анализа фнций правления. АРМ а инстрмент для рационализации и интенсифиации правленчесой деятельности создается для обеспечения выполнения неоторой рппы фнций. Наиболее простой фнцией АРМ является информационно-справочное обслживание. Хотя эта фнция в той или иной степени присща любом АРМ, особенности ее реализации сщественно зависят от ате ории пользователя. АРМ имеют проблемно-профессиональню ориентацию на онретню предметню область. Профессиональные АРМ являются лавным инстрментом общения человеа с вычислительными системами, и рая роль автономных рабочих мест, интеллетальных терминалов больших ЭВМ, рабочих станций в лоальных сетях. АРМ имеют отрытю архитетр и ле о адаптирются  проблемным областям. Лоализация АРМ позволяет осществить оперативню обработ информации сраз же по ее постплении, а резльтаты обработи хранить соль  одно дол о по требованию пользователя. В словиях реализации правленчесо о процесса целью внедрения АРМ является силение инте рации правленчесих фнций, и аждое более или менее «интеллетальное» рабочее место должно обеспечивать работ в мно офнциональном режиме. АРМ выполняют децентрализованню одновременню обработ эономичесой информации на рабочих местах исполнителей в составе распределенной базы данных (БД). При этом они имеют выход через системное стройство и аналы связи в ПЭВМ и БД др их пользователей, обеспечивая, таим образом, совместное фнционирование ПЭВМ в процессе оллетивной обработи. 544

АРМ, созданные на базе персональных омпьютеров, — наиболее простой и распространенный вариант автоматизированно о рабоче о места для работниов сферы ор анизационно о правления. Таой АРМ рассматривается а система, оторая в интеративном режиме работы предоставляет онретном пользователю все виды обеспечения монопольно на весь сеанс работы. Этом отвечает подход  проетированию тао о омпонента АРМ, а внтреннее информационное обеспечение, со ласно отором информационный фонд на ма нитных носителях онретно о АРМ должен находиться в монопольном распоряжении пользователя АРМ. Пользователь сам выполняет все фнциональные обязанности по преобразованию информации. Создание АРМ на базе персональных омпьютеров обеспечивает: — простот, добство и држественность по отношению  пользователю; — простот адаптации  онретным фнциям пользователя; — омпатность размещения и невысоие требования  эсплатации; — высою надежность и живчесть; — сравнительно простю ор анизацию техничесо о обслживания. Эффетивным режимом работы АРМ является е о фнционирование в рамах лоальной вычислительной сети в ачестве рабочей станции. Особенно целесообразен таой вариант, о да требется распределять информационно-вычислительные ресрсы межд несольими пользователями. Более сложной формой является АРМ с использованием ПЭВМ в ачестве интеллетально о терминала, а таже с даленным достпом  ресрсам центральной ( лавной) ЭВМ или внешней сети. В данном слчае несольо ПЭВМ подлючаются по аналам связи  лавной ЭВМ, при этом аждая ПЭВМ может работать и а самостоятельное терминальное стройство. В наиболее сложных системах АРМ мо т через специальное обордование подлючаться не тольо  ресрсам лавной ЭВМ сети, но и  различным информационным слжбам и системам обще о назначения (слжбам новостей, национальным информационно-поисовым системам, базам данных и знаний, библиотечным системам и т. п.). Возможности создаваемых АРМ в значительной степени зависят от технио-эсплатационных харатеристи ЭВМ, на оторых они базирются. В связи с этим на стадии проетирования АРМ чето формлирются требования  базовым параметрам 545

техничесих средств обработи и выдачи информации, набор омплетющих модлей, сетевым интерфейсам, эр ономичесим параметрам стройств и т.д. Синтез АРМ, выбор е о онфи рации и обордования для реальных видов эономичесой и правленчесой работы носят онретный харатер, дитемый специализацией, поставленными целями, объемами работы. Однао любая онфи рация АРМ должна отвечать общим требованиям в отношении ор анизации информационно о, техничесо о, про раммно о обеспечения. Информационное обеспечение АРМ ориентирется на онретню, привычню для пользователя, предметню область. Обработа доментов должна предпола ать таю стртризацию информации, оторая позволяет осществлять необходимое маниплирование различными стртрами, добню и быстрю орретиров данных и массивов. Техничесое обеспечение АРМ должно арантировать высою надежность техничесих средств, ор анизацию добных для пользователей режимов работы (автономный, с распределенной БД, информационный, с техниой верхних ровней и т. д.), способность обрабатывать в заданное время необходимый объем данных. Посоль АРМ является индивидальным пользовательсим средством, оно должно обеспечивать высоие эр ономичесие свойства и омфортность обслживания. Про раммное обеспечение, прежде все о, ориентирется на профессиональный ровень пользователя, сочетается с е о фнциональными потребностями, валифиацией и специализацией. Пользователь со стороны про раммной среды должен ощщать постоянню поддерж свое о желания работать в любом режиме ативно либо пассивно. Приоритет пользователя при работе с техниой несомненен. Поэтом при их взаимодействии предсматривается масимальное обеспечение добств работы человеа за счет совершенствования про раммных средств. В последнее время наметилась тенденция  созданию нифицированных АРМ, обслживающих несольо предметных областей. Например, омплес АРМ-аналити, созданный на базе АРМ-статистиа, значительно расширяет возможности последне о и в масимальной степени отвечает требованиям зарождающихся в словиях рына производственных, начных и оммерчесих стртр. АРМ-аналити позволяет осществлять решение обширно о омплеса фнциональных задач. 546

9.4.3. Технолоия использования паетов приладных прорамм Одним из словий эффетивно о внедрения вычислительной технии в прати является создание специализированных паетов приладных про рамм. Достпность и простота использования их создает предпосыли более широо о внедрения ЭВМ в инженерный трд, решение онретных задач начной области, эономии, льтры, образования. ППП обычно строятся на базе специальных систем и являются дальнейшим их развитием в онретном направлении. Они поставляются отдельно от про раммно о обеспечения вычислительных средств, имеют свою доментацию и не входят в состав операционных систем. Мно ие паеты имеют собственные средства енерации. Разработа паета не должна требовать модифиации операционных систем. Это относится  паетам, влияющим на работ правляющих про рамм. Если пает требет внесения изменений в правляющю про рамм, то это выполняется в процессе за рзи и инициализации паета. Паеты приладных про рамм являются наиболее динамично развивающейся частью про раммно о обеспечения: р решаемых с помощью ППП задач постоянно расширяется. Во мно ом внедрение омпьютеров пратичеси во все сферы деятельности стало возможным бла одаря появлению новых и совершенствованию сществющих ППП. Достижения в области мироэлетронии, приводящие  появлению более мощных по своим фнциональным возможностям омпьютеров, таже являются причиной создания новых ППП. В свою очередь, необходимость лчшения харатеристи использования паета при решении онретных задач пользователя стимлирет совершенствование архитетры и элементной базы омпьютеров и периферийных стройств. Стртра и принципы построения ППП зависят от ласса ЭВМ и операционной системы, в рамах оторой этот пает бдет фнционировать. Наибольшее оличество разнообразных ППП создано для IBM PC-совместимых омпьютеров с операционной системой MS DOS и WINDOWS. Рассмотрим техноло ию использования современных ППП на примере СУБД Microsoft Access. Техноло ия создания баз данных с помощью типовых инстрментальных средств, рассчитанных на массово о пользователя — непро раммиста, предоставляется СУБД Microsoft Access. Несмотря на ориентированность на онечно о пользователя, в Access пристствет язы про раммирования, имеется возможность инте 547

техничесих средств обработи и выдачи информации, набор омплетющих модлей, сетевым интерфейсам, эр ономичесим параметрам стройств и т.д. Синтез АРМ, выбор е о онфи рации и обордования для реальных видов эономичесой и правленчесой работы носят онретный харатер, дитемый специализацией, поставленными целями, объемами работы. Однао любая онфи рация АРМ должна отвечать общим требованиям в отношении ор анизации информационно о, техничесо о, про раммно о обеспечения. Информационное обеспечение АРМ ориентирется на онретню, привычню для пользователя, предметню область. Обработа доментов должна предпола ать таю стртризацию информации, оторая позволяет осществлять необходимое маниплирование различными стртрами, добню и быстрю орретиров данных и массивов. Техничесое обеспечение АРМ должно арантировать высою надежность техничесих средств, ор анизацию добных для пользователей режимов работы (автономный, с распределенной БД, информационный, с техниой верхних ровней и т. д.), способность обрабатывать в заданное время необходимый объем данных. Посоль АРМ является индивидальным пользовательсим средством, оно должно обеспечивать высоие эр ономичесие свойства и омфортность обслживания. Про раммное обеспечение, прежде все о, ориентирется на профессиональный ровень пользователя, сочетается с е о фнциональными потребностями, валифиацией и специализацией. Пользователь со стороны про раммной среды должен ощщать постоянню поддерж свое о желания работать в любом режиме ативно либо пассивно. Приоритет пользователя при работе с техниой несомненен. Поэтом при их взаимодействии предсматривается масимальное обеспечение добств работы человеа за счет совершенствования про раммных средств. В последнее время наметилась тенденция  созданию нифицированных АРМ, обслживающих несольо предметных областей. Например, омплес АРМ-аналити, созданный на базе АРМ-статистиа, значительно расширяет возможности последне о и в масимальной степени отвечает требованиям зарождающихся в словиях рына производственных, начных и оммерчесих стртр. АРМ-аналити позволяет осществлять решение обширно о омплеса фнциональных задач. 546

9.4.3. Технолоия использования паетов приладных прорамм Одним из словий эффетивно о внедрения вычислительной технии в прати является создание специализированных паетов приладных про рамм. Достпность и простота использования их создает предпосыли более широо о внедрения ЭВМ в инженерный трд, решение онретных задач начной области, эономии, льтры, образования. ППП обычно строятся на базе специальных систем и являются дальнейшим их развитием в онретном направлении. Они поставляются отдельно от про раммно о обеспечения вычислительных средств, имеют свою доментацию и не входят в состав операционных систем. Мно ие паеты имеют собственные средства енерации. Разработа паета не должна требовать модифиации операционных систем. Это относится  паетам, влияющим на работ правляющих про рамм. Если пает требет внесения изменений в правляющю про рамм, то это выполняется в процессе за рзи и инициализации паета. Паеты приладных про рамм являются наиболее динамично развивающейся частью про раммно о обеспечения: р решаемых с помощью ППП задач постоянно расширяется. Во мно ом внедрение омпьютеров пратичеси во все сферы деятельности стало возможным бла одаря появлению новых и совершенствованию сществющих ППП. Достижения в области мироэлетронии, приводящие  появлению более мощных по своим фнциональным возможностям омпьютеров, таже являются причиной создания новых ППП. В свою очередь, необходимость лчшения харатеристи использования паета при решении онретных задач пользователя стимлирет совершенствование архитетры и элементной базы омпьютеров и периферийных стройств. Стртра и принципы построения ППП зависят от ласса ЭВМ и операционной системы, в рамах оторой этот пает бдет фнционировать. Наибольшее оличество разнообразных ППП создано для IBM PC-совместимых омпьютеров с операционной системой MS DOS и WINDOWS. Рассмотрим техноло ию использования современных ППП на примере СУБД Microsoft Access. Техноло ия создания баз данных с помощью типовых инстрментальных средств, рассчитанных на массово о пользователя — непро раммиста, предоставляется СУБД Microsoft Access. Несмотря на ориентированность на онечно о пользователя, в Access пристствет язы про раммирования, имеется возможность инте 547

рации с др ими про раммными средствами Microsoft Office. Access — это поплярная настольная система правления базой данных, рассчитанная на онечно о пользователя. В то же время на небольшом предприятии (при объеме данных до 1 Гбайта) с оличеством омпьютеров не более 10 ресрсов Access вполне может хватить для обслживания все о делопроизводства вместе со средствами Microsoft Office. Все пользователи мо т обращаться  одной базе данных, становленной на одном омпьютере, оторый может не быть сервером. Проблемы сохранности и достпа  данным решаются с помощью использования средств защиты, оторые предоставляет Access. Среди др их техноло ий создания баз данных является направленность на онечно о пользователя (непро раммиста), сохранение обще о подхода, принято о в построении продтов Microsoft для WINDOWS, массовость использования. В Access для работы с данными использется процессор баз данных, средства быстро о построения интерфейса (Констртор форм и отчетов), объеты достпа и маниплирования данными (таблицы, формы, запросы, марооманды, маросы, модли). Автоматизация ртинных типовых операций выполняется с помощью отовых визальных средств или марооманд, объединяемых в маросы. Таим образом, пользователи Access мо т обратиться  созданию процедр и фнций для работы с данными. При этом, если недостает возможностей визальных отовых средств, обращаются  мароомандам, а если и их возможностей недостаточно, можно использовать язы про раммирования. Он позволяет создавать свои массивы, типы данных, фнции, приложения. Имеется возможность целиом создать баз данных с помощью про раммирования, о да в этом появится необходимость. Создание новой базы данных начинается с запса Access и появления диало ово о она. Выбор опции Запс мастера приводит в оно Создание. Далее для создания базы можно использовать шаблоны. Чтобы обратиться  спис шаблона, необходимо перейти на влад Базы данных. Создаются базы данных выбором из определенно о списа. При этом возможен выбор таблиц, а в таблицах — нжных полей. После это о пользователь полчает баз данных с таблицами, формами ввода и вывода. В табл. 9.7 приведен списо мастеров (про раммных модлей), имеющихся в Access. Дополнительно  перечисленным возможностям все созданные формы можно редатировать с помощью вспомо ательных диало овых оон. При первом знаомстве с Access таой способ создания баз данных весьма эффетивен. Техноло ия ввода данных в баз допсает использование таблицы и формы, через оторые обеспечивается работа тольо с од548

ной строой таблицы. Ввод с помощью формы позволяет распола ать поля в нжном поряде, добном для пользователя. Создание форм может выполнять сам пользователь или с помощью Мастера. Этапы создания формы влючают выбор полей, внешне о вида, стиля и названия формы. Работа с базой данных начинается с создания таблиц. Обращение  режим Создать предоставляет возможность выбора одно о из пяти вариантов техноло ии создания таблицы (табл. 9.8). Техноло ия запросов  данным базы в большинстве строится про раммно, а в Access она выполняется визально за ислючением свозных запросов. Пользователь бла одаря Access реализет разнообразные запросы выбори, при этом они мо т модифицировать исходные данные. В этом заложены резервы сорения работы с данными. Недостатом техноло ии Access является замедление сорости работы с данными при величении таблиц. Пользователь непосредственно частвет в формировании запросов, не прибе ая  сл ам про раммистов. Та б л и ц а 9 . 7 Мастера СУБД Access Наименование

Назначение

Мастер баз данных

Создает базы данных из определенно#о списа, возможен выбор необходимых таблиц и полей, создает формы и отчеты

Мастер таблиц

Создает таблицы из списа же #отовых, оторые можно изменять. Интересен тольо на начальном этапе использования таблиц, хотя определенные задачи можно решить, применяя тольо таблицы, предоставляемые мастером

Мастер простых форм

Создает простю форм, в оторю выводятся выбранные пользователем поля из таблицы или запроса

Мастер форм с диа#раммой

Создает форм с диа#раммой, отражающей данные для полей из таблиц и запросов, оторые слжат источниом данных для форм

Мастер форм со сводной таблицей Microsoft Excel

Создает форм, в оторю влючен объет «страница Excel» со сводной таблицей

Мастер построения нопо

Создает нопи в форме или отчете с выбранными Вами свойствами или фнциональностью

Мастер построения #рпп

Создает #рпп перелючателей, оторая может содержать множество нопо, флажов, вылючателей

549

рации с др ими про раммными средствами Microsoft Office. Access — это поплярная настольная система правления базой данных, рассчитанная на онечно о пользователя. В то же время на небольшом предприятии (при объеме данных до 1 Гбайта) с оличеством омпьютеров не более 10 ресрсов Access вполне может хватить для обслживания все о делопроизводства вместе со средствами Microsoft Office. Все пользователи мо т обращаться  одной базе данных, становленной на одном омпьютере, оторый может не быть сервером. Проблемы сохранности и достпа  данным решаются с помощью использования средств защиты, оторые предоставляет Access. Среди др их техноло ий создания баз данных является направленность на онечно о пользователя (непро раммиста), сохранение обще о подхода, принято о в построении продтов Microsoft для WINDOWS, массовость использования. В Access для работы с данными использется процессор баз данных, средства быстро о построения интерфейса (Констртор форм и отчетов), объеты достпа и маниплирования данными (таблицы, формы, запросы, марооманды, маросы, модли). Автоматизация ртинных типовых операций выполняется с помощью отовых визальных средств или марооманд, объединяемых в маросы. Таим образом, пользователи Access мо т обратиться  созданию процедр и фнций для работы с данными. При этом, если недостает возможностей визальных отовых средств, обращаются  мароомандам, а если и их возможностей недостаточно, можно использовать язы про раммирования. Он позволяет создавать свои массивы, типы данных, фнции, приложения. Имеется возможность целиом создать баз данных с помощью про раммирования, о да в этом появится необходимость. Создание новой базы данных начинается с запса Access и появления диало ово о она. Выбор опции Запс мастера приводит в оно Создание. Далее для создания базы можно использовать шаблоны. Чтобы обратиться  спис шаблона, необходимо перейти на влад Базы данных. Создаются базы данных выбором из определенно о списа. При этом возможен выбор таблиц, а в таблицах — нжных полей. После это о пользователь полчает баз данных с таблицами, формами ввода и вывода. В табл. 9.7 приведен списо мастеров (про раммных модлей), имеющихся в Access. Дополнительно  перечисленным возможностям все созданные формы можно редатировать с помощью вспомо ательных диало овых оон. При первом знаомстве с Access таой способ создания баз данных весьма эффетивен. Техноло ия ввода данных в баз допсает использование таблицы и формы, через оторые обеспечивается работа тольо с од548

ной строой таблицы. Ввод с помощью формы позволяет распола ать поля в нжном поряде, добном для пользователя. Создание форм может выполнять сам пользователь или с помощью Мастера. Этапы создания формы влючают выбор полей, внешне о вида, стиля и названия формы. Работа с базой данных начинается с создания таблиц. Обращение  режим Создать предоставляет возможность выбора одно о из пяти вариантов техноло ии создания таблицы (табл. 9.8). Техноло ия запросов  данным базы в большинстве строится про раммно, а в Access она выполняется визально за ислючением свозных запросов. Пользователь бла одаря Access реализет разнообразные запросы выбори, при этом они мо т модифицировать исходные данные. В этом заложены резервы сорения работы с данными. Недостатом техноло ии Access является замедление сорости работы с данными при величении таблиц. Пользователь непосредственно частвет в формировании запросов, не прибе ая  сл ам про раммистов. Та б л и ц а 9 . 7 Мастера СУБД Access Наименование

Назначение

Мастер баз данных

Создает базы данных из определенно#о списа, возможен выбор необходимых таблиц и полей, создает формы и отчеты

Мастер таблиц

Создает таблицы из списа же #отовых, оторые можно изменять. Интересен тольо на начальном этапе использования таблиц, хотя определенные задачи можно решить, применяя тольо таблицы, предоставляемые мастером

Мастер простых форм

Создает простю форм, в оторю выводятся выбранные пользователем поля из таблицы или запроса

Мастер форм с диа#раммой

Создает форм с диа#раммой, отражающей данные для полей из таблиц и запросов, оторые слжат источниом данных для форм

Мастер форм со сводной таблицей Microsoft Excel

Создает форм, в оторю влючен объет «страница Excel» со сводной таблицей

Мастер построения нопо

Создает нопи в форме или отчете с выбранными Вами свойствами или фнциональностью

Мастер построения #рпп

Создает #рпп перелючателей, оторая может содержать множество нопо, флажов, вылючателей

549

Оончание табл. 9.7 Наименование

Назначение

Мастер построения списов

Создает списи на основе полей из таблиц и запросов, SQL-выражений или предопределенно#о набора значений

Мастер построения омбинированных списов

Создает омбинированные списи на основе полей из таблиц и запросов, SQL-выражений или предопределенно#о набора значений

Мастер построения подчиненных форм

Создает подчиненню форм, оторая может слжить анало#ом объетов Grid или Browse в др#их системах правления базами данных

Мастер создания отчета

Создает отчет, в оторый выводятся выбранные пользователем поля из таблицы или запрос, с возможностями станови сортирови и #рппирови

Мастер создания налее

Позволяет создавать налейи, а стандартные, та и иных размеров

Мастер создания отчетов с диа#раммой

Позволяет выводить на печать диа#раммы, внешний вид оторых зависит от данных в таблице или запросе, являющихся источниом данных для отчета

Пользователь может направлять запросы в баз для добавления, даления, обновления, создания таблиц. Запросы можно составить и про раммным птем. Одна из сильных сторон технолоии Access — фильтры, оторые позволяют выбирать информацию с помощью запросов или становой ритериев. Создание параметричесих запросов дает возможность пользователю вводить значения для отбора данных. Наряд с формами для аждой таблицы мо т быть созданы отчеты с помощью средств СУБД или про раммным птем, что более трдоемо. Для аждой таблицы можно создать Автоотчет с выводом данных в столбец. При создании отчета с выбором полей, но без вывода всех имеющихся в таблице или запросе данных, Access позволяет обратиться  Мастер отчетов. Мастер отчетов помимо выбора полей, рппирет данные по аом — либо полю, станавливает интервал рппирови, порядо сортирови, диа раммы, мает отчета и е о стиль. Для построения еще более сложных отчетов использется Констртор отчетов. Про раммное создание отчетов использется для построения собственных мастеров. 550

Та б л и ц а 9 . 8 Способы создания таблиц в СУБД Access Способ создания

Описание

Режим создания

Пользователю предоставляется таблица с тридцатью полями, да необходимо ввести данные. После их сохранения Access решает, аой тип данных присвоить аждом полю. Ка недостато это#о способа следет отметить невозможность создать таблиц с полями примечаний

Констртор таблиц

После выбора этой операции отрывается Констртор таблиц, в отором пользователю необходимо самостоятельно создать поля, выбрать типы данных для полей, размеры полей и, если это необходимо, становить свойства полей

Мастер таблиц

Из определенно#о набора таблиц пользователь может создать таблиц по своем вс. Возможно, что неоторые таблицы целиом подойдт для данно#о приложения, следет их использовать, та а все средства хороши для то#о, чтобы побыстрее завершить процесс

Импорт таблиц

Позволяет импортировать данные из таблиц др#их приложений в баз данных. Новые таблицы теряют непосредственню связь с др#ими приложениями. В появившемся диало#овом оне необходимо выбрать тип файла и имя импортиремо#о файла. Тип файла ODBC позволяет импортировать данные пратичеси любо#о формата

Связь с таблицами

Очень похоже на предыдщий пнт, но при этом таблица остается в своем формате, т.е. может использоваться несольими приложениями

Техноло ия выполнения разнообразных действий и фнций с данными базы в среде Access осществляется мароомандами, оторые объединяются в маросы. Задаваемые параметры придают этим действиям ибость, оторой иначе можно добиться тольо птем ропотливо о про раммирования. Хотя сами маросы прощают работ, их создание требет от пользователя затрат трда и времени. В Access имеется ооло пятидесяти марооманд. Техноло ии создания баз данных для персональных омпьютеров ориентированы на решение несложных задач с о раниченным объемом информации. 551

Оончание табл. 9.7 Наименование

Назначение

Мастер построения списов

Создает списи на основе полей из таблиц и запросов, SQL-выражений или предопределенно#о набора значений

Мастер построения омбинированных списов

Создает омбинированные списи на основе полей из таблиц и запросов, SQL-выражений или предопределенно#о набора значений

Мастер построения подчиненных форм

Создает подчиненню форм, оторая может слжить анало#ом объетов Grid или Browse в др#их системах правления базами данных

Мастер создания отчета

Создает отчет, в оторый выводятся выбранные пользователем поля из таблицы или запрос, с возможностями станови сортирови и #рппирови

Мастер создания налее

Позволяет создавать налейи, а стандартные, та и иных размеров

Мастер создания отчетов с диа#раммой

Позволяет выводить на печать диа#раммы, внешний вид оторых зависит от данных в таблице или запросе, являющихся источниом данных для отчета

Пользователь может направлять запросы в баз для добавления, даления, обновления, создания таблиц. Запросы можно составить и про раммным птем. Одна из сильных сторон технолоии Access — фильтры, оторые позволяют выбирать информацию с помощью запросов или становой ритериев. Создание параметричесих запросов дает возможность пользователю вводить значения для отбора данных. Наряд с формами для аждой таблицы мо т быть созданы отчеты с помощью средств СУБД или про раммным птем, что более трдоемо. Для аждой таблицы можно создать Автоотчет с выводом данных в столбец. При создании отчета с выбором полей, но без вывода всех имеющихся в таблице или запросе данных, Access позволяет обратиться  Мастер отчетов. Мастер отчетов помимо выбора полей, рппирет данные по аом — либо полю, станавливает интервал рппирови, порядо сортирови, диа раммы, мает отчета и е о стиль. Для построения еще более сложных отчетов использется Констртор отчетов. Про раммное создание отчетов использется для построения собственных мастеров. 550

Та б л и ц а 9 . 8 Способы создания таблиц в СУБД Access Способ создания

Описание

Режим создания

Пользователю предоставляется таблица с тридцатью полями, да необходимо ввести данные. После их сохранения Access решает, аой тип данных присвоить аждом полю. Ка недостато это#о способа следет отметить невозможность создать таблиц с полями примечаний

Констртор таблиц

После выбора этой операции отрывается Констртор таблиц, в отором пользователю необходимо самостоятельно создать поля, выбрать типы данных для полей, размеры полей и, если это необходимо, становить свойства полей

Мастер таблиц

Из определенно#о набора таблиц пользователь может создать таблиц по своем вс. Возможно, что неоторые таблицы целиом подойдт для данно#о приложения, следет их использовать, та а все средства хороши для то#о, чтобы побыстрее завершить процесс

Импорт таблиц

Позволяет импортировать данные из таблиц др#их приложений в баз данных. Новые таблицы теряют непосредственню связь с др#ими приложениями. В появившемся диало#овом оне необходимо выбрать тип файла и имя импортиремо#о файла. Тип файла ODBC позволяет импортировать данные пратичеси любо#о формата

Связь с таблицами

Очень похоже на предыдщий пнт, но при этом таблица остается в своем формате, т.е. может использоваться несольими приложениями

Техноло ия выполнения разнообразных действий и фнций с данными базы в среде Access осществляется мароомандами, оторые объединяются в маросы. Задаваемые параметры придают этим действиям ибость, оторой иначе можно добиться тольо птем ропотливо о про раммирования. Хотя сами маросы прощают работ, их создание требет от пользователя затрат трда и времени. В Access имеется ооло пятидесяти марооманд. Техноло ии создания баз данных для персональных омпьютеров ориентированы на решение несложных задач с о раниченным объемом информации. 551

9.4.4. Технолоия обработи тестовой информации Пользователь ПЭВМ часто встречается с необходимостью под отови тех или иных доментов — писем, статей, слжебных записо, отчетов, реламных материалов и т.д. Для под отови доментов тест редатиремо о домента выводится на эран, и пользователь может в диало овом режиме вносить в не о свои изменения. Все внесенные изменения фисирются. При распечате выводится отформатированный тест, в отором чтены все исправления. Пользователь может переносить части теста из одно о места домента в др ое, использовать несольо видов шрифтов для выделения отдельных частов теста, печатать под отовленный домент на принтере в нжном оличестве эземпляров. Удобство и эффетивность применения омпьютера для подотови теста привели  созданию множества про рамм для обработи доментов. Таие про раммы называются тестовыми процессорами или редаторами. Возможности этих про рамм различны — от про рамм, предназначенных для под отови небольших доментов простой стртры, до про рамм для набора, оформления и полной подотови  типо рафсом изданию ни и жрналов (издательсие системы). Редаторы тестов про рамм редатирют про раммы на том или ином язые про раммирования. Часто они встроены в систем про раммирования. Это редаторы Turbo (Borland), C++, Turbo Pascal, Multi-Edit, Brief и т.д. Они выполняют следющие фнции: диало овый просмотр теста, редатирование стро про раммы, опирование и перенос блоов теста, опирование одной про раммы или ее части в азанное место др ой про раммы, онтестный поис и замена подстро теста, автоматичесий поис строи, содержащей ошиб, распечата про раммы или ее части. Часто редаторы тестов про рамм позволяют автоматичеси проверять синтасичесю правильность про рамм. Ино да эти редаторы объединены с отладчиами про рамм на ровне исходно о теста. Редаторы тестов про рамм можно использовать для создания и орретирования небольших доментов. Однао для серьезной работы с доментами предпочтительнее использовать специальные редаторы, ориентированные на работ с тестами, имеющими стртр домента, т.е. состоящими из разделов, страниц, абзацев, предложений, слов и т.д. Таие редаторы обеспечивают следющие фнции: 552

— возможность использования различных шрифтов символов; — работ с пропорциональными шрифтами; — задание произвольных межстрочных промежтов; — автоматичесий перенос слов на новю стро; — автоматичесю нмерацию страниц; — обработ и нмерацию сносо; — печать верхних и нижних за оловов страниц; — выравнивание раев абзацев; — набор теста в несольо столбцов; — провер правописания и подбор синонимов; — построение о лавлений индесов; — сортиров тестов и данных и т.д. Сществет несольо сотен редаторов тестов — от самых простых до весьма мощных и сложных. Наиболее распространенные Microsoft Word, WordPerfect, WordStar. В США наиболее распространены Microsoft Word для WINDOWS и WordPerfect, в Европе и России — Microsoft Word. Среди простых редаторов теста в России распространение полчил Лесион. Он имеет интерфейс на рссом язые и позволяет отовить несложные доменты с тестом на рссом и ан лийсом языах. Лесион вполне подходит тем, ом нжен простой инстрмент для под отови небольших и несложных доментов, не требющих высоо о поли рафичесо о ачества. Пользователям, оторым требется обеспечить высоое ачество напечатанных доментов или под отовить сложные доменты большо о объема, реламные блеты или ни и, возможностей Лесиона недостаточно. Им лчше воспользоваться Microsoft Word. В Microsoft Word для WINDOWS реализована фоновая провера орфо рафии. По мере введения теста редатор проверяет е о и подчеривает слова, содержащие ошиби, расной волнистой чертой. Ошиби проверяются не тольо в словах, но и в выражениях. Сомнительные и ошибочные слова, словосочетания и предложения подчериваются волнистой зеленой линией. Microsoft Word — мощный интеллетальный тестовый редатор, добный в использовании инстрмент создания профессионально оформленных доментов. Он содержит инстрмент рисования таблиц, птем обычно о рисования линий в тех местах, де они должны быть в таблице. Эти линии автоматичеси превращаются в элементы таблицы. Выравнивание введенных линий по раям таблицы таже происходит автоматичеси. Кроме то о, Microsoft Word работает с Мастером писем. Последний позволяет становить параметры письма, е о оформле553

9.4.4. Технолоия обработи тестовой информации Пользователь ПЭВМ часто встречается с необходимостью под отови тех или иных доментов — писем, статей, слжебных записо, отчетов, реламных материалов и т.д. Для под отови доментов тест редатиремо о домента выводится на эран, и пользователь может в диало овом режиме вносить в не о свои изменения. Все внесенные изменения фисирются. При распечате выводится отформатированный тест, в отором чтены все исправления. Пользователь может переносить части теста из одно о места домента в др ое, использовать несольо видов шрифтов для выделения отдельных частов теста, печатать под отовленный домент на принтере в нжном оличестве эземпляров. Удобство и эффетивность применения омпьютера для подотови теста привели  созданию множества про рамм для обработи доментов. Таие про раммы называются тестовыми процессорами или редаторами. Возможности этих про рамм различны — от про рамм, предназначенных для под отови небольших доментов простой стртры, до про рамм для набора, оформления и полной подотови  типо рафсом изданию ни и жрналов (издательсие системы). Редаторы тестов про рамм редатирют про раммы на том или ином язые про раммирования. Часто они встроены в систем про раммирования. Это редаторы Turbo (Borland), C++, Turbo Pascal, Multi-Edit, Brief и т.д. Они выполняют следющие фнции: диало овый просмотр теста, редатирование стро про раммы, опирование и перенос блоов теста, опирование одной про раммы или ее части в азанное место др ой про раммы, онтестный поис и замена подстро теста, автоматичесий поис строи, содержащей ошиб, распечата про раммы или ее части. Часто редаторы тестов про рамм позволяют автоматичеси проверять синтасичесю правильность про рамм. Ино да эти редаторы объединены с отладчиами про рамм на ровне исходно о теста. Редаторы тестов про рамм можно использовать для создания и орретирования небольших доментов. Однао для серьезной работы с доментами предпочтительнее использовать специальные редаторы, ориентированные на работ с тестами, имеющими стртр домента, т.е. состоящими из разделов, страниц, абзацев, предложений, слов и т.д. Таие редаторы обеспечивают следющие фнции: 552

— возможность использования различных шрифтов символов; — работ с пропорциональными шрифтами; — задание произвольных межстрочных промежтов; — автоматичесий перенос слов на новю стро; — автоматичесю нмерацию страниц; — обработ и нмерацию сносо; — печать верхних и нижних за оловов страниц; — выравнивание раев абзацев; — набор теста в несольо столбцов; — провер правописания и подбор синонимов; — построение о лавлений индесов; — сортиров тестов и данных и т.д. Сществет несольо сотен редаторов тестов — от самых простых до весьма мощных и сложных. Наиболее распространенные Microsoft Word, WordPerfect, WordStar. В США наиболее распространены Microsoft Word для WINDOWS и WordPerfect, в Европе и России — Microsoft Word. Среди простых редаторов теста в России распространение полчил Лесион. Он имеет интерфейс на рссом язые и позволяет отовить несложные доменты с тестом на рссом и ан лийсом языах. Лесион вполне подходит тем, ом нжен простой инстрмент для под отови небольших и несложных доментов, не требющих высоо о поли рафичесо о ачества. Пользователям, оторым требется обеспечить высоое ачество напечатанных доментов или под отовить сложные доменты большо о объема, реламные блеты или ни и, возможностей Лесиона недостаточно. Им лчше воспользоваться Microsoft Word. В Microsoft Word для WINDOWS реализована фоновая провера орфо рафии. По мере введения теста редатор проверяет е о и подчеривает слова, содержащие ошиби, расной волнистой чертой. Ошиби проверяются не тольо в словах, но и в выражениях. Сомнительные и ошибочные слова, словосочетания и предложения подчериваются волнистой зеленой линией. Microsoft Word — мощный интеллетальный тестовый редатор, добный в использовании инстрмент создания профессионально оформленных доментов. Он содержит инстрмент рисования таблиц, птем обычно о рисования линий в тех местах, де они должны быть в таблице. Эти линии автоматичеси превращаются в элементы таблицы. Выравнивание введенных линий по раям таблицы таже происходит автоматичеси. Кроме то о, Microsoft Word работает с Мастером писем. Последний позволяет становить параметры письма, е о оформле553

ние, вставить общий тест (например, обратный адрес и адрес полчателя), а таже отправить письмо. Для под отови реламных блетов, оформления жрналов и ни использются специальные издательсие системы. Они позволяют отовить и печатать на лазерных принтерах или выводить на фотонаборные автоматы сложные доменты высоо о ачества. Имеются два основных вида издательсих систем. Издательсие системы перво о вида очень добны для под отови небольших материалов с иллюстрациями, рафиами, диа раммами, различными шрифтами в тесте, например, азет, небольших жрналов. Типичный пример таой системы — Aldus Page Maker. Издательсие системы второ о вида более подходят для подотови больших доментов, например, ни . Одной из самых распространенных таих систем является система Ventura Publisher (Corel Ventura). Ventura правляется меню и может считывать тесты, под отовленные с помощью др их тестовых редаторов (например, Microsoft Word), сохраняя при этом параметры форматирования, заданные этими редаторами. Основная операция, для оторой использется издательсие системы — это верста (размещение теста по страницам домента, встава риснов, оформление теста различными шрифтами и т.д.). В режиме ввода редатирования теста Ventura и Aldus Page Maker значительно стпают в сорости и добстве редаторам тестов. Поэтом чаще все о доменты под отавливаются в два этапа: набирают тест в редаторе типа Microsoft Word, а затем считывают е о системой Aldus Page Maker или Ventura и осществляют оончательню под отов домента. Основные фнции издательсих систем следющие: использование сотен видов шрифтов (начертаний и размеров символов теста), оторые отображаются на эране таже, а при печати, размещение фра ментов в доменте, изменения и орретирова риснов и диа рамм, растя ивание бв в тесте (разряда), сближение их др с др ом, под отова таблиц, выравнивание нижне о рая теста на странице на заданню раниц (чтобы страницы домента имели единообразный вид), набор формл и т.д. Мно им пользователям для издательсих работ оазывается вполне достаточно возможностей Microsoft Word для WINDOWS. В последнее время производители издательсих систем стали встраивать в них элементы профессионально о цветоделения, обеспечивающие под отов высооачественных цветных изданий, а таже средства рафичесих редаторов. 554

9.4.5. Технолоия обработи табличной информации Множество задач, оторые предстоит решать фирмам и предприятиям, носят четно-аналитичесих харатер и требют табличной омпонови данных с подведением ито ов по различным рппам и разделам данных, например при составлении баланса, справо для нало овых ор анов, возможных финансовых отчетов и т.п. Для хранения и обработи информации, представленной в табличной форме использют элетронные таблицы (ЭТ). Про раммные средства для проетирования таблиц называют таже табличными процессорами. Они позволяют не тольо создавать таблицы, но и автоматизировать обработ табличных данных. Кроме то о, с помощью ЭТ можно выполнять различные эономичесие, бх алтерсие и инженерные расчеты, а таже строить разно о рода диа раммы, проводить сложный эономичесий анализ, моделировать и оптимизировать решение хозяйственных различных операций и мно ое др ое. Фнции табличных процессоров весьма разнообразны и влючают: — создание и редатирование ЭТ; — оформление и печать ЭТ; — создание мно отабличных доментов, объединенных формлами; — построение диа рамм, их модифиацию и решение эономичесих задач рафичесими методами; — работ с элетронными таблицами а с базами данных (сортирова таблиц, выбора данных по запросам); — создание ито овых и сводных таблиц; — использование при построении таблиц информации из внешних баз данных; — решение эономичесих задач типа «что — если» птем подбора параметров; — решение оптимизационных задач; — статистичесю обработ данных; — создание слайд-шо; — разработ марооманд, настрой среды под потребности пользователя и т.д. Табличные процессоры различаются в основном набором выполняемых фнций и добством интерфейса, поэтом целесообразно проанализировать лишь широо использемые про раммные продты. Перспетивные направления в разработе ЭТ основными фирмами-разработчиами определяются по-разном. 555

ние, вставить общий тест (например, обратный адрес и адрес полчателя), а таже отправить письмо. Для под отови реламных блетов, оформления жрналов и ни использются специальные издательсие системы. Они позволяют отовить и печатать на лазерных принтерах или выводить на фотонаборные автоматы сложные доменты высоо о ачества. Имеются два основных вида издательсих систем. Издательсие системы перво о вида очень добны для под отови небольших материалов с иллюстрациями, рафиами, диа раммами, различными шрифтами в тесте, например, азет, небольших жрналов. Типичный пример таой системы — Aldus Page Maker. Издательсие системы второ о вида более подходят для подотови больших доментов, например, ни . Одной из самых распространенных таих систем является система Ventura Publisher (Corel Ventura). Ventura правляется меню и может считывать тесты, под отовленные с помощью др их тестовых редаторов (например, Microsoft Word), сохраняя при этом параметры форматирования, заданные этими редаторами. Основная операция, для оторой использется издательсие системы — это верста (размещение теста по страницам домента, встава риснов, оформление теста различными шрифтами и т.д.). В режиме ввода редатирования теста Ventura и Aldus Page Maker значительно стпают в сорости и добстве редаторам тестов. Поэтом чаще все о доменты под отавливаются в два этапа: набирают тест в редаторе типа Microsoft Word, а затем считывают е о системой Aldus Page Maker или Ventura и осществляют оончательню под отов домента. Основные фнции издательсих систем следющие: использование сотен видов шрифтов (начертаний и размеров символов теста), оторые отображаются на эране таже, а при печати, размещение фра ментов в доменте, изменения и орретирова риснов и диа рамм, растя ивание бв в тесте (разряда), сближение их др с др ом, под отова таблиц, выравнивание нижне о рая теста на странице на заданню раниц (чтобы страницы домента имели единообразный вид), набор формл и т.д. Мно им пользователям для издательсих работ оазывается вполне достаточно возможностей Microsoft Word для WINDOWS. В последнее время производители издательсих систем стали встраивать в них элементы профессионально о цветоделения, обеспечивающие под отов высооачественных цветных изданий, а таже средства рафичесих редаторов. 554

9.4.5. Технолоия обработи табличной информации Множество задач, оторые предстоит решать фирмам и предприятиям, носят четно-аналитичесих харатер и требют табличной омпонови данных с подведением ито ов по различным рппам и разделам данных, например при составлении баланса, справо для нало овых ор анов, возможных финансовых отчетов и т.п. Для хранения и обработи информации, представленной в табличной форме использют элетронные таблицы (ЭТ). Про раммные средства для проетирования таблиц называют таже табличными процессорами. Они позволяют не тольо создавать таблицы, но и автоматизировать обработ табличных данных. Кроме то о, с помощью ЭТ можно выполнять различные эономичесие, бх алтерсие и инженерные расчеты, а таже строить разно о рода диа раммы, проводить сложный эономичесий анализ, моделировать и оптимизировать решение хозяйственных различных операций и мно ое др ое. Фнции табличных процессоров весьма разнообразны и влючают: — создание и редатирование ЭТ; — оформление и печать ЭТ; — создание мно отабличных доментов, объединенных формлами; — построение диа рамм, их модифиацию и решение эономичесих задач рафичесими методами; — работ с элетронными таблицами а с базами данных (сортирова таблиц, выбора данных по запросам); — создание ито овых и сводных таблиц; — использование при построении таблиц информации из внешних баз данных; — решение эономичесих задач типа «что — если» птем подбора параметров; — решение оптимизационных задач; — статистичесю обработ данных; — создание слайд-шо; — разработ марооманд, настрой среды под потребности пользователя и т.д. Табличные процессоры различаются в основном набором выполняемых фнций и добством интерфейса, поэтом целесообразно проанализировать лишь широо использемые про раммные продты. Перспетивные направления в разработе ЭТ основными фирмами-разработчиами определяются по-разном. 555

Фирма Microsoft деляет первостепенное внимание совершенствованию набора фнциональных средств Excel. В Excel мно ие фнции разработаны более тщательно, чем в др их элетронных таблицах. Кроме то о, возможность использования массивов в Excel обеспечивает большю ибость при работе с таблицами. Фирма Lotus основные силия сонцентрировала на разработе инстрментов рпповой работы. Версия 4.0 паета Lotus 1-2-3 дополнена Version Manager для моделирования по принцип «что — если», а версия 5.0 дополнена средствами маршртизации и связи с Notes, что позволяет создать приложения в др их паетах. Lotus 1-2-3 имеет ряд сильных сторон,  оторым можно отнести простот создания и редатирования рафиов, а таже наиболее ло ичню стртр трехмерных таблиц. Предсматривается таже совершенствование рпповой работы с таблицами: использование Team Consolidate предоставляет возможность рппе пользователей редатировать опии ЭТ, а затем их объединять. В версию паета для WINDOWS влючен язы про раммирования Lotus Script. Пает Quattro Pro в резльтате тестирования полчил достаточно высоие оцени, но ни одна из особенностей паета не вызвала  себе повышенно о внимания. Наиболее привлеательными оазались возможности сортирови данных (оторые хорошо реализованы в Excel), а таже добство эсплатации. В32,249 mmтоже время отмечались сложности при освоении рафичесих возможностей Quattro Pro и недостаточный объем справочной информации. Ситация, сложившаяся  настоящем времени на рыне ЭТ, харатеризется явным лидирющим положением фирмы Microsoft — 80% всех пользователей ЭТ предпочитают Excel. На втором месте по объем продаж — Lotus 1-2-3, а затем Quattro Pro. Элетронные таблицы состоят из столбцов и стро. Для обозначения стро использется цифровая нмерация, столбцов — бвенные индесы. Количество стро и столбцов в разных ЭТ различно. Например, в табличном процессоре Excel 256 столбцов и более 16 тысяч стро. Место пересечения строи и столбца называется ячейой. Каждая ячейа имеет свой ниальный идентифиатор (адрес), состоящий их имени столбца и номера строи, например, А28, В97 и т.п. ЭТ мо т содержать несольо рабочих бланов, оторые объединяются в один файл и носят название рабочей ни и. В ни  можно поместить несольо различных типов доментов, например, рабочий лист с ЭТ, лист диа рамм, лист маросов и т.п. 556

В ЭТ можно работать а с отдельными ячейами, та и с рппой ячее, оторые образют бло. Имена ячее в блоах разделяются двоеточием (:), например, бло А1:В4 влючает в себя ячейи А1, А2, А3, А4, В1, В2, В3, В4. С блоами ячее, в основном, выполняются операции опирования, даления, перемещения., встави и т.д. Адреса использются в формлах а ссыли на определенные ячейи. Таим образом, введенные один раз значения можно мно оратно и в любом месте таблицы использовать без повторно о набора. Соответственно, при изменении значения ячейи автоматичеси произойдт изменения в тех формлах, в оторых содержатся ссыли на данню ячей. Техноло ия работы с табличным доментом анало ична процедрам под отови тестовых доментов: редатиремый отчет в виде таблицы выводится на эран, и пользователь может в диало овом режиме вносить в не о свои изменения (т.е. редатировать содержимое лето ЭТ). Все внесенные изменения сраз же отображаются на эране омпьютера. В лети ЭТ мо т быть введены тест, цифры и формлы. Во всех табличных процессорах сществет синтасичесие со лашения, позволяющие отличить формально — цифровю информацию от тестовой, оторых должен придерживаться пользователь, если хочет добиться правильных резльтатов. Обычно синтасичесие правила интитивно понятны и ле о запоминаются (например, задание формлы начинается со знаа «=» и т.п.). Формла — это выражение, состоящее из числовых величин и арифметичесих операций. Кроме числовых величин, в формл мо т входить в ачестве доментов адреса ячее, фнции и др ие формлы. Пример формлы: = А5/Н8*12. В ячейе, в оторой находится формла, виден тольо резльтат вычислений. Сам формл можно видеть в строе ввода, о да данная ячейа станет ативной. Фнции представляют собой запро раммированные формлы, позволяющие проводить часто встречающиеся последовательности вычислений. Например, фнция автосммирования может быть представлена следющим образом: = СУММ: (Al:А4). В Microsoft Excel можно работать с четырьмя основными типами доментов: элетронной таблицей (в Excel ЭТ называется рабочим бланом), рабочей ни ой, диа раммой, маротаблицей. Рабочий блан слжит для ор анизации и анализа данных. Одновременно на несольих бланах данные можно вводить, править, производить с ними вычисления. В ни  можно вставить листы диа рамм для рафичесо о представления данных и модли для создания и хранения маросов, использемых при хранении специальных задач. 557

Фирма Microsoft деляет первостепенное внимание совершенствованию набора фнциональных средств Excel. В Excel мно ие фнции разработаны более тщательно, чем в др их элетронных таблицах. Кроме то о, возможность использования массивов в Excel обеспечивает большю ибость при работе с таблицами. Фирма Lotus основные силия сонцентрировала на разработе инстрментов рпповой работы. Версия 4.0 паета Lotus 1-2-3 дополнена Version Manager для моделирования по принцип «что — если», а версия 5.0 дополнена средствами маршртизации и связи с Notes, что позволяет создать приложения в др их паетах. Lotus 1-2-3 имеет ряд сильных сторон,  оторым можно отнести простот создания и редатирования рафиов, а таже наиболее ло ичню стртр трехмерных таблиц. Предсматривается таже совершенствование рпповой работы с таблицами: использование Team Consolidate предоставляет возможность рппе пользователей редатировать опии ЭТ, а затем их объединять. В версию паета для WINDOWS влючен язы про раммирования Lotus Script. Пает Quattro Pro в резльтате тестирования полчил достаточно высоие оцени, но ни одна из особенностей паета не вызвала  себе повышенно о внимания. Наиболее привлеательными оазались возможности сортирови данных (оторые хорошо реализованы в Excel), а таже добство эсплатации. В32,249 mmтоже время отмечались сложности при освоении рафичесих возможностей Quattro Pro и недостаточный объем справочной информации. Ситация, сложившаяся  настоящем времени на рыне ЭТ, харатеризется явным лидирющим положением фирмы Microsoft — 80% всех пользователей ЭТ предпочитают Excel. На втором месте по объем продаж — Lotus 1-2-3, а затем Quattro Pro. Элетронные таблицы состоят из столбцов и стро. Для обозначения стро использется цифровая нмерация, столбцов — бвенные индесы. Количество стро и столбцов в разных ЭТ различно. Например, в табличном процессоре Excel 256 столбцов и более 16 тысяч стро. Место пересечения строи и столбца называется ячейой. Каждая ячейа имеет свой ниальный идентифиатор (адрес), состоящий их имени столбца и номера строи, например, А28, В97 и т.п. ЭТ мо т содержать несольо рабочих бланов, оторые объединяются в один файл и носят название рабочей ни и. В ни  можно поместить несольо различных типов доментов, например, рабочий лист с ЭТ, лист диа рамм, лист маросов и т.п. 556

В ЭТ можно работать а с отдельными ячейами, та и с рппой ячее, оторые образют бло. Имена ячее в блоах разделяются двоеточием (:), например, бло А1:В4 влючает в себя ячейи А1, А2, А3, А4, В1, В2, В3, В4. С блоами ячее, в основном, выполняются операции опирования, даления, перемещения., встави и т.д. Адреса использются в формлах а ссыли на определенные ячейи. Таим образом, введенные один раз значения можно мно оратно и в любом месте таблицы использовать без повторно о набора. Соответственно, при изменении значения ячейи автоматичеси произойдт изменения в тех формлах, в оторых содержатся ссыли на данню ячей. Техноло ия работы с табличным доментом анало ична процедрам под отови тестовых доментов: редатиремый отчет в виде таблицы выводится на эран, и пользователь может в диало овом режиме вносить в не о свои изменения (т.е. редатировать содержимое лето ЭТ). Все внесенные изменения сраз же отображаются на эране омпьютера. В лети ЭТ мо т быть введены тест, цифры и формлы. Во всех табличных процессорах сществет синтасичесие со лашения, позволяющие отличить формально — цифровю информацию от тестовой, оторых должен придерживаться пользователь, если хочет добиться правильных резльтатов. Обычно синтасичесие правила интитивно понятны и ле о запоминаются (например, задание формлы начинается со знаа «=» и т.п.). Формла — это выражение, состоящее из числовых величин и арифметичесих операций. Кроме числовых величин, в формл мо т входить в ачестве доментов адреса ячее, фнции и др ие формлы. Пример формлы: = А5/Н8*12. В ячейе, в оторой находится формла, виден тольо резльтат вычислений. Сам формл можно видеть в строе ввода, о да данная ячейа станет ативной. Фнции представляют собой запро раммированные формлы, позволяющие проводить часто встречающиеся последовательности вычислений. Например, фнция автосммирования может быть представлена следющим образом: = СУММ: (Al:А4). В Microsoft Excel можно работать с четырьмя основными типами доментов: элетронной таблицей (в Excel ЭТ называется рабочим бланом), рабочей ни ой, диа раммой, маротаблицей. Рабочий блан слжит для ор анизации и анализа данных. Одновременно на несольих бланах данные можно вводить, править, производить с ними вычисления. В ни  можно вставить листы диа рамм для рафичесо о представления данных и модли для создания и хранения маросов, использемых при хранении специальных задач. 557

Рабочая ни а представляет собой элетронный эвивалент папи соросшивателя. Кни а состоит из листов имена, оторых выводятся на ярлычах в нижней части эрана. По молчанию ни а отрывается с 16 рабочими листами — Лист 1, Лист 2, …, Лист 16, однао их число можно величить или меньшить. В ни  можно поместить несольо различных типов доментов, например рабочий лист с элетронной таблицей, лист диарамм, лист маросов и т.п. Диа рамма представляет собой рафичесое изображение связей межд числами ЭТ. Она позволяет поазать оличественное соотношение межд сопоставляемыми величинами. Маротаблица (марос) — это последовательность оманд, оторю приходится постоянно выполнять пользователю в повседневной работе. Маросы позволяют автоматизировать часто встречающиеся операции. Любая ЭТ состоит из следющих элементов: за олова таблицы, за олова столбцов, (шапи таблицы); информационной части (исходных и выходных данных, расположенных в соответствющих ячейах). Процесс проетирования ЭТ состоит из следющих этапов: — формирования за олова ЭТ; — ввода названий раф домента; — ввода исходных данных; — ввода расчетных формл; — форматирования ЭТ с целью придания ей профессионально о вида; — под отова  печати и ее печать. При необходимости ЭТ мо т сопровождаться различными пояснительными омментариями и диа раммами. Excel предоставляет большой набор возможностей по рафичесом представлению данных. Имеется возможность выбора из14 различных типов диа рамм, причем аждый тип диа рамм имеет несольо разновидностей (подтипов). Диа раммы можно строить либо на рабочем блане таблицы, либо на новом рабочем блане. Создать диа рамм в Excel можно по ша ам с помощью Мастера диа рамм, вызов оторо о осществляется с панели инстрментов диа рамм. При использовании Мастера диа рамм можно просмотреть любой тип диа раммы и выбрать наиболее дачный для данной таблицы. Влюченная в рабочий блан диа рамма может находиться в одном из трех режимов: — просмотра, о да диа рамма выделена по периметр прямо ольниом; 558

— перемещения, изменения размера и даления, о да диарамма по периметр выбелена прямо ольниом с маленьим вадратиом; — редатирования, о да диа рамма выделена по периметр синим цветом или выделен синим цветом за олово. — Представление данных в виде диа рамм позволяет на лядно представить числовые данные и осществить их анализ по несольим направлениям.

9.4.6. Технолоия использования автоматизированных банов данных Автоматизированный бан данных (АБнД) — это автоматизированная система, представляющая совопность информационных, про раммных, техничесих средств и персонала, обеспечивающих хранение, наопление, обновление, поис и выдач данных. Главными составляющими бана данных являются база данных (БД), про раммные средства и администратор АБнД . Использование принципов базы и бана данных предпола ает ор анизацию хранения информации в виде базы данных, де все данные собраны в едином инте рированном хранилище и  информации а важнейшем ресрс обеспечен широий достп разнообразных пользователей. Таая ор анизация данных решает целый ряд проблем: — отпадает необходимость в аждой приладной про рамме детально решать вопросы ор анизации файлов. — страняется мно оратный ввод и дблирование тех же данных. — не возниает проблемы изменения приладных про рамм и связи с заменой физичесих стройств или изменение стртры данных. — повышается ровень надежности и защищенности информации. — меньшается избыточность данных. Перечисленные достоинства обеспечиваются способами лоичесой и физичесой ор анизации данных, заладываемыми на стадии проетирования внтримашинно о информационно о обеспечения. Техноло ия баз и банов данных является ведщим направлением ор анизации внтримашинно о информационно о обеспечения. Развитие техноло ий баз и банов данных определяется рядом фаторов: ростом информационных потребностей пользователей, требованиями эффетивно о достпа  информации, 559

Рабочая ни а представляет собой элетронный эвивалент папи соросшивателя. Кни а состоит из листов имена, оторых выводятся на ярлычах в нижней части эрана. По молчанию ни а отрывается с 16 рабочими листами — Лист 1, Лист 2, …, Лист 16, однао их число можно величить или меньшить. В ни  можно поместить несольо различных типов доментов, например рабочий лист с элетронной таблицей, лист диарамм, лист маросов и т.п. Диа рамма представляет собой рафичесое изображение связей межд числами ЭТ. Она позволяет поазать оличественное соотношение межд сопоставляемыми величинами. Маротаблица (марос) — это последовательность оманд, оторю приходится постоянно выполнять пользователю в повседневной работе. Маросы позволяют автоматизировать часто встречающиеся операции. Любая ЭТ состоит из следющих элементов: за олова таблицы, за олова столбцов, (шапи таблицы); информационной части (исходных и выходных данных, расположенных в соответствющих ячейах). Процесс проетирования ЭТ состоит из следющих этапов: — формирования за олова ЭТ; — ввода названий раф домента; — ввода исходных данных; — ввода расчетных формл; — форматирования ЭТ с целью придания ей профессионально о вида; — под отова  печати и ее печать. При необходимости ЭТ мо т сопровождаться различными пояснительными омментариями и диа раммами. Excel предоставляет большой набор возможностей по рафичесом представлению данных. Имеется возможность выбора из14 различных типов диа рамм, причем аждый тип диа рамм имеет несольо разновидностей (подтипов). Диа раммы можно строить либо на рабочем блане таблицы, либо на новом рабочем блане. Создать диа рамм в Excel можно по ша ам с помощью Мастера диа рамм, вызов оторо о осществляется с панели инстрментов диа рамм. При использовании Мастера диа рамм можно просмотреть любой тип диа раммы и выбрать наиболее дачный для данной таблицы. Влюченная в рабочий блан диа рамма может находиться в одном из трех режимов: — просмотра, о да диа рамма выделена по периметр прямо ольниом; 558

— перемещения, изменения размера и даления, о да диарамма по периметр выбелена прямо ольниом с маленьим вадратиом; — редатирования, о да диа рамма выделена по периметр синим цветом или выделен синим цветом за олово. — Представление данных в виде диа рамм позволяет на лядно представить числовые данные и осществить их анализ по несольим направлениям.

9.4.6. Технолоия использования автоматизированных банов данных Автоматизированный бан данных (АБнД) — это автоматизированная система, представляющая совопность информационных, про раммных, техничесих средств и персонала, обеспечивающих хранение, наопление, обновление, поис и выдач данных. Главными составляющими бана данных являются база данных (БД), про раммные средства и администратор АБнД . Использование принципов базы и бана данных предпола ает ор анизацию хранения информации в виде базы данных, де все данные собраны в едином инте рированном хранилище и  информации а важнейшем ресрс обеспечен широий достп разнообразных пользователей. Таая ор анизация данных решает целый ряд проблем: — отпадает необходимость в аждой приладной про рамме детально решать вопросы ор анизации файлов. — страняется мно оратный ввод и дблирование тех же данных. — не возниает проблемы изменения приладных про рамм и связи с заменой физичесих стройств или изменение стртры данных. — повышается ровень надежности и защищенности информации. — меньшается избыточность данных. Перечисленные достоинства обеспечиваются способами лоичесой и физичесой ор анизации данных, заладываемыми на стадии проетирования внтримашинно о информационно о обеспечения. Техноло ия баз и банов данных является ведщим направлением ор анизации внтримашинно о информационно о обеспечения. Развитие техноло ий баз и банов данных определяется рядом фаторов: ростом информационных потребностей пользователей, требованиями эффетивно о достпа  информации, 559

появлением новых видов массовой памяти, величением ее объемов, новыми средствами и возможностями в области оммниаций и мно им др им. В отличие от лоально ор анизованных информационных массивов, ориентированных на решение отдельных задач, база данных является инте рированной системой информации, довлетворяющей ряд требований: — соращению избыточности в хранении данных; — странению противоречивости в них; — совместном использованию для решения большо о р а задач, в том числе и новых; — добства достпа  данным; — безопасности хранения данных в базе, защиты данных; — независимости данных от внешних словий в резльтате развития информационно о обеспечения; — снижение затрат не тольо на создание и хранение данных, но и на поддержание их в атальном состоянии; — наличие ибих ор анизационных форм эсплатации. Реализация азанных требований дает высою производительность и эффетивность работы с данными для пользователей в больших объемах. Напомним, что база данных (БД) — это специальным образом ор анизованное хранение информационных ресрсов в виде инте рированной совопности файлов, обеспечивающей добное взаимодействие межд ними и быстрый достп  данным. Наиболее общее представление о базе данных залючается в следющем. База данных — это совопность хранимых во внешней памяти ЭВМ большо о объема данных; база данных является собой омплес взаимосвязанных данных, предназначенных для обеспечения информационных нжд различных пользователей, аждый из оторых имеет отношение  отдельным, возможно, совместно использемым частям данных; работа с базой данных может осществляться либо в паетном режиме, либо с даленных терминалов в режиме реально о времени. База данных — это динамичный объет, меняющий значения при изменении состояния отражаемой предметной области (внешних словий по отношению  базе). Под предметной областью понимаются часть реально о мира (объетов, процессов), оторая должна быть адеватно, в полном информационном объёме представлена в базе данных. Данные в базе ор анизются в единю целостню систем, что обеспечивает более производительню работ пользователей с большими объёмами данных. 560

Таим образом, база данных — это совопность хранимых в памяти ЭВМ и специальным образом ор анизованных взаимосвязанных данных, отображающих состояние предметной области. База данных таже предназначена для обеспечения информационных нжд определенных пользователей. Про раммные средства — это приладное про раммное обеспечение, добные пользовательсие про раммы, написанные на языах СУБД. Система правления базами данных является составной частью автоматизированно о бана данных и обеспечивает работ приладных про рамм с базой данных. Одним из важнейших назначений СУБД является обеспечение независимости данных. Под этим термином понимается независимость данных и использющих их приладных про рамм др от др а, в том смысле, что изменение одних не ведет  изменению др их. Необходимо таже отметить таие возможности СУБД, а обеспечение защиты и серетности данных, восстановление баз данных после сбоев, ведение чета работы с базами данных. Однао, это является неполным перечнем то о. что должна осществлять СУБД для обеспечения интерфейса пользователей с базами данных и жизнеспособности все о автоматизированно о бана данных. Система правления данными имеет набор средств, оторые обеспечивают вполне определенные способы достпа  данным. Наиболее общими операциями, оторые выполняются средствами СУБД, являются операции поиса, исправления, добавления и даления данных. Необходимо отметить, что операции поиса является лавной среди азанных. Степень реализации принципа независимости данных определяет ибость СУБД. Учет особенностей обработи данных в аой-либо предметной области позволяет спроетировать специализированные СУБД, ориентированные на применение в соответствющей предметной области. Сществют и ниверсальные СУБД, использемые для различных приложений. Процесс настройи СУБД на онретню область применения называется енерацией системы. К ниверсальным относятся следющие системы: dBase, Paradox, Microsoft Access, Oracle. Кроме важнейших составляющих БД и СУБД бан данных влючает ряд др их составляющих. Остановимся на их ратом рассмотрении. Языовые средства влючают языи про раммирования, языи запросов и ответов, языи описания данных. 561

появлением новых видов массовой памяти, величением ее объемов, новыми средствами и возможностями в области оммниаций и мно им др им. В отличие от лоально ор анизованных информационных массивов, ориентированных на решение отдельных задач, база данных является инте рированной системой информации, довлетворяющей ряд требований: — соращению избыточности в хранении данных; — странению противоречивости в них; — совместном использованию для решения большо о р а задач, в том числе и новых; — добства достпа  данным; — безопасности хранения данных в базе, защиты данных; — независимости данных от внешних словий в резльтате развития информационно о обеспечения; — снижение затрат не тольо на создание и хранение данных, но и на поддержание их в атальном состоянии; — наличие ибих ор анизационных форм эсплатации. Реализация азанных требований дает высою производительность и эффетивность работы с данными для пользователей в больших объемах. Напомним, что база данных (БД) — это специальным образом ор анизованное хранение информационных ресрсов в виде инте рированной совопности файлов, обеспечивающей добное взаимодействие межд ними и быстрый достп  данным. Наиболее общее представление о базе данных залючается в следющем. База данных — это совопность хранимых во внешней памяти ЭВМ большо о объема данных; база данных является собой омплес взаимосвязанных данных, предназначенных для обеспечения информационных нжд различных пользователей, аждый из оторых имеет отношение  отдельным, возможно, совместно использемым частям данных; работа с базой данных может осществляться либо в паетном режиме, либо с даленных терминалов в режиме реально о времени. База данных — это динамичный объет, меняющий значения при изменении состояния отражаемой предметной области (внешних словий по отношению  базе). Под предметной областью понимаются часть реально о мира (объетов, процессов), оторая должна быть адеватно, в полном информационном объёме представлена в базе данных. Данные в базе ор анизются в единю целостню систем, что обеспечивает более производительню работ пользователей с большими объёмами данных. 560

Таим образом, база данных — это совопность хранимых в памяти ЭВМ и специальным образом ор анизованных взаимосвязанных данных, отображающих состояние предметной области. База данных таже предназначена для обеспечения информационных нжд определенных пользователей. Про раммные средства — это приладное про раммное обеспечение, добные пользовательсие про раммы, написанные на языах СУБД. Система правления базами данных является составной частью автоматизированно о бана данных и обеспечивает работ приладных про рамм с базой данных. Одним из важнейших назначений СУБД является обеспечение независимости данных. Под этим термином понимается независимость данных и использющих их приладных про рамм др от др а, в том смысле, что изменение одних не ведет  изменению др их. Необходимо таже отметить таие возможности СУБД, а обеспечение защиты и серетности данных, восстановление баз данных после сбоев, ведение чета работы с базами данных. Однао, это является неполным перечнем то о. что должна осществлять СУБД для обеспечения интерфейса пользователей с базами данных и жизнеспособности все о автоматизированно о бана данных. Система правления данными имеет набор средств, оторые обеспечивают вполне определенные способы достпа  данным. Наиболее общими операциями, оторые выполняются средствами СУБД, являются операции поиса, исправления, добавления и даления данных. Необходимо отметить, что операции поиса является лавной среди азанных. Степень реализации принципа независимости данных определяет ибость СУБД. Учет особенностей обработи данных в аой-либо предметной области позволяет спроетировать специализированные СУБД, ориентированные на применение в соответствющей предметной области. Сществют и ниверсальные СУБД, использемые для различных приложений. Процесс настройи СУБД на онретню область применения называется енерацией системы. К ниверсальным относятся следющие системы: dBase, Paradox, Microsoft Access, Oracle. Кроме важнейших составляющих БД и СУБД бан данных влючает ряд др их составляющих. Остановимся на их ратом рассмотрении. Языовые средства влючают языи про раммирования, языи запросов и ответов, языи описания данных. 561

Методичесие средства — это инстрции и реомендации по созданию и фнционированию БнД, выбор СУБД. Техничесой основой БнД является ЭВМ, довлетворяющая определенным требованиям по своим техничесим харатеристиам. Обслживающий персонал влючает про раммистов, инженеров по техничесом обслживанию ЭВМ, административный аппарат, в том числе администратора БД. Их задача — онтроль за работой БнД, обеспечение совместимости и взаимодействия всех составляющих, а таже правление фнционированием БнД, онтроль за ачеством информации и довлетворение информационных потребностей. В минимальном варианте все эти фнции для пользователя мо т обеспечиваться одним лицом или выполняться ор анизацией, поставляющей про раммные средства и выполняющей их поддерж и сопровождение. Особю роль и рает администратор базы или бана данных (АБД). Администратор правляет данными, персоналом, обслживающими БнД. Важной задачей администратора БД является защита данных от разршения, несанционированно о и неомпетентно о достпа. Администратор предоставляет пользователям большие или меньшие полномочия на достп о всей или части базы. Для выполнения фнций администратора в СУБД предсмотрены различные слжебные про раммы. Администрирование базой данных предсматривает выполнение фнций обеспечения надежной и эффетивной работы БД, довлетворение информационных потребностей пользователей, отображение в базе данных динамии предметной области. Главными пользователями баз и банов данных являются онечные пользователи, т.е. специалисты, ведщие различные части эономичесой работы. Их состав неоднороден, они различаются по валифиации, степени профессионализма, ровню в системе правления: лавный бх алтер, бх алтер, операционист, начальни редитно о отдела и т.д. Удовлетворение их информационных потребностей — это решение большо о числа проблем в ор анизации внтримашинно о информационно о обеспечения. Специальню рпп пользователей БнД образют приладные про раммисты. Обычно они и рают роль посредниов межд БД и онечными пользователями, та а создают добные пользовательсие про раммы на языах СУБД. Централизованный харатер правления данными вызывает необходимость администрирования таой сложной системы, а бан данных. Преимщества работы с БнД для пользователя опают затраты и издержи на е о создание, та а: 562

— повышается производительность работы пользователей, дости ается эффетивное довлетворение информационных потребностей; — централизованное правление данными освобождает приладных про раммистов от ор анизации данных, обеспечивает независимость приладных про рамм от данных; — развитая ор анизация БД позволяет выполнять разнообразные нере ламентированные запросы, новые приложения; — снижаются затраты не тольо на создание и хранение данных, но и на поддержание в атальном и динамичном состоянии; меньшаются потои данных, цирлирющих в системе, соращается их избыточность и дблирование. Ка бан данных, та и база данных мо т быть сосредоточены на одном омпьютере или распределены межд несольими омпьютерами. Для то о, чтобы данные одно о исполнителя были достпны др им и наоборот, эти омпьютеры должны быть соединены в единю вычислительню систем с помощью вычислительных сетей. Бан и база данных, расположенные на одном омпьютере, называются лоальными, а на несольих соединенных сетями ПЭВМ называются распределенными. Распределенные бани и базы данных более иби и адаптивны, менее чвствительны  выход из строя обордования. Назначение лоальных баз и банов данных состоит в ор анизации более просто о и дешево о способа информационно о обслживания пользователей при работе с небольшими объемами данных в решении несложных задач. Лоальные базы данных эффетивны при работе одно о или несольих пользователей, о да имеется возможность со ласования их деятельности административным птем. Таие системы просты и надежны за счет своей лоальности и ор анизованной независимости. Назначение распределенных баз и банов данных состоит в предоставлении более ибих форм обслживания множеств даленных пользователей при работе со значительными объемами информации в словиях ео рафичесой или стртрной разобщенности. Распределенные системы баз и банов данных обеспечивают широие возможности по правлению сложных мно оровневых объетов и процессов. Распределенная обработа данных позволяет разместить базы данных (или несольо баз) в различных злах омпьютерной сети. Таим образом, аждый омпонент базы данных распола ает563

Методичесие средства — это инстрции и реомендации по созданию и фнционированию БнД, выбор СУБД. Техничесой основой БнД является ЭВМ, довлетворяющая определенным требованиям по своим техничесим харатеристиам. Обслживающий персонал влючает про раммистов, инженеров по техничесом обслживанию ЭВМ, административный аппарат, в том числе администратора БД. Их задача — онтроль за работой БнД, обеспечение совместимости и взаимодействия всех составляющих, а таже правление фнционированием БнД, онтроль за ачеством информации и довлетворение информационных потребностей. В минимальном варианте все эти фнции для пользователя мо т обеспечиваться одним лицом или выполняться ор анизацией, поставляющей про раммные средства и выполняющей их поддерж и сопровождение. Особю роль и рает администратор базы или бана данных (АБД). Администратор правляет данными, персоналом, обслживающими БнД. Важной задачей администратора БД является защита данных от разршения, несанционированно о и неомпетентно о достпа. Администратор предоставляет пользователям большие или меньшие полномочия на достп о всей или части базы. Для выполнения фнций администратора в СУБД предсмотрены различные слжебные про раммы. Администрирование базой данных предсматривает выполнение фнций обеспечения надежной и эффетивной работы БД, довлетворение информационных потребностей пользователей, отображение в базе данных динамии предметной области. Главными пользователями баз и банов данных являются онечные пользователи, т.е. специалисты, ведщие различные части эономичесой работы. Их состав неоднороден, они различаются по валифиации, степени профессионализма, ровню в системе правления: лавный бх алтер, бх алтер, операционист, начальни редитно о отдела и т.д. Удовлетворение их информационных потребностей — это решение большо о числа проблем в ор анизации внтримашинно о информационно о обеспечения. Специальню рпп пользователей БнД образют приладные про раммисты. Обычно они и рают роль посредниов межд БД и онечными пользователями, та а создают добные пользовательсие про раммы на языах СУБД. Централизованный харатер правления данными вызывает необходимость администрирования таой сложной системы, а бан данных. Преимщества работы с БнД для пользователя опают затраты и издержи на е о создание, та а: 562

— повышается производительность работы пользователей, дости ается эффетивное довлетворение информационных потребностей; — централизованное правление данными освобождает приладных про раммистов от ор анизации данных, обеспечивает независимость приладных про рамм от данных; — развитая ор анизация БД позволяет выполнять разнообразные нере ламентированные запросы, новые приложения; — снижаются затраты не тольо на создание и хранение данных, но и на поддержание в атальном и динамичном состоянии; меньшаются потои данных, цирлирющих в системе, соращается их избыточность и дблирование. Ка бан данных, та и база данных мо т быть сосредоточены на одном омпьютере или распределены межд несольими омпьютерами. Для то о, чтобы данные одно о исполнителя были достпны др им и наоборот, эти омпьютеры должны быть соединены в единю вычислительню систем с помощью вычислительных сетей. Бан и база данных, расположенные на одном омпьютере, называются лоальными, а на несольих соединенных сетями ПЭВМ называются распределенными. Распределенные бани и базы данных более иби и адаптивны, менее чвствительны  выход из строя обордования. Назначение лоальных баз и банов данных состоит в ор анизации более просто о и дешево о способа информационно о обслживания пользователей при работе с небольшими объемами данных в решении несложных задач. Лоальные базы данных эффетивны при работе одно о или несольих пользователей, о да имеется возможность со ласования их деятельности административным птем. Таие системы просты и надежны за счет своей лоальности и ор анизованной независимости. Назначение распределенных баз и банов данных состоит в предоставлении более ибих форм обслживания множеств даленных пользователей при работе со значительными объемами информации в словиях ео рафичесой или стртрной разобщенности. Распределенные системы баз и банов данных обеспечивают широие возможности по правлению сложных мно оровневых объетов и процессов. Распределенная обработа данных позволяет разместить базы данных (или несольо баз) в различных злах омпьютерной сети. Таим образом, аждый омпонент базы данных распола ает563

ся по мест наличия технии и ее обработи. Например, при оранизации сети филиалов аой-либо ор анизационной стртры добно обрабатывать данные в месте расположения филиала. Распределение данных осществляется по разным омпьютерам в словиях реализации вертиальных и оризонтальных связей для ор анизаций со сложной стртрой. В распределенных системах баз и банов данных, оторые являются средством автоматизации рпных ор анизаций, появляются новые проблемы. Увеличение числа пользователей, расширение ео рафичесих размеров системы, величение физичесих злов сети сложняет администрирование. Создается  роза рассо ласования данных, хранящихся в различных частях системы. Возниает проблема целостности и безопасности данных, оторая решается совопностью средств, методов и мероприятий.

9.4.7. Интерированные технолоии в распределенных системах обработи данных Мно ообразие омпьютерных сетей и форм взаимодействия омпьютеров порождает насщню проблем их инте рации или по райней мере соединения на ровне обмена информацией. В распределенных системах использются три инте рированные техноло ии: 1. Техноло ия «лиент — сервер». 2. Техноло ия совместно о использования ресрсов в рамах лобальных сетей. 3. Техноло ия ниверсально о пользовательсо о общения в виде элетронной почты 1. Основная форма взаимодействия ПК в сети — это «лиент—сервер». Обычно один ПК в сети распола ает информационно-вычислительными ресрсами (таими, а процессоры, файловая система, почтовая слжба, слжба печати, базы данных), а др ие ПК пользются ими. Компьютер, правляющий тем или иным ресрсом, принято называть сервером это о ресрса, а омпьютер, желающий им воспользоваться, — лиентом. Если ресрсом являются базы данных, то оворят о сервере баз данных, назначение оторо о обслживать запросы лиентов, связанные с обработой данных; если ресрс — файловая система, то оворят о файловом сервере или файл-сервере и т. д. Техноло ия «лиент — сервер» полчает все большее распространение, но реализация техноло ии в онретных про раммных продтах сщественно различается. 564

Один из основных принципов техноло ии «лиент — сервер» залючается в разделении операций обработи данных на три рппы, имеющие различню природ. Первая рппа — это ввод и отображение данных. Вторая рппа объединяет приладные операции обработи данных, харатерные для решения задач данной предметной области. Наонец,  третьей рппе относятся операции хранения и правления данными (базами данных или файловыми системами). В соответствии с этим выделяют три модели реализации техноло ии «лиент—сервер»: — модель достпа  даленным данным (Remote Data Access — RDA); — модель сервера базы данных (DataBase Server — DBS); — модель сервера приложений (Application Server — AS). В RDA — модели про раммы представления и приладные про раммы объединены и выполняют на омпьютере-лиенте, оторый поддерживает а операции ввода и отображения данных, та и приладные операции. Достп  информационным ресрсам обеспечивается или операциями языа SQL, если речь идет о базах данных, или вызовами фнций специальной библиотеи. Запросы  информационным ресрсам направляются по сети даленном омпьютер, например, сервер базы данных, оторый обрабатывает запросы и возвращает лиент необходимые для обработи блои данных (рис. 9.19).

Компонент представления Клиент

Приладной омпонент

SQL Данные

Компонент достпа  ресрсам Сервер

Рис. 9.19. Модель дост па  даленным данным

DBS-модель строится в предположении, что про раммы, выполняемые на омпьютере-лиенте, о раничиваются вводом и отображением, а приладные про раммы реализованы в процедрах базы данных и хранятся непосредственно на омпьютере — сервере базы данных вместе с про раммами, правляющими и достпом  данным — ядр СУБД (рис. 9.20). 565

ся по мест наличия технии и ее обработи. Например, при оранизации сети филиалов аой-либо ор анизационной стртры добно обрабатывать данные в месте расположения филиала. Распределение данных осществляется по разным омпьютерам в словиях реализации вертиальных и оризонтальных связей для ор анизаций со сложной стртрой. В распределенных системах баз и банов данных, оторые являются средством автоматизации рпных ор анизаций, появляются новые проблемы. Увеличение числа пользователей, расширение ео рафичесих размеров системы, величение физичесих злов сети сложняет администрирование. Создается  роза рассо ласования данных, хранящихся в различных частях системы. Возниает проблема целостности и безопасности данных, оторая решается совопностью средств, методов и мероприятий.

9.4.7. Интерированные технолоии в распределенных системах обработи данных Мно ообразие омпьютерных сетей и форм взаимодействия омпьютеров порождает насщню проблем их инте рации или по райней мере соединения на ровне обмена информацией. В распределенных системах использются три инте рированные техноло ии: 1. Техноло ия «лиент — сервер». 2. Техноло ия совместно о использования ресрсов в рамах лобальных сетей. 3. Техноло ия ниверсально о пользовательсо о общения в виде элетронной почты 1. Основная форма взаимодействия ПК в сети — это «лиент—сервер». Обычно один ПК в сети распола ает информационно-вычислительными ресрсами (таими, а процессоры, файловая система, почтовая слжба, слжба печати, базы данных), а др ие ПК пользются ими. Компьютер, правляющий тем или иным ресрсом, принято называть сервером это о ресрса, а омпьютер, желающий им воспользоваться, — лиентом. Если ресрсом являются базы данных, то оворят о сервере баз данных, назначение оторо о обслживать запросы лиентов, связанные с обработой данных; если ресрс — файловая система, то оворят о файловом сервере или файл-сервере и т. д. Техноло ия «лиент — сервер» полчает все большее распространение, но реализация техноло ии в онретных про раммных продтах сщественно различается. 564

Один из основных принципов техноло ии «лиент — сервер» залючается в разделении операций обработи данных на три рппы, имеющие различню природ. Первая рппа — это ввод и отображение данных. Вторая рппа объединяет приладные операции обработи данных, харатерные для решения задач данной предметной области. Наонец,  третьей рппе относятся операции хранения и правления данными (базами данных или файловыми системами). В соответствии с этим выделяют три модели реализации техноло ии «лиент—сервер»: — модель достпа  даленным данным (Remote Data Access — RDA); — модель сервера базы данных (DataBase Server — DBS); — модель сервера приложений (Application Server — AS). В RDA — модели про раммы представления и приладные про раммы объединены и выполняют на омпьютере-лиенте, оторый поддерживает а операции ввода и отображения данных, та и приладные операции. Достп  информационным ресрсам обеспечивается или операциями языа SQL, если речь идет о базах данных, или вызовами фнций специальной библиотеи. Запросы  информационным ресрсам направляются по сети даленном омпьютер, например, сервер базы данных, оторый обрабатывает запросы и возвращает лиент необходимые для обработи блои данных (рис. 9.19).

Компонент представления Клиент

Приладной омпонент

SQL Данные

Компонент достпа  ресрсам Сервер

Рис. 9.19. Модель дост па  даленным данным

DBS-модель строится в предположении, что про раммы, выполняемые на омпьютере-лиенте, о раничиваются вводом и отображением, а приладные про раммы реализованы в процедрах базы данных и хранятся непосредственно на омпьютере — сервере базы данных вместе с про раммами, правляющими и достпом  данным — ядр СУБД (рис. 9.20). 565

Компонент представления

Приладной омпонент

Клиент

SQL

Компонент достпа  ресрсам

Сервер

Рис. 9.20. Модель сервера базы данных

На пратие часто использются смешанные модели, о да поддержа целостности базы данных и простейшие операции обработи данных поддерживаются хранимыми процедрами (DBS-модель), а более сложные операции выполняются непосредственно приладной про раммой, оторая выполняется на омпьютере-лиенте (RDA-модель). В AS-модели про рамма, выполняемая на омпьютере-лиенте, решает задач ввода и отображения данных, т.е. реализет операции первой рппы. Приладные про раммы выполняются одним либо рппой серверов приложений (даленный омпьютер или несольо омпьютеров). Достп  информационным ресрсам, необходимым для решения приладных задач, обеспечивается та же, а и в RDA-модели. Приладные про раммы обеспечивают достп  ресрсам различных типов — базам данных, индесированным файлам, очередям и др. RDA-модели опираются на двхзвенню схем разделения операций, де приладная про рамма выделена а важнейшая (рис. 9.21).

Компонент представления

Приладной омпонент

Компонент достпа  ресрсам

Клиент

Сервер

Сервер

Рис. 9.21. Модель сервера приложений

Главное преимщество RDA-модели состоит в том, что она представляет множество инстрментальных средств, оторые обеспечивают быстрое создание приложений, работающих с SQL-ориентированными СУБД. Иными словами, основное достоинство 566

RDA-модели залючается в нифиации и широом выборе средств разработи приложений. Подавляющее большинство этих средств разработи на языах четверто о пооления, влючая и средства автоматизации про раммирования, обеспечивают разработ приладных про рамм и операций представления. Несмотря на широое распространение, RDA-модель постепенно стпают место более техноло ичной DBS-модели. Последняя реализована в неоторых реляционных СУБД (Interbase, SyBase, Oracle). 1. В течение последне о десятилетия полчают все более широое развитие лобальные вычислительные и информационные сети — ниальный симбиоз омпьютеров и оммниаций. Идет ативное влючение всех стран во всемирные сетевые стртры. Мировой системой омпьютерных оммниаций ежедневно пользются более 30 млн. челове. Возрастает потребность в средствах стртрирования, наопления, хранения, поиса и передачи информации. Удовлетворению этих потребностей слжат информационные сети и их ресрсы. Совместное использование ресрсов сетей (библиоте про рамм, баз данных, вычислительных мощностей) обеспечивается техноло ичесим омплесом и средствами достпа. 2. Глобальные сети (Wide Area Network, WAN) — это телеоммниационные стртры, объединяющие лоальные информационные сети, имеющие протоол связи, методы подлючения и протоолы обмена данными. Каждая из лобальных сетей (Internet, Bitner, Decnet и др.) ор анизовывалась для определенных целей, а в дальнейшем расширялась за счет подлючения лоальных сетей, использющих ее сл и и ресрсы. Крпнейшей лобальной информационной сетью является Internet. Передача данных в этой сети ор анизована на основе протоола Internet-IP (Internet Protocol), представляюще о собой описание работы сети, оторое влючает правила налаживания и поддержания связи в сети, обращения с IP-паетами и их обработи, описания сетевых паетов семейства IP. Сеть спроетирована таим образом, что пользователь не имеет ниаой информации о онретной стртре сети. Чтобы послать сообщение по сети, омпьютер размещает данные в неий «онверт», называемый, например, IP, с азанием онретно о адреса. Процесс совершенствования сети идет непрерывно, большинство новаций происходит незаметно для пользователей. Любой желающий может полчить достп  сети. В России подлючение  Internet началось в начале 1990-х одов. Первыми пользователями Internet в России стали: ИАЭ 567

Компонент представления

Приладной омпонент

Клиент

SQL

Компонент достпа  ресрсам

Сервер

Рис. 9.20. Модель сервера базы данных

На пратие часто использются смешанные модели, о да поддержа целостности базы данных и простейшие операции обработи данных поддерживаются хранимыми процедрами (DBS-модель), а более сложные операции выполняются непосредственно приладной про раммой, оторая выполняется на омпьютере-лиенте (RDA-модель). В AS-модели про рамма, выполняемая на омпьютере-лиенте, решает задач ввода и отображения данных, т.е. реализет операции первой рппы. Приладные про раммы выполняются одним либо рппой серверов приложений (даленный омпьютер или несольо омпьютеров). Достп  информационным ресрсам, необходимым для решения приладных задач, обеспечивается та же, а и в RDA-модели. Приладные про раммы обеспечивают достп  ресрсам различных типов — базам данных, индесированным файлам, очередям и др. RDA-модели опираются на двхзвенню схем разделения операций, де приладная про рамма выделена а важнейшая (рис. 9.21).

Компонент представления

Приладной омпонент

Компонент достпа  ресрсам

Клиент

Сервер

Сервер

Рис. 9.21. Модель сервера приложений

Главное преимщество RDA-модели состоит в том, что она представляет множество инстрментальных средств, оторые обеспечивают быстрое создание приложений, работающих с SQL-ориентированными СУБД. Иными словами, основное достоинство 566

RDA-модели залючается в нифиации и широом выборе средств разработи приложений. Подавляющее большинство этих средств разработи на языах четверто о пооления, влючая и средства автоматизации про раммирования, обеспечивают разработ приладных про рамм и операций представления. Несмотря на широое распространение, RDA-модель постепенно стпают место более техноло ичной DBS-модели. Последняя реализована в неоторых реляционных СУБД (Interbase, SyBase, Oracle). 1. В течение последне о десятилетия полчают все более широое развитие лобальные вычислительные и информационные сети — ниальный симбиоз омпьютеров и оммниаций. Идет ативное влючение всех стран во всемирные сетевые стртры. Мировой системой омпьютерных оммниаций ежедневно пользются более 30 млн. челове. Возрастает потребность в средствах стртрирования, наопления, хранения, поиса и передачи информации. Удовлетворению этих потребностей слжат информационные сети и их ресрсы. Совместное использование ресрсов сетей (библиоте про рамм, баз данных, вычислительных мощностей) обеспечивается техноло ичесим омплесом и средствами достпа. 2. Глобальные сети (Wide Area Network, WAN) — это телеоммниационные стртры, объединяющие лоальные информационные сети, имеющие протоол связи, методы подлючения и протоолы обмена данными. Каждая из лобальных сетей (Internet, Bitner, Decnet и др.) ор анизовывалась для определенных целей, а в дальнейшем расширялась за счет подлючения лоальных сетей, использющих ее сл и и ресрсы. Крпнейшей лобальной информационной сетью является Internet. Передача данных в этой сети ор анизована на основе протоола Internet-IP (Internet Protocol), представляюще о собой описание работы сети, оторое влючает правила налаживания и поддержания связи в сети, обращения с IP-паетами и их обработи, описания сетевых паетов семейства IP. Сеть спроетирована таим образом, что пользователь не имеет ниаой информации о онретной стртре сети. Чтобы послать сообщение по сети, омпьютер размещает данные в неий «онверт», называемый, например, IP, с азанием онретно о адреса. Процесс совершенствования сети идет непрерывно, большинство новаций происходит незаметно для пользователей. Любой желающий может полчить достп  сети. В России подлючение  Internet началось в начале 1990-х одов. Первыми пользователями Internet в России стали: ИАЭ 567

им. Крчатова, МГУ, Госомвз, МГТУ им. Бамана, НГУ и неоторые др ие начные ор анизации и взы. Архитетра сетевых протоолов ТСР/IР, на основе оторых построена Internet, предназначена специально для объединенной сети. Сеть может состоять из совершенно разнородных подсетей, соединенных др с др ом шлюзами. В ачестве подсетей мо т выстпать лоальные сети (Token Ring, Ethernet, паетные радиосети и т.п.), национальные, ре иональные и специализированные сети, а таже др ие лобальные сети, например, Bitnet или Sprint. К этим сетям мо т подлючаться машины разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфичесими требованиями и имеет свою природ связи, сама разрешает свои внтренние проблемы. Однао предпола ается, что подсеть может принять пает информации и доставить е о по азанном в этой подсети адрес. Таим образом, две машины, подлюченные  одной подсети, мо т напрямю обмениваться паетами, а если возниает необходимость передать сообщение машине др ой подсети, то встпают в сил межсетевые со лашения, для че о подсети использют межсетевой язы — протоол IР. Сообщение передается по цепоче шлюзов и подсетей поа оно не дости нет нжной подсети, де доставляется непосредственно полчателю. Анало ом Internet в России является сеть EU net / Relcom. Основная задача Relcom — обеспечить не тольо достп  омпьютерным ресрсам, но и взаимодействие различных профессиональных рпп, рассредоточенных на большой территории. В настоящее время сеть ационерно о общества Relcom является сорее средством общения разработчиов новых решений, чем частью стойчивых общественных стртр. Предпола ается, что дальнейшее развитие лобальной сети приведет  появлению специализированных сетей, отражающих потребности онретных рпп общения (например, мниципальных, бановсих, биржевых сетей для обмена информацией в области наи и образования). Relcom объединяет пользователей почти 2500 ор анизаций, расположенных в более чем 200 ородах России и осдарствах СНГ. Узловые машины сети осществляют передач почтовых сообщений и новостей межд ре ионами и распространение сообщений на своей территории. Пользовательсие персональные машины под правлением операционных систем UNIX или MS DOS использют для общения с ре иональными злами протоол UUCP. Сорость обмена от 1200 до 9600 бит / с. Крпные ре иональные центры обмениваются сообщениями со соростью 19,2 Кбит/с. 568

Использются оммтиремые телефонные линии специализированная телефонная сеть и выделенные линии, протоолы UUCP и TCP / IP (в зависимости от возможностей физичесих аналов). Для дальнейше о развития сл сети в 1995—2000 . планировалось расширить число информационных источниов, ор анизовать специализированные эспертные сл и, обеспечить возможность достави «элетронных» писем с использованием фасимильной связи. Техничесое развитие сети прежде все о связывается с повышением пропсной способности аналов связи, широим переходом на протоолы более высоо о ровня и расширением сервиса, предоставляемо о пользователю. Др им примером российсой лобальной телеоммниационной системы является сеть «Спринт». «Спринт» — это система, созданная с целью обмена финансовой и деловой информацией межд абонентами сети. Сеть обеспечивает инте рированные решения в области телеоммниаций, высою надежность, сорость и мировое ачество сл связи. Официальным поставщиом сл связи является АО «Спринтсеть». С 1995 . «Спринт-сеть» предла ает широий спетр сл , таих, а элетронная почта, фасимильная, телетайпная связь, предоставляет достп  информационным ресрсам и финансовым базам данных абонентам сети, достп в лобальню сеть Internet, возможность бановсих платежей, сл и финансовоинформационной системы Reuters, телеоммниационные сл и в системах платежей на основе пластиовой арточи, осществляет создание лобальных и частных лиентсих сетей. В России «Спринт-сеть» имеет свои центры достпа примерно в 150 ородах. АО «Спринт-сеть» предоставляет сл и в области передачи данных в России и ежедневно передает несольо десятов и абайт информации межд своими лиентами. 3. Элетронная почта является поплярной сл ой вычислительных сетей, и поставщии сетевых операционных систем омплетют свои продты средствами поддержи элетронной почты. Элетронная почта в лоальных сетях обеспечивает передач доментов, спешно использется при автоматизации онторсих работ. При использовании для связи межд сотрдниами все о офиса она оазывается добнее телефона, та а позволяет передавать таю информацию, а отчеты, таблицы, диа раммы и рисни, оторые по телефон передать трдно. Передача межд терминалами сообщений, например, фототеле рамм, может таже рассматриваться а разновидность элет569

им. Крчатова, МГУ, Госомвз, МГТУ им. Бамана, НГУ и неоторые др ие начные ор анизации и взы. Архитетра сетевых протоолов ТСР/IР, на основе оторых построена Internet, предназначена специально для объединенной сети. Сеть может состоять из совершенно разнородных подсетей, соединенных др с др ом шлюзами. В ачестве подсетей мо т выстпать лоальные сети (Token Ring, Ethernet, паетные радиосети и т.п.), национальные, ре иональные и специализированные сети, а таже др ие лобальные сети, например, Bitnet или Sprint. К этим сетям мо т подлючаться машины разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфичесими требованиями и имеет свою природ связи, сама разрешает свои внтренние проблемы. Однао предпола ается, что подсеть может принять пает информации и доставить е о по азанном в этой подсети адрес. Таим образом, две машины, подлюченные  одной подсети, мо т напрямю обмениваться паетами, а если возниает необходимость передать сообщение машине др ой подсети, то встпают в сил межсетевые со лашения, для че о подсети использют межсетевой язы — протоол IР. Сообщение передается по цепоче шлюзов и подсетей поа оно не дости нет нжной подсети, де доставляется непосредственно полчателю. Анало ом Internet в России является сеть EU net / Relcom. Основная задача Relcom — обеспечить не тольо достп  омпьютерным ресрсам, но и взаимодействие различных профессиональных рпп, рассредоточенных на большой территории. В настоящее время сеть ационерно о общества Relcom является сорее средством общения разработчиов новых решений, чем частью стойчивых общественных стртр. Предпола ается, что дальнейшее развитие лобальной сети приведет  появлению специализированных сетей, отражающих потребности онретных рпп общения (например, мниципальных, бановсих, биржевых сетей для обмена информацией в области наи и образования). Relcom объединяет пользователей почти 2500 ор анизаций, расположенных в более чем 200 ородах России и осдарствах СНГ. Узловые машины сети осществляют передач почтовых сообщений и новостей межд ре ионами и распространение сообщений на своей территории. Пользовательсие персональные машины под правлением операционных систем UNIX или MS DOS использют для общения с ре иональными злами протоол UUCP. Сорость обмена от 1200 до 9600 бит / с. Крпные ре иональные центры обмениваются сообщениями со соростью 19,2 Кбит/с. 568

Использются оммтиремые телефонные линии специализированная телефонная сеть и выделенные линии, протоолы UUCP и TCP / IP (в зависимости от возможностей физичесих аналов). Для дальнейше о развития сл сети в 1995—2000 . планировалось расширить число информационных источниов, ор анизовать специализированные эспертные сл и, обеспечить возможность достави «элетронных» писем с использованием фасимильной связи. Техничесое развитие сети прежде все о связывается с повышением пропсной способности аналов связи, широим переходом на протоолы более высоо о ровня и расширением сервиса, предоставляемо о пользователю. Др им примером российсой лобальной телеоммниационной системы является сеть «Спринт». «Спринт» — это система, созданная с целью обмена финансовой и деловой информацией межд абонентами сети. Сеть обеспечивает инте рированные решения в области телеоммниаций, высою надежность, сорость и мировое ачество сл связи. Официальным поставщиом сл связи является АО «Спринтсеть». С 1995 . «Спринт-сеть» предла ает широий спетр сл , таих, а элетронная почта, фасимильная, телетайпная связь, предоставляет достп  информационным ресрсам и финансовым базам данных абонентам сети, достп в лобальню сеть Internet, возможность бановсих платежей, сл и финансовоинформационной системы Reuters, телеоммниационные сл и в системах платежей на основе пластиовой арточи, осществляет создание лобальных и частных лиентсих сетей. В России «Спринт-сеть» имеет свои центры достпа примерно в 150 ородах. АО «Спринт-сеть» предоставляет сл и в области передачи данных в России и ежедневно передает несольо десятов и абайт информации межд своими лиентами. 3. Элетронная почта является поплярной сл ой вычислительных сетей, и поставщии сетевых операционных систем омплетют свои продты средствами поддержи элетронной почты. Элетронная почта в лоальных сетях обеспечивает передач доментов, спешно использется при автоматизации онторсих работ. При использовании для связи межд сотрдниами все о офиса она оазывается добнее телефона, та а позволяет передавать таю информацию, а отчеты, таблицы, диа раммы и рисни, оторые по телефон передать трдно. Передача межд терминалами сообщений, например, фототеле рамм, может таже рассматриваться а разновидность элет569

ронной почты. Однао для большинства онретных слчаев использование элетронной почты предпола ает передач сообщений через специальные «почтовые ящии», межд оторыми размещаются стройства обработи данных. «Почтовый ящи» — общая область памяти вычислительной сети, предназначенная для записи информации с помощью одной приладной про раммы с целью ее дальнейше о использования др ими приладными про раммами, фнционирющими в др их злах сети. Элетронная почта лобальных сетей передачи сообщений, де мо т объединяться омпьютеры самых различных онфи раций и со вместимостей, обеспечивает: — работ в онлайновом режиме, о да не требется постоянно о пристствия на почтовом зле. Достаточно азать специальной про рамме-почтови (Mailer) время системных событий и адреса, де следет забирать почт; — достп  телеонференциям (Echo Conference); — достп  файловым телеонференциям (File Conference). Файловые телеонференции отличаются от обычных тем, что в ачестве сообщений в них сществет не письма, а файлы. Например, создается файловая телеонференция, посвященная эономие, де аждый частни онференции может поместить свой файл, а др ие частнии этот файл непременно полчат. Сществют и др ие возможности, предоставляемые членам сети. Можно, например, послать зааз на посыл или прием фаса. Составляется обычное элетронное письмо, оформленное должным образом, и посылается на адрес омпьютерно о зла, занимающе ося фасимильными операциями. Тест это о письма в виде фаса бдет доставлен на фасимильный аппарат адресата. К преимществам элетронной почты относятся сорость и надежность достави орреспонденции, относительно низая стоимость сл , возможность быстро ознаомить с сообщением широий р пользователей. Любая система элетронной почты состоит из двх лавных подсистем : лиентсо о про раммно о обеспечения, с оторым непосредственно взаимодействет пользователь; серверно о про раммно о обеспечения, оторое правляет приемом сообщения от пользователя, передачей сообщения в почтовый ящи адресата и е о хранение в этом ящие до тех пор, поа пользователь-полчатель е о оттда не достанет. Серверное про раммное обеспечение при совместимости протоолов передачи данных может обрабатывать почт, под о570

товленню различными лиентсими про раммами. Это прораммное обеспечение различается ровнями производительности, надежности, стойчивостью  ошибам, возможностями расширения. Клиентсое про раммное обеспечение предоставляет пользователям добные средства для работы с почтой. Несмотря на их мно ообразие в различных системах элетронной почты все они имеют общие фнции: оповещение о прибытии новой почты, чтение входящей почты, создание исходящей почты, адресация сообщений, использование адресной ни и, содержащей списо абонентов, оторым часто посылают почт, отправа сообщений, обработа сообщений и их сохранение. К обработе сообщений относятся таие фнции, а печать, даление, переадресация письма, сортирова, архивирование сообщений, хранение связанных сообщений. Особо следет выделить про раммы , позволяющие работать с папами, создавать свои папи для хранения в них сообщений по различным темам. Это очень добно и помо ает быстрее и эффетивнее обрабатывать почт.

9.4.8. Технолоия использования эспертных систем Создание и использование эспертных систем являются одним из онцептальных этапов развития информационных техноло ий. В основе интеллетально о решения проблем в неоторой предметной области лежит принцип воспроизведения знаний опытных специалистов — эспертов. Исходя из собственно о опыта эсперт анализирет ситацию и распознает наиболее полезню информацию, оптимизирет принятие решений, отсеая тпиовые пти. Эспертная система — это совопность методов с средств ор анизации, наопления и применения знаний для решения сложных задач в неоторой предметной области. Эспертная система дости ает более высоой эффетивности за счет перебора большо о числа альтернатив при выборе решения, опираясь на высооачественный опыт рппы специалистов, анализиря влияние большо о объема новых фаторов, оценивая их при построении страте ий, добавляя возможности про ноза. Основой эспертной системы является совопность знаний (базы знаний), стртрированных в целях формализации процесса принятия решений. Эспертные системы разрабатываются с расчетом на обчение и способны обосновать ло и выбора решения, т.е. облада571

ронной почты. Однао для большинства онретных слчаев использование элетронной почты предпола ает передач сообщений через специальные «почтовые ящии», межд оторыми размещаются стройства обработи данных. «Почтовый ящи» — общая область памяти вычислительной сети, предназначенная для записи информации с помощью одной приладной про раммы с целью ее дальнейше о использования др ими приладными про раммами, фнционирющими в др их злах сети. Элетронная почта лобальных сетей передачи сообщений, де мо т объединяться омпьютеры самых различных онфи раций и со вместимостей, обеспечивает: — работ в онлайновом режиме, о да не требется постоянно о пристствия на почтовом зле. Достаточно азать специальной про рамме-почтови (Mailer) время системных событий и адреса, де следет забирать почт; — достп  телеонференциям (Echo Conference); — достп  файловым телеонференциям (File Conference). Файловые телеонференции отличаются от обычных тем, что в ачестве сообщений в них сществет не письма, а файлы. Например, создается файловая телеонференция, посвященная эономие, де аждый частни онференции может поместить свой файл, а др ие частнии этот файл непременно полчат. Сществют и др ие возможности, предоставляемые членам сети. Можно, например, послать зааз на посыл или прием фаса. Составляется обычное элетронное письмо, оформленное должным образом, и посылается на адрес омпьютерно о зла, занимающе ося фасимильными операциями. Тест это о письма в виде фаса бдет доставлен на фасимильный аппарат адресата. К преимществам элетронной почты относятся сорость и надежность достави орреспонденции, относительно низая стоимость сл , возможность быстро ознаомить с сообщением широий р пользователей. Любая система элетронной почты состоит из двх лавных подсистем : лиентсо о про раммно о обеспечения, с оторым непосредственно взаимодействет пользователь; серверно о про раммно о обеспечения, оторое правляет приемом сообщения от пользователя, передачей сообщения в почтовый ящи адресата и е о хранение в этом ящие до тех пор, поа пользователь-полчатель е о оттда не достанет. Серверное про раммное обеспечение при совместимости протоолов передачи данных может обрабатывать почт, под о570

товленню различными лиентсими про раммами. Это прораммное обеспечение различается ровнями производительности, надежности, стойчивостью  ошибам, возможностями расширения. Клиентсое про раммное обеспечение предоставляет пользователям добные средства для работы с почтой. Несмотря на их мно ообразие в различных системах элетронной почты все они имеют общие фнции: оповещение о прибытии новой почты, чтение входящей почты, создание исходящей почты, адресация сообщений, использование адресной ни и, содержащей списо абонентов, оторым часто посылают почт, отправа сообщений, обработа сообщений и их сохранение. К обработе сообщений относятся таие фнции, а печать, даление, переадресация письма, сортирова, архивирование сообщений, хранение связанных сообщений. Особо следет выделить про раммы , позволяющие работать с папами, создавать свои папи для хранения в них сообщений по различным темам. Это очень добно и помо ает быстрее и эффетивнее обрабатывать почт.

9.4.8. Технолоия использования эспертных систем Создание и использование эспертных систем являются одним из онцептальных этапов развития информационных техноло ий. В основе интеллетально о решения проблем в неоторой предметной области лежит принцип воспроизведения знаний опытных специалистов — эспертов. Исходя из собственно о опыта эсперт анализирет ситацию и распознает наиболее полезню информацию, оптимизирет принятие решений, отсеая тпиовые пти. Эспертная система — это совопность методов с средств ор анизации, наопления и применения знаний для решения сложных задач в неоторой предметной области. Эспертная система дости ает более высоой эффетивности за счет перебора большо о числа альтернатив при выборе решения, опираясь на высооачественный опыт рппы специалистов, анализиря влияние большо о объема новых фаторов, оценивая их при построении страте ий, добавляя возможности про ноза. Основой эспертной системы является совопность знаний (базы знаний), стртрированных в целях формализации процесса принятия решений. Эспертные системы разрабатываются с расчетом на обчение и способны обосновать ло и выбора решения, т.е. облада571

ют свойствами адаптивности и ее ар ментирования. У большинства эспертных систем имеется механизм объяснения. Этот механизм использет знания, необходимые для объяснения то о, аим образом система пришла  данном решению. Очень важным является определение области применения эспертной системы, раниц ее использования и действия. В развитии информационно о обеспечения автоматизированных информационных техноло ий правления эономичесой деятельностью наибольший интерес представляют применения в области иссственно о интеллета. Одной из форм реализации достижений в этой области является создание эспертных систем — специальных омпьютерных систем, базирющихся на системном амлировании, обобщении, анализе и оцене знаний высоовалифицированных специалистов — эспертов. В эспертной системе использется база знаний, в оторой представляются знания о онретной предметной области. База знаний — это совопность моделей, правил и фаторов (данных), порождающих анализ и выводы для нахождения решений сложных задач в неоторой предметной области. Выделенные и ор анизованные в виде отдельных, целостных стртр информационно о обеспечения знания о предметной области становятся явными и отделяются от др их типов знаний, например, общих знаний. Базы знаний позволяют выполнять рассждения не тольо и не стольо на основе формальной (математичесой) ло ии, но и на основе опыта, фатов, эвристи, т.е. они приближены  человечесой ло ие. Разработи в области иссственно о интеллета имеют целью использование больших объемов высооачественных специальных знаний о неоторой зой предметной области для решения сложных, неординарных задач. База знаний является основой эспертной системы, она наапливается в процессе ее построения. Знания выражаются в явном виде, позволяющем сделать явным способ мышления и решения задач, и ор анизованы та, чтобы просить принятие решений. База знаний, обсловливающая омпетентность эспертной системы, воплощает в себе знания специалистов чреждения, отдела, опыт рппы специалистов и представляет собой инститциональные знания (свод валифицированных, обновляющихся страте ий, методов, решений) (рис. 9.22). Знания и правила работы рассматриваются в различных аспетах: — лбинные и поверхностные; — ачественные и оличественные; 572

— приближенные (неопределенные) и точные (определенные); — онретные и общие; — описательные и предписывающие. Содержание базы знаний может быть применено пользователем для полчения эффетивных правленчесих решений. На рис. 9.23 поазаны стртра базы знаний и ее фнционирование. Эсперт — это специалист, меющий находить эффетивные решения в онретной области. Бло приобретения знаний отражает наопление базы знаний, этап модифиации знаний и данных. База знаний отражает возможность использования высооачественно о опыта на ровне мышления валифицированных специалистов, что делает эспертню систем рентабельной в соответствии с нждами бизнеса и заазчиа. Высооачественный опыт

Обчение и тренирова

База данных

Возможность про5нозирования

Инститциональные знания

Рис. 9.22. Основные свойства базы знаний

Пользователь

Бло объяснений

Бло ло5ичесих выводов

Эсперт

Бло приобретения знаний

База знаний

Рис. 9.23. Технолоия использования базы знаний

573

ют свойствами адаптивности и ее ар ментирования. У большинства эспертных систем имеется механизм объяснения. Этот механизм использет знания, необходимые для объяснения то о, аим образом система пришла  данном решению. Очень важным является определение области применения эспертной системы, раниц ее использования и действия. В развитии информационно о обеспечения автоматизированных информационных техноло ий правления эономичесой деятельностью наибольший интерес представляют применения в области иссственно о интеллета. Одной из форм реализации достижений в этой области является создание эспертных систем — специальных омпьютерных систем, базирющихся на системном амлировании, обобщении, анализе и оцене знаний высоовалифицированных специалистов — эспертов. В эспертной системе использется база знаний, в оторой представляются знания о онретной предметной области. База знаний — это совопность моделей, правил и фаторов (данных), порождающих анализ и выводы для нахождения решений сложных задач в неоторой предметной области. Выделенные и ор анизованные в виде отдельных, целостных стртр информационно о обеспечения знания о предметной области становятся явными и отделяются от др их типов знаний, например, общих знаний. Базы знаний позволяют выполнять рассждения не тольо и не стольо на основе формальной (математичесой) ло ии, но и на основе опыта, фатов, эвристи, т.е. они приближены  человечесой ло ие. Разработи в области иссственно о интеллета имеют целью использование больших объемов высооачественных специальных знаний о неоторой зой предметной области для решения сложных, неординарных задач. База знаний является основой эспертной системы, она наапливается в процессе ее построения. Знания выражаются в явном виде, позволяющем сделать явным способ мышления и решения задач, и ор анизованы та, чтобы просить принятие решений. База знаний, обсловливающая омпетентность эспертной системы, воплощает в себе знания специалистов чреждения, отдела, опыт рппы специалистов и представляет собой инститциональные знания (свод валифицированных, обновляющихся страте ий, методов, решений) (рис. 9.22). Знания и правила работы рассматриваются в различных аспетах: — лбинные и поверхностные; — ачественные и оличественные; 572

— приближенные (неопределенные) и точные (определенные); — онретные и общие; — описательные и предписывающие. Содержание базы знаний может быть применено пользователем для полчения эффетивных правленчесих решений. На рис. 9.23 поазаны стртра базы знаний и ее фнционирование. Эсперт — это специалист, меющий находить эффетивные решения в онретной области. Бло приобретения знаний отражает наопление базы знаний, этап модифиации знаний и данных. База знаний отражает возможность использования высооачественно о опыта на ровне мышления валифицированных специалистов, что делает эспертню систем рентабельной в соответствии с нждами бизнеса и заазчиа. Высооачественный опыт

Обчение и тренирова

База данных

Возможность про5нозирования

Инститциональные знания

Рис. 9.22. Основные свойства базы знаний

Пользователь

Бло объяснений

Бло ло5ичесих выводов

Эсперт

Бло приобретения знаний

База знаний

Рис. 9.23. Технолоия использования базы знаний

573

Бло ло ичесих выводов, осществляя сопоставление правил с фатами, порождает цепочи выводов. При работе с ненадежными данными формирется нечетая ло иа, слабые оэффициенты веренности, низая степень меры доверия и т.д. Бло объяснений отражает в техноло ии использования базы знаний пользователем последовательность ша ов, оторые привели бы  том или ином вывод с возможностью ответа на вопрос «почем». К настоящем времени распространение баз знаний в значительной степени определяется темпами наопления профессиональных знаний. Та область профессиональной деятельности, оторая поа поддается формализации, а значит, и автоматизации на базе ЭВМ, — это небольшая часть наопленных человеом знаний. В составе наопления знаний о ромный слой составляют индивидально наапливаемые неотчждаемые знания. Меньший объем составляют знания, оторые достпны для традиционной передачи. И, наонец, едва различимые в общем объеме всех остальных знаний — это формализованные знания. Стртризация или формализация знаний основана на различных способах представления знаний. В современных системах самый поплярный способ использет фаты и правила. Они обеспечивают естественный способ описания процессов в неоторой предметной области. Правила обеспечивают формальный способ представления реомендаций, азаний, страте ий. Они подходят в тех слчаях, о да предметные знания возниают из опытных (эмпиричесих) ассоциаций, наопленных за оды работы по решению задач в данной области. Правила чаще все о выражаются в виде тверждений типа «если — то». Описание предметной области в базе знаний предпола ает разработ способов представления и ор анизации знаний, методов формлирования, переформирования и решения задач. Понятия (объеты) предметной области представляются с помощью символов. Например, для бановсой системы это мо т быть: лиент, фондовый инстрмент, операции, задача и т.д. Межд символьными понятиями определяются отношения, применяются различные страте ии (ло ичесие или полченные в резльтате опыта) для маниплирования понятиями. Представление знаний, их стртризация предпола ает выбор понятий, сложных неординарных задач. Поэтом и правила в базе знаний бывают либо сложными, либо множественными и объемными. 574

Эспертные системы а инстрмент в работе пользователей совершенствют свои возможности решать сложные, неординарные задачи в ходе пратичесой работы. Эспертные системы создаются для решения разно о рода проблем, типы оторых можно с рппировать в ате ории (табл. 7.5). Та б л и ц а 9 . 9 Типичные атеории применения эспертных систем Кате#ория

Решаемая проблема

Интерпретация

Описание ситации по информации, постпающей от датчиов

Про#ноз

Определение вероятных последствий заданных ситаций

Диа#ностиа

Выявление причин неправильно#о фнционирования системы по резльтатам наблюдений

Проетирование

Построение онфи#рации объетов при заданных о#раничениях

Планирование

Определение последовательности действий

Наблюдение

Сравнение резльтатов наблюдений с ожидаемыми резльтатами

Отлада

Составление рецептов исправления неправильно#о фнционирования системы

Ремонт

Выполнение последовательности предписанных исправлений

Обчение

Диа#ностиа, отлада и исправление поведения обчаемо#о

Управление

Управление поведением системы а цело#о

Ниже перечислены неоторые из предметных областей, в оторых применяются эспертные системы. Из них особенно поплярна медицина. Области применения эспертных систем: Военное дело Метеороло ия Геоло ия Промышленность Инженерное дело Сельсое хозяйство Информатиа Управление процессами Компьютерные системы Физиа Космичесая техниа Химия Математиа Элетрониа Медицина Юриспрденция 575

Бло ло ичесих выводов, осществляя сопоставление правил с фатами, порождает цепочи выводов. При работе с ненадежными данными формирется нечетая ло иа, слабые оэффициенты веренности, низая степень меры доверия и т.д. Бло объяснений отражает в техноло ии использования базы знаний пользователем последовательность ша ов, оторые привели бы  том или ином вывод с возможностью ответа на вопрос «почем». К настоящем времени распространение баз знаний в значительной степени определяется темпами наопления профессиональных знаний. Та область профессиональной деятельности, оторая поа поддается формализации, а значит, и автоматизации на базе ЭВМ, — это небольшая часть наопленных человеом знаний. В составе наопления знаний о ромный слой составляют индивидально наапливаемые неотчждаемые знания. Меньший объем составляют знания, оторые достпны для традиционной передачи. И, наонец, едва различимые в общем объеме всех остальных знаний — это формализованные знания. Стртризация или формализация знаний основана на различных способах представления знаний. В современных системах самый поплярный способ использет фаты и правила. Они обеспечивают естественный способ описания процессов в неоторой предметной области. Правила обеспечивают формальный способ представления реомендаций, азаний, страте ий. Они подходят в тех слчаях, о да предметные знания возниают из опытных (эмпиричесих) ассоциаций, наопленных за оды работы по решению задач в данной области. Правила чаще все о выражаются в виде тверждений типа «если — то». Описание предметной области в базе знаний предпола ает разработ способов представления и ор анизации знаний, методов формлирования, переформирования и решения задач. Понятия (объеты) предметной области представляются с помощью символов. Например, для бановсой системы это мо т быть: лиент, фондовый инстрмент, операции, задача и т.д. Межд символьными понятиями определяются отношения, применяются различные страте ии (ло ичесие или полченные в резльтате опыта) для маниплирования понятиями. Представление знаний, их стртризация предпола ает выбор понятий, сложных неординарных задач. Поэтом и правила в базе знаний бывают либо сложными, либо множественными и объемными. 574

Эспертные системы а инстрмент в работе пользователей совершенствют свои возможности решать сложные, неординарные задачи в ходе пратичесой работы. Эспертные системы создаются для решения разно о рода проблем, типы оторых можно с рппировать в ате ории (табл. 7.5). Та б л и ц а 9 . 9 Типичные атеории применения эспертных систем Кате#ория

Решаемая проблема

Интерпретация

Описание ситации по информации, постпающей от датчиов

Про#ноз

Определение вероятных последствий заданных ситаций

Диа#ностиа

Выявление причин неправильно#о фнционирования системы по резльтатам наблюдений

Проетирование

Построение онфи#рации объетов при заданных о#раничениях

Планирование

Определение последовательности действий

Наблюдение

Сравнение резльтатов наблюдений с ожидаемыми резльтатами

Отлада

Составление рецептов исправления неправильно#о фнционирования системы

Ремонт

Выполнение последовательности предписанных исправлений

Обчение

Диа#ностиа, отлада и исправление поведения обчаемо#о

Управление

Управление поведением системы а цело#о

Ниже перечислены неоторые из предметных областей, в оторых применяются эспертные системы. Из них особенно поплярна медицина. Области применения эспертных систем: Военное дело Метеороло ия Геоло ия Промышленность Инженерное дело Сельсое хозяйство Информатиа Управление процессами Компьютерные системы Физиа Космичесая техниа Химия Математиа Элетрониа Медицина Юриспрденция 575

Преимщества эспертных систем по сравнению с использованием опытных специалистов состоит в следющем: — дости нтая омпетентность не трачивается, может доментироваться, передаваться, воспроизводиться и наращиваться; — имеют место более стойчивые резльтаты, отстствют эмоциональные и др ие фаторы человечесой ненадежности; — высоая стоимость разработи равновешивается низой стоимостью эсплатации, возможностью опирования, а в совопности она дешевле высоовалифицированных специалистов. Недостатом эспертных систем, харатерным для их современно о состояния, является меньшая приспособляемость  обчению новым правилам и онцепциям,  творчеств и изобретательств. Использование эспертных систем позволяет во мно их слчаях отазаться от высоовалифицированных специалистов, но предпола ает оставить в системе место эсперт с более низой валифиацией. Эспертные системы слжат средством для расширения и силения профессиональных возможностей онечно о пользователя. Наиболее язвимы эспертные системы в распознавании раниц своих возможностей, они таже демонстрирют ненадежное фнционирование вблизи раниц их применения. Дальнейший про ресс в области иссственно о интеллета со временем предложит способы выявления раниц своих возможностей. Др им недостатом эспертных систем являются значительные трдозатраты, необходимые для пополнения базы знаний. Полчение знаний от эспертов и внесение их в баз знаний представляет собой сложный процесс, сопряженный с значительными затратами времени и средств. Проетирование эспертных систем таже имеет определенные трдности и о раничения, оторые влияют на их разработ. Эспертная система должна демонстрировать омпетентность, т.е. дости ать в онретной предметной области то о же ровня, что и специалисты-эсперты. Недостаточно находить хорошие решения, это надо делать быстро. Системы должны иметь не тольо лбоое, но и достаточно широое понимание предмета. Методы нахождения решений проблем дости аются на основе рассждений, исходящих из фндаментальных принципов в слчае неорретных данных или неполных наборов правил. Таие свойства наименее разработаны в омпьютерных эспертных 576

системах, но именно присщи специалистам высоо о профессионально о ровня. Отличиями эспертных систем от обычных омпьютерных являются: — эспертные системы маниплирют знаниями, то да а любые др ие системы — данными; — эспертные системы, а правило, дают эффетивные оптимальные решения и способны ино да ошибаться, но в отличие от традиционных омпьютерных систем они имеют потенциальню способность читься на своих ошибах. Развитие онцепции баз знаний связано с исследованиями и достижениями в области систем иссственно о интеллета. Область применения баз знаний и систем на их основе расширяются. Создается целый спетр баз знаний — от небольших по объем, для портативных систем, до мощных, предназначенных для профессионалов, эсплатирющих сложные и доро ие АРМ. Очень большие базы знаний хранятся в централизованных хранилищах, достп  оторым осществляется через сети пользователями различных систем, ровней, масштабов и т.д. Успехи в разработе баз знаний сделают их достпными для массово о пользователя, что бдет способствовать их появлению а атально о оммерчесо о продта. Зарбежный опыт поазывает, что эспертные системы разрабатываются в основном в ниверситетах, начно-исследовательсих центрах и оммерчесих ор анизациях, в том числе и для финансовой индстрии. В сфере финансово о обслживания эти системы помо ают страховым омпаниям анализировать и оценивать оммерчесий рис, станавливать размеры ссд при редитовании ор анизаций, составлять сметы проетов и т.д. Область применения эспертных систем расширяется. Кроме охвата различных областей деятельности, одним из наиболее важных последствий разработи эспертных систем является модифиация знаний. По мере то о а разработчии бдт строить большие, сложные базы знаний, появляется рыно знаний, независимых от омпьютерных систем. Появятся средства обчения для изчающих определенню приладню область. Коммерчесим продтом стант метазнания, т.е. знания об оптимальных страте иях и процедрах использования предметных знаний. Развитие эспертных систем в интеллетальные состоит в слиянии онцепций обордования, средств их создания (языов) и самих 577

Преимщества эспертных систем по сравнению с использованием опытных специалистов состоит в следющем: — дости нтая омпетентность не трачивается, может доментироваться, передаваться, воспроизводиться и наращиваться; — имеют место более стойчивые резльтаты, отстствют эмоциональные и др ие фаторы человечесой ненадежности; — высоая стоимость разработи равновешивается низой стоимостью эсплатации, возможностью опирования, а в совопности она дешевле высоовалифицированных специалистов. Недостатом эспертных систем, харатерным для их современно о состояния, является меньшая приспособляемость  обчению новым правилам и онцепциям,  творчеств и изобретательств. Использование эспертных систем позволяет во мно их слчаях отазаться от высоовалифицированных специалистов, но предпола ает оставить в системе место эсперт с более низой валифиацией. Эспертные системы слжат средством для расширения и силения профессиональных возможностей онечно о пользователя. Наиболее язвимы эспертные системы в распознавании раниц своих возможностей, они таже демонстрирют ненадежное фнционирование вблизи раниц их применения. Дальнейший про ресс в области иссственно о интеллета со временем предложит способы выявления раниц своих возможностей. Др им недостатом эспертных систем являются значительные трдозатраты, необходимые для пополнения базы знаний. Полчение знаний от эспертов и внесение их в баз знаний представляет собой сложный процесс, сопряженный с значительными затратами времени и средств. Проетирование эспертных систем таже имеет определенные трдности и о раничения, оторые влияют на их разработ. Эспертная система должна демонстрировать омпетентность, т.е. дости ать в онретной предметной области то о же ровня, что и специалисты-эсперты. Недостаточно находить хорошие решения, это надо делать быстро. Системы должны иметь не тольо лбоое, но и достаточно широое понимание предмета. Методы нахождения решений проблем дости аются на основе рассждений, исходящих из фндаментальных принципов в слчае неорретных данных или неполных наборов правил. Таие свойства наименее разработаны в омпьютерных эспертных 576

системах, но именно присщи специалистам высоо о профессионально о ровня. Отличиями эспертных систем от обычных омпьютерных являются: — эспертные системы маниплирют знаниями, то да а любые др ие системы — данными; — эспертные системы, а правило, дают эффетивные оптимальные решения и способны ино да ошибаться, но в отличие от традиционных омпьютерных систем они имеют потенциальню способность читься на своих ошибах. Развитие онцепции баз знаний связано с исследованиями и достижениями в области систем иссственно о интеллета. Область применения баз знаний и систем на их основе расширяются. Создается целый спетр баз знаний — от небольших по объем, для портативных систем, до мощных, предназначенных для профессионалов, эсплатирющих сложные и доро ие АРМ. Очень большие базы знаний хранятся в централизованных хранилищах, достп  оторым осществляется через сети пользователями различных систем, ровней, масштабов и т.д. Успехи в разработе баз знаний сделают их достпными для массово о пользователя, что бдет способствовать их появлению а атально о оммерчесо о продта. Зарбежный опыт поазывает, что эспертные системы разрабатываются в основном в ниверситетах, начно-исследовательсих центрах и оммерчесих ор анизациях, в том числе и для финансовой индстрии. В сфере финансово о обслживания эти системы помо ают страховым омпаниям анализировать и оценивать оммерчесий рис, станавливать размеры ссд при редитовании ор анизаций, составлять сметы проетов и т.д. Область применения эспертных систем расширяется. Кроме охвата различных областей деятельности, одним из наиболее важных последствий разработи эспертных систем является модифиация знаний. По мере то о а разработчии бдт строить большие, сложные базы знаний, появляется рыно знаний, независимых от омпьютерных систем. Появятся средства обчения для изчающих определенню приладню область. Коммерчесим продтом стант метазнания, т.е. знания об оптимальных страте иях и процедрах использования предметных знаний. Развитие эспертных систем в интеллетальные состоит в слиянии онцепций обордования, средств их создания (языов) и самих 577

эспертных систем. Объединение интеллетальных систем особенно эффетивно в сложных инфрастртрах. Интеллетальные системы же разрабатываются и внедряются за рбежом для оммерчесо о использования. Та, например, эспертная система FOLIO (Стенфордсий ниверситет США) помо ает онсльтантам по инвестициям определять цели лиентов и подбирать портфели ценных бма , наиболее соответствющие этим целям. Система определяет нжды лиента в ходе интервью и затем реомендет, в аих пропорциях надо распределить апиталовложения межд разными фондовыми инстрментами, чтобы наилчшим образом довлетворить запросы лиента. Система различает небольшое число лассов ценных бма (например, ориентированные на дивиденды аций с невысоим ровнем риса или ориентированные на дивиденды аций с высоим ровнем риса) и содержит знания о свойствах (например, одовых процентах на апитал) ценных бма аждо о ласса. В системе применена основанная на правилах схема представления знаний с прямой цепочой рассждений для вывода целей и схема линейно о про раммирования для масимизации соответствия межд целями и предла аемым портфелем. Система доведена до ровня демонстрационно о прототипа. Иссственная омпетентность эспертных систем не заменяет полностью человеа. Эсперт-челове способен реор анизовать информацию и знания и использовать их для синтеза новых знаний. В области творчесой деятельности люди обладают большими способностями по сравнению с самыми мными системами. Эсперты справляются с неожиданными поворотами событий и, использя новые подходы, способны проводить аналоии их др их предметных областей. Эсперты адаптирют  изменяющимся словиям и приспосабливают свои страте ии  новым обстоятельствам в более широом диапазоне проблем и задач. Эспертные системы менее приспособлены  обчению на ровне новых онцепций и новых правил. Они оазываются не столь эффетивны и мало при одны в тех слчаях, о да надо читывать всю сложность реальных задач. Эсперты мо т непосредственно воспринимать весь омплес входной информации: символьной, визальной, рафичесой, тестовой, звовой, осязательной, обонятельной. У эспертной системы есть тольо символы, с помощью оторых представлены базы знаний, воплощающие те или иные онцепции. Преобразование сенсорной информации в символьню сопровождается потерей части информации. 578

Но лавное, что о ромный объем знаний, оторым обладают эсперты-специалисты (профессиональные знания и знания о мире и действющих в нем заонах), не дается поа встроить в интеллетальню систем, тем более столь специализированню, аой является любая эспертная система.

9.5. Линвистичесое, оранизационно-методичесое, эрономичесое и правовое обеспечение автоматизированноо правления Лин вистичесое обеспечение автоматизированно о правления влючает языи общения с пользователем, языи запросов, информационно-поисовые языи, языи-посреднии в сетях. Языовые средства автоматизированно о правления необходимы для однозначно о смыслово о соответствия действий пользователя и аппаратной части в виде ПЭВМ. Без них пратичеси невозможны процесс обчения, ор анизация диало а, обнаржение и исправление ошибо. При этом языовые средства для онечно о пользователя должны быть непроцедрными, т.е. азывать, что необходимо выполнить без подробной детализации, аие действия для это о требются. Посоль пользователям не нжно знать детали реализации своих информационных потребностей, то чем выше «интеллетальность» автоматизированно о правления, тем больше непроцедрных возможностей необходимо предсматривать в языовых средствах. Одновременно языи в автоматизированном правлении должны быть пользовательсо-ориентированными, в том числе профессионально-ориентированными. Использование естественно о языа, несмотря на ажщюся простот и добство, не приносит ощтимых преимществ из-за необходимости введения через лавиатр ромоздих инстрций на естественном язые. Ка правило, основ языов автоматизированно о правления должны составлять заранее определяемые термины, а таже описание способов, с помощью оторых мо т станавливаться новые термины, заменяться или дополняться сществющие. Возможности языа во мно ом определяют таже списи правил, на основе оторых пользователь может строить формальные онстрции, соответствющие реализации информационной потребности. Например, в одних автоматизированных системах данные и онстрции представляются в виде таблиц, в др их — в виде операторов специально о вида. 579

эспертных систем. Объединение интеллетальных систем особенно эффетивно в сложных инфрастртрах. Интеллетальные системы же разрабатываются и внедряются за рбежом для оммерчесо о использования. Та, например, эспертная система FOLIO (Стенфордсий ниверситет США) помо ает онсльтантам по инвестициям определять цели лиентов и подбирать портфели ценных бма , наиболее соответствющие этим целям. Система определяет нжды лиента в ходе интервью и затем реомендет, в аих пропорциях надо распределить апиталовложения межд разными фондовыми инстрментами, чтобы наилчшим образом довлетворить запросы лиента. Система различает небольшое число лассов ценных бма (например, ориентированные на дивиденды аций с невысоим ровнем риса или ориентированные на дивиденды аций с высоим ровнем риса) и содержит знания о свойствах (например, одовых процентах на апитал) ценных бма аждо о ласса. В системе применена основанная на правилах схема представления знаний с прямой цепочой рассждений для вывода целей и схема линейно о про раммирования для масимизации соответствия межд целями и предла аемым портфелем. Система доведена до ровня демонстрационно о прототипа. Иссственная омпетентность эспертных систем не заменяет полностью человеа. Эсперт-челове способен реор анизовать информацию и знания и использовать их для синтеза новых знаний. В области творчесой деятельности люди обладают большими способностями по сравнению с самыми мными системами. Эсперты справляются с неожиданными поворотами событий и, использя новые подходы, способны проводить аналоии их др их предметных областей. Эсперты адаптирют  изменяющимся словиям и приспосабливают свои страте ии  новым обстоятельствам в более широом диапазоне проблем и задач. Эспертные системы менее приспособлены  обчению на ровне новых онцепций и новых правил. Они оазываются не столь эффетивны и мало при одны в тех слчаях, о да надо читывать всю сложность реальных задач. Эсперты мо т непосредственно воспринимать весь омплес входной информации: символьной, визальной, рафичесой, тестовой, звовой, осязательной, обонятельной. У эспертной системы есть тольо символы, с помощью оторых представлены базы знаний, воплощающие те или иные онцепции. Преобразование сенсорной информации в символьню сопровождается потерей части информации. 578

Но лавное, что о ромный объем знаний, оторым обладают эсперты-специалисты (профессиональные знания и знания о мире и действющих в нем заонах), не дается поа встроить в интеллетальню систем, тем более столь специализированню, аой является любая эспертная система.

9.5. Линвистичесое, оранизационно-методичесое, эрономичесое и правовое обеспечение автоматизированноо правления Лин вистичесое обеспечение автоматизированно о правления влючает языи общения с пользователем, языи запросов, информационно-поисовые языи, языи-посреднии в сетях. Языовые средства автоматизированно о правления необходимы для однозначно о смыслово о соответствия действий пользователя и аппаратной части в виде ПЭВМ. Без них пратичеси невозможны процесс обчения, ор анизация диало а, обнаржение и исправление ошибо. При этом языовые средства для онечно о пользователя должны быть непроцедрными, т.е. азывать, что необходимо выполнить без подробной детализации, аие действия для это о требются. Посоль пользователям не нжно знать детали реализации своих информационных потребностей, то чем выше «интеллетальность» автоматизированно о правления, тем больше непроцедрных возможностей необходимо предсматривать в языовых средствах. Одновременно языи в автоматизированном правлении должны быть пользовательсо-ориентированными, в том числе профессионально-ориентированными. Использование естественно о языа, несмотря на ажщюся простот и добство, не приносит ощтимых преимществ из-за необходимости введения через лавиатр ромоздих инстрций на естественном язые. Ка правило, основ языов автоматизированно о правления должны составлять заранее определяемые термины, а таже описание способов, с помощью оторых мо т станавливаться новые термины, заменяться или дополняться сществющие. Возможности языа во мно ом определяют таже списи правил, на основе оторых пользователь может строить формальные онстрции, соответствющие реализации информационной потребности. Например, в одних автоматизированных системах данные и онстрции представляются в виде таблиц, в др их — в виде операторов специально о вида. 579

Языовые средства автоматизированно о правления можно разделить по видам диало а. Средства поддержи диало а в онечном счете и определяют те языовые онстрции, знание оторых необходимо пользователю. При этом следет заметить, что в одной и той же автоматизированной системе может быть реализовано несольо типов диало а: — диало , иницииремый ЭВМ; — диало с помощью заполнения шаблонов; — диало с использованием меню; — ибридный и др.

9.5.1. Особенности технолоии взаимодействия пользователя с ЭВМ Здесь несольо подробнее остановимся на проблеме эффетивно о взаимодействия человеа и ЭВМ, оторая вознила с появлением первых вычислительных машин. На начальном этапе внедрения ЭВМ непосредственно с ними работали тольо прораммисты и операторы, общение же специалистов в правленчесой деятельности происходило опосредованно птем выдачи про раммистам заданий на разработ про рамм решения задач и последюще о полчения распечато отовых резльтатов вычисления на ЭВМ. Расширение сфер использования ЭВМ, совершенствование аппаратных и про раммных средств ЭВМ, а лавное, массовое появление персональных омпьютеров привело  том, что в процесс непосредственно о взаимодействия с ЭВМ был вовлечен массовый, или онечный, пользователь. Под онечным пользователем бдем понимать специалистов сферы ор анизационно-техничесо о правления, в интересах оторых создается система обработи эономичесой информации на ЭВМ. С четом принято о определения онечных пользователей можно разделить на две большие рппы. Представители первой рппы занимаются прежде все о вводом информации в систем и решением ре ламентных задач на ЭВМ, т. е. заранее предопределенных и решаемых, а правило, с заданной периодичностью. Задача пользователей второй рппы — на основании полчаемой информации отовить и принимать правленчесие решения. Специфиа работы онечных пользователей, особенно пользователей второй рппы, требет создания для них таих средств и методов общения с вычислительной системой, бла одаря оторым, не зная архитетры и принципов фнционирования ЭВМ, не владея профессиональными приемами про раммирова580

ния, они мо ли бы довлетворять свои информационные потребности в ходе взаимодействия с машиной. Челове и омпьютер в процессе решения различных задач, связанных с обработой информации, мо т взаимодействовать в различных режимах. Различают следющие режимы взаимодействия пользователя с ЭВМ: паетный и интеративный (запросный, диало овый). Сами же ЭВМ таже мо т работать в различных режимах: одно- и мно опро раммном, разделения времени, реально о времени, телеобработи и т.д. При этом предсматривается цель довлетворения потребности пользователей в масимально возможной автоматизации решения разнообразных задач. Паетный режим был наиболее распространен в пратие централизованно о решения эономичесих задач, о да большой дельный вес занимали задачи отчетности о производственно-хозяйственной деятельности эономичесих объетов разноо ровня правления. Ор анизация вычислительно о процесса при паетном режиме строилась без достпа пользователя  ЭВМ. Е о фнции о раничивались под отовой исходных данных по омплес ор анизационно взаимосвязанных задач и передачей их в центр обработи, де формировался пает, влючающий задание ЭВМ на обработ про раммы, исходные, нормативно-расценочные и справочные данные. Пает вводился в ЭВМ и реализовывался в автоматичесом режиме без частия пользователя и оператора, что позволяло минимизировать время выполнения заданно о набора задач. При этом работа ЭВМ мо ла проходить в однопро раммном или мно опро раммном режиме, что предпочтительнее, та а обеспечивалась параллельная работа основных стройств машины. В настоящее время паетный режим реализется применительно  элетронной печати. Интеративный режим предсматривает непосредственное взаимодействие пользователя с информационно-вычислительной системой, может носить харатер запроса (а правило, ре ламентированно о) или диало а с ЭВМ. Запросный режим необходим пользователям для взаимодействия с системой через значительное число абонентсих терминальных стройств, в том числе даленных на значительное расстояние от центра обработи. Таая необходимость обсловлена решением оперативных задач справочно-информационно о харатера, таими являются, например, задачи резервирования билетов на транспорте, номеров в остиничных омплесах, выдача справочных сведений и т. п., ЭВМ в подобных слчаях реализет 581

Языовые средства автоматизированно о правления можно разделить по видам диало а. Средства поддержи диало а в онечном счете и определяют те языовые онстрции, знание оторых необходимо пользователю. При этом следет заметить, что в одной и той же автоматизированной системе может быть реализовано несольо типов диало а: — диало , иницииремый ЭВМ; — диало с помощью заполнения шаблонов; — диало с использованием меню; — ибридный и др.

9.5.1. Особенности технолоии взаимодействия пользователя с ЭВМ Здесь несольо подробнее остановимся на проблеме эффетивно о взаимодействия человеа и ЭВМ, оторая вознила с появлением первых вычислительных машин. На начальном этапе внедрения ЭВМ непосредственно с ними работали тольо прораммисты и операторы, общение же специалистов в правленчесой деятельности происходило опосредованно птем выдачи про раммистам заданий на разработ про рамм решения задач и последюще о полчения распечато отовых резльтатов вычисления на ЭВМ. Расширение сфер использования ЭВМ, совершенствование аппаратных и про раммных средств ЭВМ, а лавное, массовое появление персональных омпьютеров привело  том, что в процесс непосредственно о взаимодействия с ЭВМ был вовлечен массовый, или онечный, пользователь. Под онечным пользователем бдем понимать специалистов сферы ор анизационно-техничесо о правления, в интересах оторых создается система обработи эономичесой информации на ЭВМ. С четом принято о определения онечных пользователей можно разделить на две большие рппы. Представители первой рппы занимаются прежде все о вводом информации в систем и решением ре ламентных задач на ЭВМ, т. е. заранее предопределенных и решаемых, а правило, с заданной периодичностью. Задача пользователей второй рппы — на основании полчаемой информации отовить и принимать правленчесие решения. Специфиа работы онечных пользователей, особенно пользователей второй рппы, требет создания для них таих средств и методов общения с вычислительной системой, бла одаря оторым, не зная архитетры и принципов фнционирования ЭВМ, не владея профессиональными приемами про раммирова580

ния, они мо ли бы довлетворять свои информационные потребности в ходе взаимодействия с машиной. Челове и омпьютер в процессе решения различных задач, связанных с обработой информации, мо т взаимодействовать в различных режимах. Различают следющие режимы взаимодействия пользователя с ЭВМ: паетный и интеративный (запросный, диало овый). Сами же ЭВМ таже мо т работать в различных режимах: одно- и мно опро раммном, разделения времени, реально о времени, телеобработи и т.д. При этом предсматривается цель довлетворения потребности пользователей в масимально возможной автоматизации решения разнообразных задач. Паетный режим был наиболее распространен в пратие централизованно о решения эономичесих задач, о да большой дельный вес занимали задачи отчетности о производственно-хозяйственной деятельности эономичесих объетов разноо ровня правления. Ор анизация вычислительно о процесса при паетном режиме строилась без достпа пользователя  ЭВМ. Е о фнции о раничивались под отовой исходных данных по омплес ор анизационно взаимосвязанных задач и передачей их в центр обработи, де формировался пает, влючающий задание ЭВМ на обработ про раммы, исходные, нормативно-расценочные и справочные данные. Пает вводился в ЭВМ и реализовывался в автоматичесом режиме без частия пользователя и оператора, что позволяло минимизировать время выполнения заданно о набора задач. При этом работа ЭВМ мо ла проходить в однопро раммном или мно опро раммном режиме, что предпочтительнее, та а обеспечивалась параллельная работа основных стройств машины. В настоящее время паетный режим реализется применительно  элетронной печати. Интеративный режим предсматривает непосредственное взаимодействие пользователя с информационно-вычислительной системой, может носить харатер запроса (а правило, ре ламентированно о) или диало а с ЭВМ. Запросный режим необходим пользователям для взаимодействия с системой через значительное число абонентсих терминальных стройств, в том числе даленных на значительное расстояние от центра обработи. Таая необходимость обсловлена решением оперативных задач справочно-информационно о харатера, таими являются, например, задачи резервирования билетов на транспорте, номеров в остиничных омплесах, выдача справочных сведений и т. п., ЭВМ в подобных слчаях реализет 581

систем массово о обслживания, работает в режиме разделения времени, при отором несольо независимых абонентов (пользователей) с помощью стройств ввода-вывода имеют в процессе решения своих задач непосредственный и пратичеси одновременный достп  ЭВМ. Этот режим позволяет дифференцированно в стро о становленном поряде представлять аждом пользователю время для общения с ЭВМ, а после оончания сеанса отлючать е о. Диало овый режим отрывает пользователю возможность непосредственно взаимодействовать с вычислительной системой в допстимом для не о темпе работы, реализя повторяющийся цил выдачи задания, полчения анализа ответа. При этом ЭВМ сама может инициировать диало , сообщая пользователю последовательность ша ов (представление меню) для полчения исомо о резльтата. Обе разновидности интеративно о режима (запросный, диало овый) основываются на работе ЭВМ в режимах реально о времени и телеобработе, оторые являются дальнейшим развитием режима разделения времени. Поэтом обязательными словиями фнционирования системы в этих режимах являются: во-первых, постоянное хранение в запоминающих стройствах ЭВМ необходимой информации и про рамм и лишь в минимальном объеме постпление исходной информации от абонентов и, вовторых, наличия  абонентов соответствющих средств связи с ЭВМ для обращения  ней в любой момент времени. Рассмотренные техноло ичесие процессы и режим работы пользователей в системе «челове — машина» особенно чето проявляются при инте рированной обработе информации, оторая харатерна для современно о автоматизированно о решения эономичесих задач в мно оровневых информационных системах. Диало овый режим взаимодействия пользователя и ЭВМ возни а альтернатива паетном, о да потребовалось обеспечить возможность оперативно о вмешательства пользователя в процесс обработи информации на ЭВМ, хотя на пратие весьма часто можно наблюдать совместное использование этих режимов, помо ающие за счет их частных преимществ ор анизовать более эффетивню техноло ию решения задач на ЭВМ. Использя оллетивный диало с вычислительной системой, правленчесий персонал ор анизации (предприятия) может вовлечь в автоматизированный процесс формирования производственно-хозяйственных средств большой набор слабо формализемых фаторов и обстоятельств в соответствии со своим 582

опытом, интицией и знаниями в реальной эономичесой ситации. Особенно это важно в эспертных системах, реализемых с помощью про раммно-техничесих средств интеративной обработи данных на базе вычислительной технии. Диало , или режим диало а, — это ативный обмен информационными сообщениями межд частниами процесса, о да прием, обработа и выдача сообщений производятся в реальном масштабе времени. В литератре диало овый режим, нередо реализемый в системах оллетивно о пользования на основе разделения времени, называются интеративным режимом. Диало может быть парным, о да число е о частниов равно двм, и множественным при большем числе частниов. При парном диало е сбъетами диало а мо т выстпать а люди, та и техничесие средства в виде ЭВМ. Причем возможны таие сочетания, а «челове—челове», «челове—ЭВМ» и «ЭВМ— ЭВМ». Однао общие принципы реализации диало а при различных омбинациях остаются неизменными. В основе машинной диало овой техноло ии обработи информации лежит взаимодействие человеа и ЭВМ во время решений задачи посредством передачи и приема сообщений через терминальные стройства. При этом необходимо, чтобы  тао о процесса была совопность следющих ачеств или хотя бы одно из них: — наличие  общих партнеров общей цели взаимодействия; — определенная степень равноценности деятельности в процессе реализации задачи; — расширение и совершенствование знаний (мений) одноо партнера на основе знаний (мений) др о о; — обмен сообщениями, направленными на становление понимания одним партнером сообщений др о о. Остановимся на неоторых ачествах диало ово о режима более подробно. При диало е типа «челове—ЭВМ» целью пользователя является полчение системы резльтатных данных в процессе решения задачи, целью же использования ЭВМ (аппаратной и про раммной среды) — оазание помощи пользователю при выполнении ртинных операций. Выполнение это о в зависимости от степени «интеллетализации» ЭВМ допсает либо прямое выполнение необходимых трдоемих ртинных расчетов, либо полчение от человеа дополнительной информации, хранение больших объемов данных и выдач резльтатов решений, либо выбор птей решений задачи. Взаимопонимание партнерами др др а дости ается при наличии  них единой системы языовых знаов или одов, из о583

систем массово о обслживания, работает в режиме разделения времени, при отором несольо независимых абонентов (пользователей) с помощью стройств ввода-вывода имеют в процессе решения своих задач непосредственный и пратичеси одновременный достп  ЭВМ. Этот режим позволяет дифференцированно в стро о становленном поряде представлять аждом пользователю время для общения с ЭВМ, а после оончания сеанса отлючать е о. Диало овый режим отрывает пользователю возможность непосредственно взаимодействовать с вычислительной системой в допстимом для не о темпе работы, реализя повторяющийся цил выдачи задания, полчения анализа ответа. При этом ЭВМ сама может инициировать диало , сообщая пользователю последовательность ша ов (представление меню) для полчения исомо о резльтата. Обе разновидности интеративно о режима (запросный, диало овый) основываются на работе ЭВМ в режимах реально о времени и телеобработе, оторые являются дальнейшим развитием режима разделения времени. Поэтом обязательными словиями фнционирования системы в этих режимах являются: во-первых, постоянное хранение в запоминающих стройствах ЭВМ необходимой информации и про рамм и лишь в минимальном объеме постпление исходной информации от абонентов и, вовторых, наличия  абонентов соответствющих средств связи с ЭВМ для обращения  ней в любой момент времени. Рассмотренные техноло ичесие процессы и режим работы пользователей в системе «челове — машина» особенно чето проявляются при инте рированной обработе информации, оторая харатерна для современно о автоматизированно о решения эономичесих задач в мно оровневых информационных системах. Диало овый режим взаимодействия пользователя и ЭВМ возни а альтернатива паетном, о да потребовалось обеспечить возможность оперативно о вмешательства пользователя в процесс обработи информации на ЭВМ, хотя на пратие весьма часто можно наблюдать совместное использование этих режимов, помо ающие за счет их частных преимществ ор анизовать более эффетивню техноло ию решения задач на ЭВМ. Использя оллетивный диало с вычислительной системой, правленчесий персонал ор анизации (предприятия) может вовлечь в автоматизированный процесс формирования производственно-хозяйственных средств большой набор слабо формализемых фаторов и обстоятельств в соответствии со своим 582

опытом, интицией и знаниями в реальной эономичесой ситации. Особенно это важно в эспертных системах, реализемых с помощью про раммно-техничесих средств интеративной обработи данных на базе вычислительной технии. Диало , или режим диало а, — это ативный обмен информационными сообщениями межд частниами процесса, о да прием, обработа и выдача сообщений производятся в реальном масштабе времени. В литератре диало овый режим, нередо реализемый в системах оллетивно о пользования на основе разделения времени, называются интеративным режимом. Диало может быть парным, о да число е о частниов равно двм, и множественным при большем числе частниов. При парном диало е сбъетами диало а мо т выстпать а люди, та и техничесие средства в виде ЭВМ. Причем возможны таие сочетания, а «челове—челове», «челове—ЭВМ» и «ЭВМ— ЭВМ». Однао общие принципы реализации диало а при различных омбинациях остаются неизменными. В основе машинной диало овой техноло ии обработи информации лежит взаимодействие человеа и ЭВМ во время решений задачи посредством передачи и приема сообщений через терминальные стройства. При этом необходимо, чтобы  тао о процесса была совопность следющих ачеств или хотя бы одно из них: — наличие  общих партнеров общей цели взаимодействия; — определенная степень равноценности деятельности в процессе реализации задачи; — расширение и совершенствование знаний (мений) одноо партнера на основе знаний (мений) др о о; — обмен сообщениями, направленными на становление понимания одним партнером сообщений др о о. Остановимся на неоторых ачествах диало ово о режима более подробно. При диало е типа «челове—ЭВМ» целью пользователя является полчение системы резльтатных данных в процессе решения задачи, целью же использования ЭВМ (аппаратной и про раммной среды) — оазание помощи пользователю при выполнении ртинных операций. Выполнение это о в зависимости от степени «интеллетализации» ЭВМ допсает либо прямое выполнение необходимых трдоемих ртинных расчетов, либо полчение от человеа дополнительной информации, хранение больших объемов данных и выдач резльтатов решений, либо выбор птей решений задачи. Взаимопонимание партнерами др др а дости ается при наличии  них единой системы языовых знаов или одов, из о583

торых формирются сообщения, и хотя бы частично о понимания аждым из них предметной области. Чем больше оличество знаний и мений оазываются  обоих партнеров, тем ле че дости ается ими понимание др др а и эффетивнее происходит диало . В слчае, о да роли частниов диало а неизменны, однозначны и предопределены заранее, стртра диало а называется жестой. В простейшем слчае таая стртра диало а сводится  двм взаимосвязанным высазываниям партнеров («вопрос— ответ») с азанием то о, ом из партнеров принадлежит инициатива. Развитием жестой стртры является альтернативная стртра. Она задает множество возможных, но заранее предписанных в стртре направлений течения диало а. Возможные направления течения диало а представляются пользователю в виде списов вариантов, т. е. меню, а правило, иерархичесой стртры, из оторо о он должен выбрать страивающие е о дальнейшие действия. Стртра диало а, позволяющая частниам общения изменять ее в ходе диало а неоторым заранее предопределенным способом, является ибой. Свободной называется таая стртра, оторая позволяет частниам общения менять ее произвольным образом в ходе диало а.

9.5.2. Типы диалоа и формы ео реализации на ЭВМ Анализ различных диало овых систем, реализющих вычислительные, информационные, справочные и обчающие фнции, а таже омплесные эономичесие задачи, поазал, что наиболее распространенными типами ор анизации диало а являются меню, шаблоны, оманды, естественный язы. Меню — это тип диало а, оторый бла одаря на лядности имеет широое распространение при решении самых различных задач на разных лассах и моделях ЭВМ. Этот тип диало а наиболее добен для онечно о пользователя, та а средством отображения сообщений межд человеом и ЭВМ является эран видеотерминала. Ша диало а начинается, а правило, с выдачи системой неоторо о входно о сообщения, альтернативный ответ на оторое позволяет продолжить или завершить диало (рис. 9.24). Завершается ша диало а после ввода пользователем ответно о сообщения и е о обработи системой. Выход из диало овой системы возможен в слчае прохождения всей цепочи ша ов, обеспечивающей полное решение задач, птем прерывания диало а по инициативе пользователя и выхода из системы. 584

Машинная реализация диало а Уважаемый пользователь! типа «меню» возможна несольими способами, однао, при всех вариан- Выберите нжню фнцию и нажмите лавиш «Ввод» тах в ачестве входно о сообщения на 1. Ввод данных эран видеотерминала выводится не2. Корретирова массива оторое подмножество фнций сис3. Печать массива темы, реализация оторых возможна 4. Уничтожение массива в тещем состоянии диало а. 5. Выход из режима Выбрать требемю фнцию пользователь в зависимости от реализации операции в про раммной Рис. 9.24. Содержание адра среде диало овой системы может различными способами: a — набором на лавиатре требемой диретивы или ее соращенно о обозначения; b — набором на лавиатре номера необходимой фнции; c — подведением рсора в стро эрана с нжной пользователю фнцией; d — нажатием фнциональных лавиш, запро раммированных на реализацию данной фнции. Наиболее эономичными для пользователя являются способы с и d. Способы a и b, несмотря на неоторое величение трдоемости, обеспечивают большю надежность, посоль ислючают возможность слчайно о набора соседних диретив. Схем диало а словно можно представить в виде рафа типа «дерево», в отором вершины — это подмножества фнций системы, действия или альтернативные выходные сообщения. В процессе реализации диало а возможны движения вниз по раф и возврат в начало рафа или в аие-либо ранее прошедшие вершины. Наиболее простым частным слчаем диало а типа меню является режим ответа ДА / НЕТ, о да пользователю в ачестве альтернативы предла ается все о два варианта ответа ДА или НЕТ. Машинная реализация это о режима может быть осществлена одним из следющих способов, о да: — ответ набирается полностью ДА или НЕТ; — ответ задается с помощью первых бв Д или Н (Y или N); — одна из альтернатив (ДА или НЕТ) предпола ается по молчанию и реализется лавишей ввода, а др ая лавишей отмены; Второй тип диало а — шаблон. Это иницииремый системой режим взаимодействия онечно о пользователя и ЭВМ, на аждом ша е оторо о система воспринимает тольо синтасичеси о раниченное входное сообщение пользователя в соответствии с 585

торых формирются сообщения, и хотя бы частично о понимания аждым из них предметной области. Чем больше оличество знаний и мений оазываются  обоих партнеров, тем ле че дости ается ими понимание др др а и эффетивнее происходит диало . В слчае, о да роли частниов диало а неизменны, однозначны и предопределены заранее, стртра диало а называется жестой. В простейшем слчае таая стртра диало а сводится  двм взаимосвязанным высазываниям партнеров («вопрос— ответ») с азанием то о, ом из партнеров принадлежит инициатива. Развитием жестой стртры является альтернативная стртра. Она задает множество возможных, но заранее предписанных в стртре направлений течения диало а. Возможные направления течения диало а представляются пользователю в виде списов вариантов, т. е. меню, а правило, иерархичесой стртры, из оторо о он должен выбрать страивающие е о дальнейшие действия. Стртра диало а, позволяющая частниам общения изменять ее в ходе диало а неоторым заранее предопределенным способом, является ибой. Свободной называется таая стртра, оторая позволяет частниам общения менять ее произвольным образом в ходе диало а.

9.5.2. Типы диалоа и формы ео реализации на ЭВМ Анализ различных диало овых систем, реализющих вычислительные, информационные, справочные и обчающие фнции, а таже омплесные эономичесие задачи, поазал, что наиболее распространенными типами ор анизации диало а являются меню, шаблоны, оманды, естественный язы. Меню — это тип диало а, оторый бла одаря на лядности имеет широое распространение при решении самых различных задач на разных лассах и моделях ЭВМ. Этот тип диало а наиболее добен для онечно о пользователя, та а средством отображения сообщений межд человеом и ЭВМ является эран видеотерминала. Ша диало а начинается, а правило, с выдачи системой неоторо о входно о сообщения, альтернативный ответ на оторое позволяет продолжить или завершить диало (рис. 9.24). Завершается ша диало а после ввода пользователем ответно о сообщения и е о обработи системой. Выход из диало овой системы возможен в слчае прохождения всей цепочи ша ов, обеспечивающей полное решение задач, птем прерывания диало а по инициативе пользователя и выхода из системы. 584

Машинная реализация диало а Уважаемый пользователь! типа «меню» возможна несольими способами, однао, при всех вариан- Выберите нжню фнцию и нажмите лавиш «Ввод» тах в ачестве входно о сообщения на 1. Ввод данных эран видеотерминала выводится не2. Корретирова массива оторое подмножество фнций сис3. Печать массива темы, реализация оторых возможна 4. Уничтожение массива в тещем состоянии диало а. 5. Выход из режима Выбрать требемю фнцию пользователь в зависимости от реализации операции в про раммной Рис. 9.24. Содержание адра среде диало овой системы может различными способами: a — набором на лавиатре требемой диретивы или ее соращенно о обозначения; b — набором на лавиатре номера необходимой фнции; c — подведением рсора в стро эрана с нжной пользователю фнцией; d — нажатием фнциональных лавиш, запро раммированных на реализацию данной фнции. Наиболее эономичными для пользователя являются способы с и d. Способы a и b, несмотря на неоторое величение трдоемости, обеспечивают большю надежность, посоль ислючают возможность слчайно о набора соседних диретив. Схем диало а словно можно представить в виде рафа типа «дерево», в отором вершины — это подмножества фнций системы, действия или альтернативные выходные сообщения. В процессе реализации диало а возможны движения вниз по раф и возврат в начало рафа или в аие-либо ранее прошедшие вершины. Наиболее простым частным слчаем диало а типа меню является режим ответа ДА / НЕТ, о да пользователю в ачестве альтернативы предла ается все о два варианта ответа ДА или НЕТ. Машинная реализация это о режима может быть осществлена одним из следющих способов, о да: — ответ набирается полностью ДА или НЕТ; — ответ задается с помощью первых бв Д или Н (Y или N); — одна из альтернатив (ДА или НЕТ) предпола ается по молчанию и реализется лавишей ввода, а др ая лавишей отмены; Второй тип диало а — шаблон. Это иницииремый системой режим взаимодействия онечно о пользователя и ЭВМ, на аждом ша е оторо о система воспринимает тольо синтасичеси о раниченное входное сообщение пользователя в соответствии с 585

заданным форматом. Ка и при типе диало а меню, инициативная роль в начале диало а принадлежит ЭВМ. Возможные варианты ответа пользователя о раничиваются форматами, предъявляемые ем на эране видеотерминала. Поэтом ибость пользователя таой системой относительно невысоа, хотя и выше, чем при предыдщих схемах ор анизации, но при этом резо снижается и операционная сложность реализации данно о типа диало а на машине. Данный тип диало а может быть реализован несольими способами, из оторых самые распространенные два: — азание системой на эране дисплея формата вводимо о пользователем сообщения; — резервирование места для сообщения пользователя в тесте сообщения системы на эране терминала. Тип диало а шаблон обычно использется для ввода, данных значения оторых или понятны (например, поле для записи даты, фамилии, названии предприятия и т.д.) или являются профессиональными терминами, известными пользователю по е о предметной области. Следет различать жестий шаблон, о да оличество вводимых пользователем символов обязательно должно соответствовать числ разрядов, выделенных тем или иным способом на эране дисплея, и свободный шаблон. В последнем слчае задается предельно допстимое поле, в оторое вносится онретное значение, например, фамилия работающе о при формировании справочниа. Частным слчаем данно о типа диало а является режим, называемый простым запросом. Наибольшее распространение он полчил в автоматизированных системах сброса и формирования массивов данных. При этом режиме пользователю представляется возможность вводить массив, состоящий более чем из одно о сообщения, по формат, заданном системой. Диало в этом слчае сводится лишь  одном ша , а в ачестве сообщений на эране омпьютера мо т быть выведены анетные данные работающих либо номенлатра материальных ценностей и т.п. В ачестве примера на рис. 9.25 приведен информационный адр для создания машинной лицевой арточи работниа предприятия. Диало типа оманда представляет собой инициированный пользователем тип диало а, при отором выполняется одна из допстимых на данном ша е диало а диретив (оманд) пользователя. Перечень допстимых оманд, а правило, отстствет на эране дисплея, однао е о можно вызвать на эран с помощью специальной диретивы или фнциональной лавиши на 586

ПЭВМ (обычно F1) для ознаомления. Если пользователь ввел ошибочню оманд , т.е. отстствющю в списе или с наршениями формата или синтасиса, выдается предпредительное сообщение, и система остается в начале теще о ша а диало а, ожидая е о продолжения. Взаимодействием на естественном язые называется таой тип диало а, о да и инициирование и ответ со стороны пользователя ведтся на язые, близом  естественном (а в плане использемо о словаря, та и в плане построения сложных языовых онстрций предложений). Пользователю предоставляется возможность свободной формлирови нжной ем задачи, однао, с потреблением обсловленных про раммой средой слов и фраз, а таже заранее становленным синтасисом языа. В связи с неоднозначностью естественных языов система должна иметь возможность задавать вопросы, точняющие формлиров пользователя и предметню область рассматриваемой проблемы. При подобном типе диало а пользователь должен быть отов  том, что диало овая система может не распознать е о запрос с перво о раза, а потом требется повторение или точнение запроса. Одной из разновидностей данно о диало а является речевое общение с системой. На пратие в чистом виде в системе тольо один тип диалоа, а правило, не применяется, а использется сочетание несольих типов. Это повышает ибость системы, прощает ее, делает диало более разнообразным и интенсивным. В «држелюбной» диало овой системе, ориентированной на непрофессионально о пользователя, челове, работая за пльтом ЭВМ, должен воспринимать не весь диало , а лишь визальное

Введите данные в соответствии с форматом Фамилия Имя Отчество Год рождения Образование Должность Ученая степень

Рис. 9.25. Информационный адр прямоо вопроса

587

заданным форматом. Ка и при типе диало а меню, инициативная роль в начале диало а принадлежит ЭВМ. Возможные варианты ответа пользователя о раничиваются форматами, предъявляемые ем на эране видеотерминала. Поэтом ибость пользователя таой системой относительно невысоа, хотя и выше, чем при предыдщих схемах ор анизации, но при этом резо снижается и операционная сложность реализации данно о типа диало а на машине. Данный тип диало а может быть реализован несольими способами, из оторых самые распространенные два: — азание системой на эране дисплея формата вводимо о пользователем сообщения; — резервирование места для сообщения пользователя в тесте сообщения системы на эране терминала. Тип диало а шаблон обычно использется для ввода, данных значения оторых или понятны (например, поле для записи даты, фамилии, названии предприятия и т.д.) или являются профессиональными терминами, известными пользователю по е о предметной области. Следет различать жестий шаблон, о да оличество вводимых пользователем символов обязательно должно соответствовать числ разрядов, выделенных тем или иным способом на эране дисплея, и свободный шаблон. В последнем слчае задается предельно допстимое поле, в оторое вносится онретное значение, например, фамилия работающе о при формировании справочниа. Частным слчаем данно о типа диало а является режим, называемый простым запросом. Наибольшее распространение он полчил в автоматизированных системах сброса и формирования массивов данных. При этом режиме пользователю представляется возможность вводить массив, состоящий более чем из одно о сообщения, по формат, заданном системой. Диало в этом слчае сводится лишь  одном ша , а в ачестве сообщений на эране омпьютера мо т быть выведены анетные данные работающих либо номенлатра материальных ценностей и т.п. В ачестве примера на рис. 9.25 приведен информационный адр для создания машинной лицевой арточи работниа предприятия. Диало типа оманда представляет собой инициированный пользователем тип диало а, при отором выполняется одна из допстимых на данном ша е диало а диретив (оманд) пользователя. Перечень допстимых оманд, а правило, отстствет на эране дисплея, однао е о можно вызвать на эран с помощью специальной диретивы или фнциональной лавиши на 586

ПЭВМ (обычно F1) для ознаомления. Если пользователь ввел ошибочню оманд , т.е. отстствющю в списе или с наршениями формата или синтасиса, выдается предпредительное сообщение, и система остается в начале теще о ша а диало а, ожидая е о продолжения. Взаимодействием на естественном язые называется таой тип диало а, о да и инициирование и ответ со стороны пользователя ведтся на язые, близом  естественном (а в плане использемо о словаря, та и в плане построения сложных языовых онстрций предложений). Пользователю предоставляется возможность свободной формлирови нжной ем задачи, однао, с потреблением обсловленных про раммой средой слов и фраз, а таже заранее становленным синтасисом языа. В связи с неоднозначностью естественных языов система должна иметь возможность задавать вопросы, точняющие формлиров пользователя и предметню область рассматриваемой проблемы. При подобном типе диало а пользователь должен быть отов  том, что диало овая система может не распознать е о запрос с перво о раза, а потом требется повторение или точнение запроса. Одной из разновидностей данно о диало а является речевое общение с системой. На пратие в чистом виде в системе тольо один тип диалоа, а правило, не применяется, а использется сочетание несольих типов. Это повышает ибость системы, прощает ее, делает диало более разнообразным и интенсивным. В «држелюбной» диало овой системе, ориентированной на непрофессионально о пользователя, челове, работая за пльтом ЭВМ, должен воспринимать не весь диало , а лишь визальное

Введите данные в соответствии с форматом Фамилия Имя Отчество Год рождения Образование Должность Ученая степень

Рис. 9.25. Информационный адр прямоо вопроса

587

(ино да и звовое) е о отображение. Большая часть про раммных средств правления диало ом должна быть срыта от пользователя, а ем предоставляется минимм для поддержи внешне о диало а. Аппаратные средства современных ЭВМ позволяют отображать на эране дисплея рафичесие и цветные изображения движщихся объетов различной природы, сложные стртры данных и лишь простым нажатием лавиш правлять событиями, возниающими на эране. Кроме то о, во мно ие профессионально — ориентированные ППП эономистов по реомендации психоло ов введены и ровые моменты с целью предоставления пользователю ратовременно о отдыха, например, в слчае перетомления и возниающих из-за это о ошибо. Важным для всех ате орий пользователей про раммных средств, работающих в режиме диало а, является влючаемая в них в обязательном поряде система помощи и средств обчения (HELP), сщественно соряющая а процесс освоения, та и процесс работы. Др ое требование  системе — простота работы с паетом. Освоение основных фнций любо о паета диало ово о типа не должно требовать специальных знаний в области языов про раммирования, архитетры ЭВМ и пр. Посоль пользователю приходится работать с различными диало овыми про раммными системами, целесообразно заладывать в них неоторое однообразие и определенные сложившиеся традиции, например, использование фнциональных лавиш F1 и F10 соответственно для вызова помощи, выхода из системы, применение правляющих лавиш или их омбинаций для правления состоянием процесса вычислений и т.д. Кроме то о, диало овые системы должны использовать достижения эр ономии и современно о дизайна. Внешнее привлеательное оформление диало а по амме цветов, рафичесом оформлению, расположению различных объетов, мно ооонность и т.п. не тольо настраивает пользователя на работ с системой, но и делает ее приятной, менее томительной и более привлеательной. В настоящее время все более широое распространение в ачестве формы диало ово о взаимодействия пользователя с ЭВМ приобретает е о работа в мльтимедийной среде, де под термином «мльтимедиа» понимается объединение взаимодействия различных аналов передачи информации от машины  челове (в первю очередь изобразительной и звовой) и обратная связь: действия человеа должны сщественно влиять на ход событий, воспроизводимых омпьютерной системой. 588

Вознишие в первю очередь а средство реализации омпьютерных и р мльтимедийные техноло ии находят бла оприятню почв для применения в обчающих системах, в омпьютерной мльтиплиации и реламе, в системах автоматизации проетирования, в системах эмлирования военных ситаций и эспертных системах. Развитие мльтимедийных техноло ий и возрастание роли, оторю они начинают и рать в деятельности человеа, стимлирет дальнейшее развитие мироэлетронной техноло ии, совершенствование и разработ новых средств обмена информацией в системе «челове—ЭВМ» (например, обеспечение стереофоничесо о звчания, объемно о изображения, татильных и др их средств съема информации).

9.5.3. Оранизация диалоовой технолоии обработи данных на ПЭВМ Использование для диало овой обработи информации персональных омпьютеров, обладающих таими особенностями, а реативность, возможность наращивания про раммных мощностей, портативность, высоая надежность, простота эсплатации, низие затраты на эсплатацию системы, обеспечивает ряд преимществ по сравнению с системами, реализемыми на ЭВМ др их лассов: 1. Обеспечивается достп пользователей различных ате орий (специалистов правления, инженерно — техничесих работниов и др.)  ресрсам вычислительной системы. 2. Увеличивается «интеллет» системы на более ибой основе, расширяются ее вычислительные и информационные ресрсы, та а терминалы на базе персональных омпьютеров мо т использоваться любыми работниами сферы ор анизационноэономичесо о правления. 3. Снижается общая стоимость диало овой обработи данных из-за сравнительно низой стоимости ПЭВМ. 4. Повышается общая надежность вычислительной системы, та а отаз в работе отдельной ПЭВМ не приводит  преращению работы системы, созданной из ряда мироомпьютеров. При наличии запасных машин или злов странение сбоев в работе вычислительной системы может занимать небольшой промежто времени. 5. Ле че осществляется адаптация пользователя и системы  изменению объетов автоматизации и фнций правления. 589

(ино да и звовое) е о отображение. Большая часть про раммных средств правления диало ом должна быть срыта от пользователя, а ем предоставляется минимм для поддержи внешне о диало а. Аппаратные средства современных ЭВМ позволяют отображать на эране дисплея рафичесие и цветные изображения движщихся объетов различной природы, сложные стртры данных и лишь простым нажатием лавиш правлять событиями, возниающими на эране. Кроме то о, во мно ие профессионально — ориентированные ППП эономистов по реомендации психоло ов введены и ровые моменты с целью предоставления пользователю ратовременно о отдыха, например, в слчае перетомления и возниающих из-за это о ошибо. Важным для всех ате орий пользователей про раммных средств, работающих в режиме диало а, является влючаемая в них в обязательном поряде система помощи и средств обчения (HELP), сщественно соряющая а процесс освоения, та и процесс работы. Др ое требование  системе — простота работы с паетом. Освоение основных фнций любо о паета диало ово о типа не должно требовать специальных знаний в области языов про раммирования, архитетры ЭВМ и пр. Посоль пользователю приходится работать с различными диало овыми про раммными системами, целесообразно заладывать в них неоторое однообразие и определенные сложившиеся традиции, например, использование фнциональных лавиш F1 и F10 соответственно для вызова помощи, выхода из системы, применение правляющих лавиш или их омбинаций для правления состоянием процесса вычислений и т.д. Кроме то о, диало овые системы должны использовать достижения эр ономии и современно о дизайна. Внешнее привлеательное оформление диало а по амме цветов, рафичесом оформлению, расположению различных объетов, мно ооонность и т.п. не тольо настраивает пользователя на работ с системой, но и делает ее приятной, менее томительной и более привлеательной. В настоящее время все более широое распространение в ачестве формы диало ово о взаимодействия пользователя с ЭВМ приобретает е о работа в мльтимедийной среде, де под термином «мльтимедиа» понимается объединение взаимодействия различных аналов передачи информации от машины  челове (в первю очередь изобразительной и звовой) и обратная связь: действия человеа должны сщественно влиять на ход событий, воспроизводимых омпьютерной системой. 588

Вознишие в первю очередь а средство реализации омпьютерных и р мльтимедийные техноло ии находят бла оприятню почв для применения в обчающих системах, в омпьютерной мльтиплиации и реламе, в системах автоматизации проетирования, в системах эмлирования военных ситаций и эспертных системах. Развитие мльтимедийных техноло ий и возрастание роли, оторю они начинают и рать в деятельности человеа, стимлирет дальнейшее развитие мироэлетронной техноло ии, совершенствование и разработ новых средств обмена информацией в системе «челове—ЭВМ» (например, обеспечение стереофоничесо о звчания, объемно о изображения, татильных и др их средств съема информации).

9.5.3. Оранизация диалоовой технолоии обработи данных на ПЭВМ Использование для диало овой обработи информации персональных омпьютеров, обладающих таими особенностями, а реативность, возможность наращивания про раммных мощностей, портативность, высоая надежность, простота эсплатации, низие затраты на эсплатацию системы, обеспечивает ряд преимществ по сравнению с системами, реализемыми на ЭВМ др их лассов: 1. Обеспечивается достп пользователей различных ате орий (специалистов правления, инженерно — техничесих работниов и др.)  ресрсам вычислительной системы. 2. Увеличивается «интеллет» системы на более ибой основе, расширяются ее вычислительные и информационные ресрсы, та а терминалы на базе персональных омпьютеров мо т использоваться любыми работниами сферы ор анизационноэономичесо о правления. 3. Снижается общая стоимость диало овой обработи данных из-за сравнительно низой стоимости ПЭВМ. 4. Повышается общая надежность вычислительной системы, та а отаз в работе отдельной ПЭВМ не приводит  преращению работы системы, созданной из ряда мироомпьютеров. При наличии запасных машин или злов странение сбоев в работе вычислительной системы может занимать небольшой промежто времени. 5. Ле че осществляется адаптация пользователя и системы  изменению объетов автоматизации и фнций правления. 589

6. Обеспечивается бла одаря ативности ПЭВМ требемое время реации на нере лярно постпающие запросы. 7. Происходит масимальное сближение систем обработи информации на базе различных лассов ЭВМ с техноло ичесими операциями, выполняемыми работниами аппарата правления с применением персональных омпьютеров. В процессе разработи диало овых систем реомендется читывать ряд требований, оторые можно свести  двм рппам: — определяющие принципы построения систем; — требования, предъявляемые  эсплатационным харатеристиам диало овых систем. В первой рппе требований принципиально важными для создания ибой, надежной и эффетивной диало овой системы являются следющие требования: — до начала формлирования требований  системе целесообразно ознаомиться с аой-либо действющей системой; — необходимо предсмотреть адаптивню обратню связь межд пользователем и системой, позволяющю разработчи в интеративном режиме приближать систем  реальным словиям решения задачи; — предсмотреть ряд мер по онтролю и защите вводимой и хранимой информации; В частности, диало овые системы решения эономичесих задач для пользователей — специалистов в области эономиоор анизационно о правления должны обеспечивать относительно простые, но надежные сервисные фнции по синтасичесом, ло ичесом и численном онтролю исходных данных; орретирове хранимой в памяти ЭВМ информации; прерыванию процедры выполнения ал оритмичесо о процесса с возвратом в ближайшю  прерванной в процедре точ ал оритма с восстановлением соответствющих ей исходных состояний файлов; фисировать действия системы для обеспечения безопасности ее птем последюще о анализа заре истрированных сообщений. В числе требований, предъявляемых  эсплатационным харатеристиам диало овых систем, выделим таие, а ле ая адаптация пользователя  системе; единообразие вычислительных, опросных процедр и терминоло ии, предоставление возможности полчения  лбленной информации по мере необходимости в ходе работы с системой; снабжение пользователя справочной информацией и необходимыми инстрциями, выводимыми на эран видеотерминала или печатающее стройство, с азанием моментов полчения помощи от ЭВМ или необходимости проведения ответных действий (реаций); обозримость состояния диа590

ло а птем использования ратих форм диало а; наличие защитных средств информации в системе, реализемых операционными системами и специальными про раммами. Техноло ия создания диало овых систем может быть представлена в виде определенной последовательности ша ов. На первом ша е анализирется подлежащая решению задача, выявляются ее харатерные признаи, формлирются методы и средства ее решения, точняются источнии информации, объемы информационных массивов, вычислительные ресрсы и т.д. Второй ша — отображение этих представлений в виде интеративно о взаимодействия, синтезированно о из простейших омпонентов процедр, т.е. составление репленной ло ичесой схемы. Третий ша — формирование полно о подробно о сценария диало ово о решения задачи на основе построенной стртры человео — машинно о диало а и е о отображение в виде информационной базы, информационных адров, обеспечивающее информационно — вычислительный процесс по заданном сценарию. Четвертый ша — обеспечение автоматизированно о ведения ибо о диало а птем написания про раммы на ал оритмичесом язые или на базе ло ио — лин вистичесо о процессора. Важной проблемой при создании диало овых систем является обеспечение реативности, т.е. достаточно быстрой цирляции сообщений а межд фнциональными задачами (про раммами), та и межд задачами и пользователем. Обмен сообщения должен осществляться в режиме реально о времени, без «зависаний» системы, оторые психоло ичеси  нетающе действют на партнеров по диало , а в системе «челове — ЭВМ» — на пользователя. Для онечных пользователей — специалистов правления диало овая система должна быть достаточно «прозрачной» и требовать от них лишь выполнения обычных действий в соответствии с их слжебными обязанностями. При этом пользователь должен полчать от системы необходимые разъяснения (подсази) по содержанию требемых от не о действий. Возможность обмена пользователя с системой с помощью языа диало а может быть обеспечена двмя способами. Первый способ предпола ает, что с системой общается пользователь-неспециалист. Потом ем не необходимо знать весь объем оманд (диретив, сообщений) системы и правил их исполнения. Он должен знать лишь свой пароль, свое «меню», т.е. обладать лишь достаточным объемом знаний, система же сама должна подсазать пользователю, что он может отвечать в той или иной ситации. 591

6. Обеспечивается бла одаря ативности ПЭВМ требемое время реации на нере лярно постпающие запросы. 7. Происходит масимальное сближение систем обработи информации на базе различных лассов ЭВМ с техноло ичесими операциями, выполняемыми работниами аппарата правления с применением персональных омпьютеров. В процессе разработи диало овых систем реомендется читывать ряд требований, оторые можно свести  двм рппам: — определяющие принципы построения систем; — требования, предъявляемые  эсплатационным харатеристиам диало овых систем. В первой рппе требований принципиально важными для создания ибой, надежной и эффетивной диало овой системы являются следющие требования: — до начала формлирования требований  системе целесообразно ознаомиться с аой-либо действющей системой; — необходимо предсмотреть адаптивню обратню связь межд пользователем и системой, позволяющю разработчи в интеративном режиме приближать систем  реальным словиям решения задачи; — предсмотреть ряд мер по онтролю и защите вводимой и хранимой информации; В частности, диало овые системы решения эономичесих задач для пользователей — специалистов в области эономиоор анизационно о правления должны обеспечивать относительно простые, но надежные сервисные фнции по синтасичесом, ло ичесом и численном онтролю исходных данных; орретирове хранимой в памяти ЭВМ информации; прерыванию процедры выполнения ал оритмичесо о процесса с возвратом в ближайшю  прерванной в процедре точ ал оритма с восстановлением соответствющих ей исходных состояний файлов; фисировать действия системы для обеспечения безопасности ее птем последюще о анализа заре истрированных сообщений. В числе требований, предъявляемых  эсплатационным харатеристиам диало овых систем, выделим таие, а ле ая адаптация пользователя  системе; единообразие вычислительных, опросных процедр и терминоло ии, предоставление возможности полчения  лбленной информации по мере необходимости в ходе работы с системой; снабжение пользователя справочной информацией и необходимыми инстрциями, выводимыми на эран видеотерминала или печатающее стройство, с азанием моментов полчения помощи от ЭВМ или необходимости проведения ответных действий (реаций); обозримость состояния диа590

ло а птем использования ратих форм диало а; наличие защитных средств информации в системе, реализемых операционными системами и специальными про раммами. Техноло ия создания диало овых систем может быть представлена в виде определенной последовательности ша ов. На первом ша е анализирется подлежащая решению задача, выявляются ее харатерные признаи, формлирются методы и средства ее решения, точняются источнии информации, объемы информационных массивов, вычислительные ресрсы и т.д. Второй ша — отображение этих представлений в виде интеративно о взаимодействия, синтезированно о из простейших омпонентов процедр, т.е. составление репленной ло ичесой схемы. Третий ша — формирование полно о подробно о сценария диало ово о решения задачи на основе построенной стртры человео — машинно о диало а и е о отображение в виде информационной базы, информационных адров, обеспечивающее информационно — вычислительный процесс по заданном сценарию. Четвертый ша — обеспечение автоматизированно о ведения ибо о диало а птем написания про раммы на ал оритмичесом язые или на базе ло ио — лин вистичесо о процессора. Важной проблемой при создании диало овых систем является обеспечение реативности, т.е. достаточно быстрой цирляции сообщений а межд фнциональными задачами (про раммами), та и межд задачами и пользователем. Обмен сообщения должен осществляться в режиме реально о времени, без «зависаний» системы, оторые психоло ичеси  нетающе действют на партнеров по диало , а в системе «челове — ЭВМ» — на пользователя. Для онечных пользователей — специалистов правления диало овая система должна быть достаточно «прозрачной» и требовать от них лишь выполнения обычных действий в соответствии с их слжебными обязанностями. При этом пользователь должен полчать от системы необходимые разъяснения (подсази) по содержанию требемых от не о действий. Возможность обмена пользователя с системой с помощью языа диало а может быть обеспечена двмя способами. Первый способ предпола ает, что с системой общается пользователь-неспециалист. Потом ем не необходимо знать весь объем оманд (диретив, сообщений) системы и правил их исполнения. Он должен знать лишь свой пароль, свое «меню», т.е. обладать лишь достаточным объемом знаний, система же сама должна подсазать пользователю, что он может отвечать в той или иной ситации. 591

При втором способе общение с диало овой системой осществляет пользователь-специалист (например, администратор системы). В этом слчае диапазон выполняемых им фнций более широ и может влючать таие операции, а: — изменение состава техноло ичесих цепоче, значений параметров, правил запса и т.д.; — вывод на эран тестов справочных сообщений, форм таих сообщений и внесение в них новой информации; — преобразование данных из одной формы представления в др ю; — собственно операции над данными. В числе фнций второй рппы: — онтроль состояний всей диало овой системы и правильности взаимодействия процессов; — онтроль состояния процессов; — обеспечения надежности фнционирования системы в целом и отдельных процессов; — адаптация и развитие системы: при разработе диало а правления процессами использются файловые системы ор анизации обмена и преобразования данных в памяти ЭВМ, тилиты для работы с про раммными модлями, специальные языовые средства. При переходе  массовом применению ПЭВМ в режиме диало а появляется возможность отаза от использования традиционных бмажных носителей информации, работа с оторыми трдоема, требет специальной под отови операторов и наршает индивидальность автоматизированной обработи информации. Использование ПЭВМ, работающих в режиме диало а, в местах возниновения информации (на сладах, в цехах, в фнциональных правленчесих отделах и т.д.) позволяет автоматизировать процесс из отовления и заполнения первичной доментации. Значительно соряется таже общий процесс техноло ичесой обработи данных в распределенных (децентрализованных) системах обработи данных на базе ПЭВМ, работающих в режиме диало а, та а отпадает необходимость использования процедр омплетования доментов в пачи. Вместо перфорации данных с доментов производится их рчной ввод с лавиатры или автоматичесий (например, с помощью санера), ислючается таая трдоемая операция, а онтроль перфорации. Замена перфорации вводом данных позволяет повысить достоверность вводимой информации за счет визально о онтроля на эране, применения ло ио-синтасичесо о метода онтроля и, 592

роме все о проче о, снижаются общие затраты сил и средств на проведение операции по формированию отдельных массивов и баз данных. Особенностью диало овой техноло ии для систем обработи данных на базе персональных ЭВМ является применение автоматизированно о сбора, ре истрации и предварительной обработи данных непосредственно на рабочих местах специалистов правления. Посоль на ПЭВМ в режиме диало а может работать не тольо оператор, но и непосредственно сам онечный пользователь, оторый знает предметню область решаемой задачи, он может визально обнаржить не тольо ошиби, вознишие при вводе, но и не выявленные по том или иным причинам ранее непосредственно в первичных доментах. В словиях сетево о использования ЭВМ автоматизирется достава исходной информации  мест ее основной обработи и резльтатной  мест ее использования. Применение аналов связи обеспечивает ввод данных со соростью в несольо раз более высоой, чем при вводе перфоносителей или простой передаче ма нитных носителей в центр обработи. Одновременно за счет создания централизованных и распределенных баз данных дости ается соращение объема вводимой информации, а вместе с тем и обще о времени на ее обработ. Диало овая техноло ия способствет приближению средств вычислительной технии  пользователю, однао, требет применения повышенных мер по обеспечению защиты информации от несанционированно о достпа. Достп  машине имеют пользователи, выполняющие различные фнции, связанные с решением задач, за оторые они нест ответственность, а юридичесие лица. Для ислючения порчи данных и про рамм, распола ающихся на жестих винчестерсих дисах ПЭВМ, в стртр диало а влючаются дополнительные модли по обеспечению защиты данных от несанционированно о достпа. Др им аспетом диало овой техноло ии на ПЭВМ является юридичесий. Автоматизация составления первичной доментации приводит  жесточению требований по онтролю за работой пользователей, заполняющих первичный домент. Посоль в заполнении домента мо т принимать частие несольо лиц (в данном слчае домент толется несольо шире и может подразмевать файл или фра менты базы данных), аждый работни аппарата правления, имеющий достп  машине, несет юридичесю ответственность за орретность вносимой в домент (файл) информации. Это заверяется подписями в доментах. 593

При втором способе общение с диало овой системой осществляет пользователь-специалист (например, администратор системы). В этом слчае диапазон выполняемых им фнций более широ и может влючать таие операции, а: — изменение состава техноло ичесих цепоче, значений параметров, правил запса и т.д.; — вывод на эран тестов справочных сообщений, форм таих сообщений и внесение в них новой информации; — преобразование данных из одной формы представления в др ю; — собственно операции над данными. В числе фнций второй рппы: — онтроль состояний всей диало овой системы и правильности взаимодействия процессов; — онтроль состояния процессов; — обеспечения надежности фнционирования системы в целом и отдельных процессов; — адаптация и развитие системы: при разработе диало а правления процессами использются файловые системы ор анизации обмена и преобразования данных в памяти ЭВМ, тилиты для работы с про раммными модлями, специальные языовые средства. При переходе  массовом применению ПЭВМ в режиме диало а появляется возможность отаза от использования традиционных бмажных носителей информации, работа с оторыми трдоема, требет специальной под отови операторов и наршает индивидальность автоматизированной обработи информации. Использование ПЭВМ, работающих в режиме диало а, в местах возниновения информации (на сладах, в цехах, в фнциональных правленчесих отделах и т.д.) позволяет автоматизировать процесс из отовления и заполнения первичной доментации. Значительно соряется таже общий процесс техноло ичесой обработи данных в распределенных (децентрализованных) системах обработи данных на базе ПЭВМ, работающих в режиме диало а, та а отпадает необходимость использования процедр омплетования доментов в пачи. Вместо перфорации данных с доментов производится их рчной ввод с лавиатры или автоматичесий (например, с помощью санера), ислючается таая трдоемая операция, а онтроль перфорации. Замена перфорации вводом данных позволяет повысить достоверность вводимой информации за счет визально о онтроля на эране, применения ло ио-синтасичесо о метода онтроля и, 592

роме все о проче о, снижаются общие затраты сил и средств на проведение операции по формированию отдельных массивов и баз данных. Особенностью диало овой техноло ии для систем обработи данных на базе персональных ЭВМ является применение автоматизированно о сбора, ре истрации и предварительной обработи данных непосредственно на рабочих местах специалистов правления. Посоль на ПЭВМ в режиме диало а может работать не тольо оператор, но и непосредственно сам онечный пользователь, оторый знает предметню область решаемой задачи, он может визально обнаржить не тольо ошиби, вознишие при вводе, но и не выявленные по том или иным причинам ранее непосредственно в первичных доментах. В словиях сетево о использования ЭВМ автоматизирется достава исходной информации  мест ее основной обработи и резльтатной  мест ее использования. Применение аналов связи обеспечивает ввод данных со соростью в несольо раз более высоой, чем при вводе перфоносителей или простой передаче ма нитных носителей в центр обработи. Одновременно за счет создания централизованных и распределенных баз данных дости ается соращение объема вводимой информации, а вместе с тем и обще о времени на ее обработ. Диало овая техноло ия способствет приближению средств вычислительной технии  пользователю, однао, требет применения повышенных мер по обеспечению защиты информации от несанционированно о достпа. Достп  машине имеют пользователи, выполняющие различные фнции, связанные с решением задач, за оторые они нест ответственность, а юридичесие лица. Для ислючения порчи данных и про рамм, распола ающихся на жестих винчестерсих дисах ПЭВМ, в стртр диало а влючаются дополнительные модли по обеспечению защиты данных от несанционированно о достпа. Др им аспетом диало овой техноло ии на ПЭВМ является юридичесий. Автоматизация составления первичной доментации приводит  жесточению требований по онтролю за работой пользователей, заполняющих первичный домент. Посоль в заполнении домента мо т принимать частие несольо лиц (в данном слчае домент толется несольо шире и может подразмевать файл или фра менты базы данных), аждый работни аппарата правления, имеющий достп  машине, несет юридичесю ответственность за орретность вносимой в домент (файл) информации. Это заверяется подписями в доментах. 593

При автоматичесом заполнении домента часто происходит разрыв во времени межд заполнением в не о данных и полчением отовой своди. Поэтом целесообразно проонтролировать, то, о да и аю информацию вносил в заполняемый домент, аие операции и в аой последовательности выполнял, подтверждать выполнение процедры «элетронными подписями». С этой целью диало должен поддерживаться соответствющими про раммными средствами. Реализемые на пратие диало овые системы различаются межд собой по различным признаам: назначению и вид обрабатываемой информации, техничесой базе, автономности или влючению в более сложню систем, затратам на реализацию и эсплатацию и т. д. Поэтом для оцени и выбора той или иной системы, ориентированной на решение однотипно о ласса задач, должна быть становлена система ритериев или поазателей оцени и выбора. Признавая ведщю роль человеа в диало е, целесообразно эффетивность диало овой системы определять с точи зрения пользователя. Поэтом основными поазателями системы являются ее реативность, то есть время ответа системы и время на ожидание обслживания, время решения задачи, степень обеспечения стойчивости и степень «подсазываемости» пользователю возможных вариантов действий в слчае непредвиденных ситаций и ряд др их.

9.5.4. Оранизационно-методичесое, эрономичесое и правовое обеспечение автоматизированноо правления Ор анизационное обеспечение автоматизированно о правления влючает омплес доментов, ре ламентирющих деятельность специалистов при использовании ПЭВМ или терминала на их рабочем месте. При этом возниает необходимость определить фнции и задачи аждо о специалиста, ре ламентировать взаимодействие работниов, обеспечить персонал онстртивными материалами на всех техноло ичесих операциях автоматизированной обработи информации. Методичесое обеспечение автоматизированно о правления состоит из методичесих азаний, реомендаций и положений по внедрению, эсплатации и оцене эффетивности их фнционирования. Оно влючает в себя таже ор анизованню машинным способом справочню информацию в целом и отдельных е о фнциях, средства обчения работе, демонстрационные и реламные примеры. 594

Эр ономичесое обеспечение автоматизированно о правления представляет собой омплес мероприятий, выполнение оторых должно создавать масимально омфортные словия для использования АРМ специалистами, быстрейше о освоения техноло ии и ачественной работы на АРМ. Комфортные словия предполаают выбор специальной мебели для размещения техничесой базы АРМ, ор анизацию артоте для хранения доментации и ма нитных носителей. Общеизвестно, что внедрение ПЭВМ оазывает а положительные, та и отрицательные воздействия на ор анизацию трда исполнителя. Положительный социально-эономичесий эффет выражается в росте производительности трда, снижении е о ртинности и др. Отрицательное же воздействие ПЭВМ на человеа выражено менее заметно, но оно проявляется в наршении фнции зрения, томляемости и т.д. Поэтом одна из важнейших задач эр ономичесо о обеспечения АРМ — меньшить отрицательные воздействия на человеа со стороны ПЭВМ. Правовое обеспечение автоматизированно о правления влючает систем нормативно-правовых доментов, оторые должны чёто определять права и обязанности специалистов в словиях фнционирования АРМ. Должен быть разработан и применим на пратие омплес доментов, ре ламентирющих порядо хранения и защиты информации, правила ревизии данных, обеспечение юридичесой подлинности совершаемых на АРМ операций и т.д. Следет иметь в вид, что АРМ специалистов правления должны эсплатироваться работниами, прошедшими в той или иной мере обчение по основам информатии и вычислительной технии, эсплатации АРМ. Должностные инстрции этой ате ории пользователей должны предсматривать выполнение вполне определенных процедр на АРМ. Должно стать правилом: онретные АРМ специалистов сферы ор анизационно-эономичесо о правления необходимо создавать на основе анализа ор анизации трда исполнителей, паспортизации и аттестации рабочих мест.

9.6. Защита информации при автоматизированном правлении В настоящее время ПЭВМ пользователей в автоматизированных системах, а правило, влючены в информационно-вычислительные сети (ИВС). В них сосредотачивается информация, ислючительное право на пользование оторой принадлежит оп595

При автоматичесом заполнении домента часто происходит разрыв во времени межд заполнением в не о данных и полчением отовой своди. Поэтом целесообразно проонтролировать, то, о да и аю информацию вносил в заполняемый домент, аие операции и в аой последовательности выполнял, подтверждать выполнение процедры «элетронными подписями». С этой целью диало должен поддерживаться соответствющими про раммными средствами. Реализемые на пратие диало овые системы различаются межд собой по различным признаам: назначению и вид обрабатываемой информации, техничесой базе, автономности или влючению в более сложню систем, затратам на реализацию и эсплатацию и т. д. Поэтом для оцени и выбора той или иной системы, ориентированной на решение однотипно о ласса задач, должна быть становлена система ритериев или поазателей оцени и выбора. Признавая ведщю роль человеа в диало е, целесообразно эффетивность диало овой системы определять с точи зрения пользователя. Поэтом основными поазателями системы являются ее реативность, то есть время ответа системы и время на ожидание обслживания, время решения задачи, степень обеспечения стойчивости и степень «подсазываемости» пользователю возможных вариантов действий в слчае непредвиденных ситаций и ряд др их.

9.5.4. Оранизационно-методичесое, эрономичесое и правовое обеспечение автоматизированноо правления Ор анизационное обеспечение автоматизированно о правления влючает омплес доментов, ре ламентирющих деятельность специалистов при использовании ПЭВМ или терминала на их рабочем месте. При этом возниает необходимость определить фнции и задачи аждо о специалиста, ре ламентировать взаимодействие работниов, обеспечить персонал онстртивными материалами на всех техноло ичесих операциях автоматизированной обработи информации. Методичесое обеспечение автоматизированно о правления состоит из методичесих азаний, реомендаций и положений по внедрению, эсплатации и оцене эффетивности их фнционирования. Оно влючает в себя таже ор анизованню машинным способом справочню информацию в целом и отдельных е о фнциях, средства обчения работе, демонстрационные и реламные примеры. 594

Эр ономичесое обеспечение автоматизированно о правления представляет собой омплес мероприятий, выполнение оторых должно создавать масимально омфортные словия для использования АРМ специалистами, быстрейше о освоения техноло ии и ачественной работы на АРМ. Комфортные словия предполаают выбор специальной мебели для размещения техничесой базы АРМ, ор анизацию артоте для хранения доментации и ма нитных носителей. Общеизвестно, что внедрение ПЭВМ оазывает а положительные, та и отрицательные воздействия на ор анизацию трда исполнителя. Положительный социально-эономичесий эффет выражается в росте производительности трда, снижении е о ртинности и др. Отрицательное же воздействие ПЭВМ на человеа выражено менее заметно, но оно проявляется в наршении фнции зрения, томляемости и т.д. Поэтом одна из важнейших задач эр ономичесо о обеспечения АРМ — меньшить отрицательные воздействия на человеа со стороны ПЭВМ. Правовое обеспечение автоматизированно о правления влючает систем нормативно-правовых доментов, оторые должны чёто определять права и обязанности специалистов в словиях фнционирования АРМ. Должен быть разработан и применим на пратие омплес доментов, ре ламентирющих порядо хранения и защиты информации, правила ревизии данных, обеспечение юридичесой подлинности совершаемых на АРМ операций и т.д. Следет иметь в вид, что АРМ специалистов правления должны эсплатироваться работниами, прошедшими в той или иной мере обчение по основам информатии и вычислительной технии, эсплатации АРМ. Должностные инстрции этой ате ории пользователей должны предсматривать выполнение вполне определенных процедр на АРМ. Должно стать правилом: онретные АРМ специалистов сферы ор анизационно-эономичесо о правления необходимо создавать на основе анализа ор анизации трда исполнителей, паспортизации и аттестации рабочих мест.

9.6. Защита информации при автоматизированном правлении В настоящее время ПЭВМ пользователей в автоматизированных системах, а правило, влючены в информационно-вычислительные сети (ИВС). В них сосредотачивается информация, ислючительное право на пользование оторой принадлежит оп595

ределенным лицам или рппе лиц, действющих в поряде личной инициативы или в соответствии с должностными обязанностями. Таая информация должна быть защищена от всех видов посторонне о вмешательства: чтение информации лицами, не имеющими права достпа  ней, и преднамеренное изменение информации. К том же в ИВС должны приниматься меры по защите вычислительных ресрсов сети от их несанционированноо использования, т.е. должен быть ислючен достп  сети лиц, не имеющих на это права. Физичесая система защиты системы и данных может осществляться тольо в отношении рабочих ЭВМ и злов связи и оазывается невозможной для средств передачи, имеющих большю протяженность. По этой причине в ИВС должны использоваться средства, ислючающие несанционированный достп  данным и обеспечивающие их серетность. Неизбежным средством борьбы с этой опасностью стали постоянно величивающиеся расходы на защит информации. Например, по оцене немецих эспертов лишь в 1987 од в промышленности и чебных заведениях Западной Европы потрачено 1,7 млрд маро на обеспечение безопасности омпьютеров. Исследования пратии фнционирования систем обработи информации и вычислительных систем доазали, что сществет достаточно мно о возможных направлений течи информации и птей несанционированно о достпа в системах и сетях. В их числе: — чтение остаточной информации в памяти системы после выполнения санционированных запросов; — опирование носителей и файлов информации с преодолением мер защиты; — масирова под заре истрированно о пользователя; — масирова под запрос системы; — использование про раммных ловше; — использование недостатов операционной системы; — незаонное подлючение  аппаратре и линиям связи; — зломышленный вывод из строя механизмов защиты; — внедрение и использование омпьютерных вирсов. Обеспечение безопасности информации в ИВС и в автономно работающих ПЭВМ дости ается омплесом ор анизационных, ор анизационно-техничесих, техничесих и про раммных мер. К ор анизационным мерам защиты информации относятся: — о раничение достпа в помещения, в оторых происходит под отова и обработа информации; 596

— достп  обработе и передаче онфиденциальной информации тольо проверенных должностных лиц; — хранение ма нитных носителей и ре истрационных жрналов в зарытых для достпа посторонних лиц сейфах; — ислючение просмотра посторонними лицами содержания обрабатываемых материалов через дисплей, принтер и т.д.; — использование рипто рафичесих одов при передаче информации по аналам связи ценной информации; — ничтожение расящих лент, бма и и иных материалов, содержащих фра менты ценной информации. Ор анизационно-техничесие меры зашиты информации влючают: — осществление питания обордования, обрабатывающе о ценню информацию от независимо о источниа или через специальные фильтры; — станов на дверях помещений одовых замов; — использование для отображения информации при вводевыводе жидористалличесих или плазменных дисплеев, а для полчения твердых опий — стрйных принтеров и термопринтеров, посоль дисплей дает таое высоочастотное элетрома нитное излчение, что изображение с е о эрана можно принимать на расстоянии несольих сотен илометров; — ничтожение информации, хранящейся в ОЗУ и на «винчестере» при списании или отправе ПЭВМ в ремонт; — станова лавиатры и принтеров на мя ие пролади с целью снижения возможности снятия информации астичесим способом; — о раничение элетрома нитно о излчения птем эранирования помещений, де происходит обработа информации, листами из металла или специальной пластмассы. Техничесие средства защиты информации — это системы охраны территорий и помещений с помощью эранирования машинных залов и ор анизация онтрольно-пропсных систем. Защита информации в сетях и вычислительных средствах с помощью техничесих средств реализется на основе ор анизации достпа  памяти с помощью: — онтроля достпа  различным ровням памяти омпьютера; — блоирови данных и ввода лючей; — выделения онтрольных битов для записей с целью идентифиации и др. 597

ределенным лицам или рппе лиц, действющих в поряде личной инициативы или в соответствии с должностными обязанностями. Таая информация должна быть защищена от всех видов посторонне о вмешательства: чтение информации лицами, не имеющими права достпа  ней, и преднамеренное изменение информации. К том же в ИВС должны приниматься меры по защите вычислительных ресрсов сети от их несанционированноо использования, т.е. должен быть ислючен достп  сети лиц, не имеющих на это права. Физичесая система защиты системы и данных может осществляться тольо в отношении рабочих ЭВМ и злов связи и оазывается невозможной для средств передачи, имеющих большю протяженность. По этой причине в ИВС должны использоваться средства, ислючающие несанционированный достп  данным и обеспечивающие их серетность. Неизбежным средством борьбы с этой опасностью стали постоянно величивающиеся расходы на защит информации. Например, по оцене немецих эспертов лишь в 1987 од в промышленности и чебных заведениях Западной Европы потрачено 1,7 млрд маро на обеспечение безопасности омпьютеров. Исследования пратии фнционирования систем обработи информации и вычислительных систем доазали, что сществет достаточно мно о возможных направлений течи информации и птей несанционированно о достпа в системах и сетях. В их числе: — чтение остаточной информации в памяти системы после выполнения санционированных запросов; — опирование носителей и файлов информации с преодолением мер защиты; — масирова под заре истрированно о пользователя; — масирова под запрос системы; — использование про раммных ловше; — использование недостатов операционной системы; — незаонное подлючение  аппаратре и линиям связи; — зломышленный вывод из строя механизмов защиты; — внедрение и использование омпьютерных вирсов. Обеспечение безопасности информации в ИВС и в автономно работающих ПЭВМ дости ается омплесом ор анизационных, ор анизационно-техничесих, техничесих и про раммных мер. К ор анизационным мерам защиты информации относятся: — о раничение достпа в помещения, в оторых происходит под отова и обработа информации; 596

— достп  обработе и передаче онфиденциальной информации тольо проверенных должностных лиц; — хранение ма нитных носителей и ре истрационных жрналов в зарытых для достпа посторонних лиц сейфах; — ислючение просмотра посторонними лицами содержания обрабатываемых материалов через дисплей, принтер и т.д.; — использование рипто рафичесих одов при передаче информации по аналам связи ценной информации; — ничтожение расящих лент, бма и и иных материалов, содержащих фра менты ценной информации. Ор анизационно-техничесие меры зашиты информации влючают: — осществление питания обордования, обрабатывающе о ценню информацию от независимо о источниа или через специальные фильтры; — станов на дверях помещений одовых замов; — использование для отображения информации при вводевыводе жидористалличесих или плазменных дисплеев, а для полчения твердых опий — стрйных принтеров и термопринтеров, посоль дисплей дает таое высоочастотное элетрома нитное излчение, что изображение с е о эрана можно принимать на расстоянии несольих сотен илометров; — ничтожение информации, хранящейся в ОЗУ и на «винчестере» при списании или отправе ПЭВМ в ремонт; — станова лавиатры и принтеров на мя ие пролади с целью снижения возможности снятия информации астичесим способом; — о раничение элетрома нитно о излчения птем эранирования помещений, де происходит обработа информации, листами из металла или специальной пластмассы. Техничесие средства защиты информации — это системы охраны территорий и помещений с помощью эранирования машинных залов и ор анизация онтрольно-пропсных систем. Защита информации в сетях и вычислительных средствах с помощью техничесих средств реализется на основе ор анизации достпа  памяти с помощью: — онтроля достпа  различным ровням памяти омпьютера; — блоирови данных и ввода лючей; — выделения онтрольных битов для записей с целью идентифиации и др. 597

Архитетра про раммных средств защиты информации влючает: — онтроль безопасности, в том числе и онтроль ре истрации вхождения в систем, фисацию в системном жрнале, онтроль действий пользователя; — реацию, в том числе звовю, на наршение системы защиты онтроля достпа  ресрсам сети; — онтроль мандатов достпа; — формальный онтроль защищенности операционных систем (базовой операционной и сетевой); — онтроль ал оритмов защиты; — провер и подтверждение правильности фнционирования техничесо о и про раммно о обеспечения. Для надежной защиты информации и выявления слчаев неправомочных действий проводится ре истрация работы системы: создаются специальные дневнии и протоолы, в оторых фисирются все действия, имеющие отношение  защите информации в системе. Фисирются время постпления заяви, ее тип, имя пользователя и терминала, с оторо о инициализирется заява. При отборе событий, подлежащих ре истрации, необходимо иметь в вид, что с ростом оличества ре истриремых событий, затрдняется просмотр дневниа и обнаржение попыто преодоления защиты. В этом слчае можно применять про раммный анализ и фисировать сомнительные события. Использются таже специальные про раммы для тестирования системы защиты. Периодичеси или в слчайно выбранные моменты времени они проверяют работоспособность аппаратных и про раммных средств защиты. К отдельной рппе мер по обеспечению сохранности информации и выявлению несанционированных запросов относятся про раммы обнаржения наршений в режиме реально о времени. Про раммы данной рппы формирют специальный си нал при ре истрации действий, оторые мо т привести  неправомерным действиям по отношению  защищаемой информации. Си нал может содержать информацию о харатере наршения, месте е о возниновения и др ие харатеристии. Кроме то о, про раммы мо т запретить достп  защищаемой информации или симлировать таой режим работы (например, моментальная за рза стройств ввода-вывода), оторый позволит выявить наршителя и задержать е о соответствющей слжбой. Один из распространенных способов защиты — явное азание серетности выводимой информации. В системах, поддерживающих несольо ровней серетности, вывод на эран терминала или печатающе о стройства любой единицы информации (например, 598

файла, записи или таблицы) сопровождается специальным рифом с азанием ровня серетности. Это требование реализется с помощью соответствющих про раммных средств. В отдельню рпп выделены средства зашиты от несанционированно о использования про раммно о обеспечения. Они приобретают особое значение вследствие широо о распространения персональных омпьютеров. Исследования, проведенные зарбежными исследователями, свидетельствют, что на одн проданню опию ори инальной про раммы приходится минимм одна неле альная. А для особо поплярных про рамм это соотношение дости ает 1:7. Особое внимание деляется заонодательным средствам, ре лирющим использование про раммных продтов. В соответствии с Заоном Российсой Федерации об информации, информатизации и защите информации от 25 января 1995 ода предсматриваются санции  физичесим и юридичесим лицам за неле альное приобретение и использование про раммных продтов. Большю опасность представляют омпьютерные вирсы. Компьютерный вирс — это специально написанная небольшая по размерам про рамма, оторая может приписывать себя  др им про раммам (т.е. «заражать» их), а таже выполнять различные нежелательные действия. Про рамма, внтри оторой находится омпьютерный вирс, называется зараженной. Ко да таая про рамма начинает работ, то сначала правление полчает вирс, оторый находит и заражает др ие про раммы, а таже выполняет ряд вредных действий, в частности «засоряет» ативню память, портит файлы и т. д. Для масирови вирса е о действия по заражению др их про рамм и нанесению вреда мо т выполняться не все да, а при выполнении аих-либо словий. После то о, а вирс выполнит нжные ем действия, он передает правление той про рамме, в оторой он находится, и она работает а обычно, т. е. внешне работа зараженной про раммы аое-то время не отличается от работы незараженной про раммы. Действия вирса мо т выполняться достаточно быстро и без выдачи сообщений, поэтом пользователь часто и не замечает, что омпьютер работает несольо странно. Однао по прошествии неоторо о времени, на омпьютере может происходить следющее: — неоторые про раммы перестают работать или работают неправильно; — на эран выводятся посторонние сообщения, символы, рисни и т. д.; 599

Архитетра про раммных средств защиты информации влючает: — онтроль безопасности, в том числе и онтроль ре истрации вхождения в систем, фисацию в системном жрнале, онтроль действий пользователя; — реацию, в том числе звовю, на наршение системы защиты онтроля достпа  ресрсам сети; — онтроль мандатов достпа; — формальный онтроль защищенности операционных систем (базовой операционной и сетевой); — онтроль ал оритмов защиты; — провер и подтверждение правильности фнционирования техничесо о и про раммно о обеспечения. Для надежной защиты информации и выявления слчаев неправомочных действий проводится ре истрация работы системы: создаются специальные дневнии и протоолы, в оторых фисирются все действия, имеющие отношение  защите информации в системе. Фисирются время постпления заяви, ее тип, имя пользователя и терминала, с оторо о инициализирется заява. При отборе событий, подлежащих ре истрации, необходимо иметь в вид, что с ростом оличества ре истриремых событий, затрдняется просмотр дневниа и обнаржение попыто преодоления защиты. В этом слчае можно применять про раммный анализ и фисировать сомнительные события. Использются таже специальные про раммы для тестирования системы защиты. Периодичеси или в слчайно выбранные моменты времени они проверяют работоспособность аппаратных и про раммных средств защиты. К отдельной рппе мер по обеспечению сохранности информации и выявлению несанционированных запросов относятся про раммы обнаржения наршений в режиме реально о времени. Про раммы данной рппы формирют специальный си нал при ре истрации действий, оторые мо т привести  неправомерным действиям по отношению  защищаемой информации. Си нал может содержать информацию о харатере наршения, месте е о возниновения и др ие харатеристии. Кроме то о, про раммы мо т запретить достп  защищаемой информации или симлировать таой режим работы (например, моментальная за рза стройств ввода-вывода), оторый позволит выявить наршителя и задержать е о соответствющей слжбой. Один из распространенных способов защиты — явное азание серетности выводимой информации. В системах, поддерживающих несольо ровней серетности, вывод на эран терминала или печатающе о стройства любой единицы информации (например, 598

файла, записи или таблицы) сопровождается специальным рифом с азанием ровня серетности. Это требование реализется с помощью соответствющих про раммных средств. В отдельню рпп выделены средства зашиты от несанционированно о использования про раммно о обеспечения. Они приобретают особое значение вследствие широо о распространения персональных омпьютеров. Исследования, проведенные зарбежными исследователями, свидетельствют, что на одн проданню опию ори инальной про раммы приходится минимм одна неле альная. А для особо поплярных про рамм это соотношение дости ает 1:7. Особое внимание деляется заонодательным средствам, ре лирющим использование про раммных продтов. В соответствии с Заоном Российсой Федерации об информации, информатизации и защите информации от 25 января 1995 ода предсматриваются санции  физичесим и юридичесим лицам за неле альное приобретение и использование про раммных продтов. Большю опасность представляют омпьютерные вирсы. Компьютерный вирс — это специально написанная небольшая по размерам про рамма, оторая может приписывать себя  др им про раммам (т.е. «заражать» их), а таже выполнять различные нежелательные действия. Про рамма, внтри оторой находится омпьютерный вирс, называется зараженной. Ко да таая про рамма начинает работ, то сначала правление полчает вирс, оторый находит и заражает др ие про раммы, а таже выполняет ряд вредных действий, в частности «засоряет» ативню память, портит файлы и т. д. Для масирови вирса е о действия по заражению др их про рамм и нанесению вреда мо т выполняться не все да, а при выполнении аих-либо словий. После то о, а вирс выполнит нжные ем действия, он передает правление той про рамме, в оторой он находится, и она работает а обычно, т. е. внешне работа зараженной про раммы аое-то время не отличается от работы незараженной про раммы. Действия вирса мо т выполняться достаточно быстро и без выдачи сообщений, поэтом пользователь часто и не замечает, что омпьютер работает несольо странно. Однао по прошествии неоторо о времени, на омпьютере может происходить следющее: — неоторые про раммы перестают работать или работают неправильно; — на эран выводятся посторонние сообщения, символы, рисни и т. д.; 599

— работа на омпьютере сщественно замедляется; — неоторые файлы оазываются испорченными и т.д. Мно ие вирсы строены та, что при запсе зараженной про раммы они остаются постоянно (точнее, до переза рзи ОС) в памяти омпьютера и время от времени заражают про раммы. Кроме то о, зараженные про раммы с данно о омпьютера мо т быть перенесены с помощью дисет или по лоальной сети на др ие омпьютеры. Если не принимать мер по защите от вирса, то последствия заражения вирсом омпьютера мо т быть серьезными. В число средств и методов защиты от омпьютерных вирсов входят: — общие средства защиты информации, оторые полезны та же, а и страхова от физичесой порчи машинных дисов, неправильно работающих про рамм или ошибочных действий пользователя; — профилатичесие меры, позволяющие меньшить вероятность заражения вирсов; — специализированные про раммы для защиты от вирсов. Комплесное решение вопросов безопасности ИВС принято именовать архитетрой безопасности, де выделяются  розы безопасности, слжбы безопасности и механизмы обеспечения безопасности. Под  розой безопасности понимается событие или действие, оторое может привести  разршению, исажению или несанционированном использованию ресрсов сети, влючая хранимю и обрабатываемю информацию, а таже про раммные и аппаратные средства. У розы распределяются на слчайные (непреднамеренные) и мышленные. Источниом первых мо т быть ошиби в ПО, неправильные (ошибочные) действия пользователей, выход из строя аппаратных средств и др. Умышленные  розы преследют цель нанесения щерба пользователям (абонентам) вычислительной сети и подразделяются на ативные и пассивные. Пассивные  розы не разршают информационные ресрсы и не оазывают влияния на фнционирование ИВС. Их задача — несанционированно полчить информацию. Ативные  розы преследют цель наршить процесс фнционирования ИВС птем разршения или радиоэлетронно о подавления линий связи ИВС, вывода из строя ЭВМ или ее операционной системы, исажения баз данных и т. д. Источниом ативных  роз мо т быть непосредственные действия людей — зломышленниов, омпьютерные вирсы и т. д. 600

Слжба безопасности вычислительной сети призвана обеспечить: — подтверждение подлинности то о, что объет, оторый предла ает себя в ачестве отправителя информации в сети, действительно им является; — целостность информации, выявляя исажения, встави, повторы и ничтожение данных, передаваемых в сетях, а таже последющее восстановление данных; — серетность всех данных, передаваемых по сетям; — нейтрализацию всех попыто несанционированно о использование ресрсов ЭВМ. При этом онтроль достпа может быть избирательным, т.е. распространяться тольо на неоторые виды достпа  ресрсам, например, на обновление информации в базе данных, либо полным; — полчателя информации доазательствами, что информация полчена от данно о отправителя, несмотря на попыти отправителя отрицать фат отправления; К механизмам обеспечения безопасности относятся: — идентифиация пользователей; — шифрование данных; — элетронная подпись; — правление маршртизацией и др. Идентифиация пользователей позволяет станавливать онретно о пользователя, работающе о за терминалом и принимающе о или отправляюще о сообщения. Право достпа  определенным вычислительным и информационным ресрсам, прораммам и наборам данных, а таже ВС в целом предоставляется о раниченном онтин ент лиц, и система должна распознавать пользователей, работающих за терминалами. Идентифиация пользователей чаще все о производится с помощью паролей. Пароль — это совопность символов, известных подлюченном  сети абонент, вводится в начале сеанса взаимодействия с сетью, а ино да и в онце сеанса (в особо ответственных слчаях пароль выхода из сети может отличаться от входно о). Система может предсматривать ввод пароля для подтверждения правомочия пользователя через определенные интервалы времени. Для защиты средств идентифиации пользователей от неправомочно о использования, пароли передаются и сравниваются в зашифрованном виде, а таблицы паролей хранятся в зашифрованном виде, что ислючает возможность прочтения паролей без знания люча. Для идентифиации пользователей мо т применять и физичесие методы: например, арточа с ма нитным порытием, на отором записывается персональный идентифиатор пользователя или арточа со встроенным чипом. 601

— работа на омпьютере сщественно замедляется; — неоторые файлы оазываются испорченными и т.д. Мно ие вирсы строены та, что при запсе зараженной про раммы они остаются постоянно (точнее, до переза рзи ОС) в памяти омпьютера и время от времени заражают про раммы. Кроме то о, зараженные про раммы с данно о омпьютера мо т быть перенесены с помощью дисет или по лоальной сети на др ие омпьютеры. Если не принимать мер по защите от вирса, то последствия заражения вирсом омпьютера мо т быть серьезными. В число средств и методов защиты от омпьютерных вирсов входят: — общие средства защиты информации, оторые полезны та же, а и страхова от физичесой порчи машинных дисов, неправильно работающих про рамм или ошибочных действий пользователя; — профилатичесие меры, позволяющие меньшить вероятность заражения вирсов; — специализированные про раммы для защиты от вирсов. Комплесное решение вопросов безопасности ИВС принято именовать архитетрой безопасности, де выделяются  розы безопасности, слжбы безопасности и механизмы обеспечения безопасности. Под  розой безопасности понимается событие или действие, оторое может привести  разршению, исажению или несанционированном использованию ресрсов сети, влючая хранимю и обрабатываемю информацию, а таже про раммные и аппаратные средства. У розы распределяются на слчайные (непреднамеренные) и мышленные. Источниом первых мо т быть ошиби в ПО, неправильные (ошибочные) действия пользователей, выход из строя аппаратных средств и др. Умышленные  розы преследют цель нанесения щерба пользователям (абонентам) вычислительной сети и подразделяются на ативные и пассивные. Пассивные  розы не разршают информационные ресрсы и не оазывают влияния на фнционирование ИВС. Их задача — несанционированно полчить информацию. Ативные  розы преследют цель наршить процесс фнционирования ИВС птем разршения или радиоэлетронно о подавления линий связи ИВС, вывода из строя ЭВМ или ее операционной системы, исажения баз данных и т. д. Источниом ативных  роз мо т быть непосредственные действия людей — зломышленниов, омпьютерные вирсы и т. д. 600

Слжба безопасности вычислительной сети призвана обеспечить: — подтверждение подлинности то о, что объет, оторый предла ает себя в ачестве отправителя информации в сети, действительно им является; — целостность информации, выявляя исажения, встави, повторы и ничтожение данных, передаваемых в сетях, а таже последющее восстановление данных; — серетность всех данных, передаваемых по сетям; — нейтрализацию всех попыто несанционированно о использование ресрсов ЭВМ. При этом онтроль достпа может быть избирательным, т.е. распространяться тольо на неоторые виды достпа  ресрсам, например, на обновление информации в базе данных, либо полным; — полчателя информации доазательствами, что информация полчена от данно о отправителя, несмотря на попыти отправителя отрицать фат отправления; К механизмам обеспечения безопасности относятся: — идентифиация пользователей; — шифрование данных; — элетронная подпись; — правление маршртизацией и др. Идентифиация пользователей позволяет станавливать онретно о пользователя, работающе о за терминалом и принимающе о или отправляюще о сообщения. Право достпа  определенным вычислительным и информационным ресрсам, прораммам и наборам данных, а таже ВС в целом предоставляется о раниченном онтин ент лиц, и система должна распознавать пользователей, работающих за терминалами. Идентифиация пользователей чаще все о производится с помощью паролей. Пароль — это совопность символов, известных подлюченном  сети абонент, вводится в начале сеанса взаимодействия с сетью, а ино да и в онце сеанса (в особо ответственных слчаях пароль выхода из сети может отличаться от входно о). Система может предсматривать ввод пароля для подтверждения правомочия пользователя через определенные интервалы времени. Для защиты средств идентифиации пользователей от неправомочно о использования, пароли передаются и сравниваются в зашифрованном виде, а таблицы паролей хранятся в зашифрованном виде, что ислючает возможность прочтения паролей без знания люча. Для идентифиации пользователей мо т применять и физичесие методы: например, арточа с ма нитным порытием, на отором записывается персональный идентифиатор пользователя или арточа со встроенным чипом. 601

Наиболее надежным, хотя и наиболее сложным является способ идентифиации пользователя на основе анализа е о индивидальных параметров: отпечатов пальцев, риснов линий ри, раджной оболочи лаз и др. Шифрование данных — это обеспечение серетности методами рипто рафии, т. е. методами преобразования данных из общепринятой формы в одированню (шифрование) и обратно о преобразования (дешифрования) на основе правил, известных тольо взаимодействющим абонентам сети. Крипто рафия применяется для защиты передаваемых данных, а таже информации, хранимой в базах данных, на ма нитных и оптичесих дисах и т. д. К рипто рафичесим средствам предъявляются требования сохранения серетности, даже о да известна сщность ал оритмов шифрования — дешифрования. Серетность обеспечивается введением в ал оритмы специальных лючей (одов). Зашифрованный тест превращается в исходный тольо в том слчае, о да в процессе шифрования и дешифрования использется один и тот же люч. Область значений люча выбирается столь большой, что пратичеси ислючается возможность е о определения птем просто о перебора. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните необходимость обеспечивающих подсистем автоматизированноо правления. 2. Перечислите виды обеспечивающих подсистем автоматизированноо правления. 3. Дайте ратю харатеристи математичесом обеспечению автоматизированноо правления. 4. Каие Вы знаете эономио-математичесие модели правления производством? 5. Охаратеризйте модели правления запасами. 6. Каими математичесими моделями описывается процесс планирования? 7. Ка Вы себе представляете информационное обеспечение автоматизированноо правления? 8. Каовы особенности эономичесой информации? 9. Рассажите о процедрах обработи информации. 10. В чем залючается оранизация информационных процессов в СУ? 11. Чем отличается новая информационная технолоия правленчесой деятельности от традиционной? 12. Объясните понятия «база данных» и «СУБД». 13. Каие Вы знаете модели данных? 14. Что таое прораммное обеспечение автоматизированноо правления?

602

15. Ка подразделяется прораммное обеспечение автоматизированноо правления? 16. Дайте харатеристи общем и специальном ПО автоматизированноо правления. 17. Рассажите о лассифиации паетов приладных прорамм. 18. Каово содержание проблемно-ориентированных ППП? 19. В чем сть интерированных ППП? 20. Ка оранизется процесс разработи прораммных средств? 21. Что таое алоритмизация решения задач на ЭВМ? 22. Каим образом осществляется составление, тестирование и отлада прорамм? 23. В чем залючается эсплатация ПО? 24. Каова роль технолоичесоо обеспечения автоматизированноо правления? 25. Рассажите о сетевом режиме автоматизированной обработи информации. 26. Каовы особенности технолоии использования автоматизированных рабочих мест? 27. Объясните технолоию использования ППП. 28. В чем состоит технолоия обработи тестовой информации при автоматизированном правлении? 29. Расройте технолоию обработи табличной информации в автоматизированном правлении. 30. Каова технолоия использования автоматизированных банов данных? 31. Каие Вы знаете интерированные технолоии в распределенных системах обработи данных? 32. Приведите области применения эспертных систем. 33. В чем отличие технолоии использования эспертных систем от традиционных подходов? 34. Что входит в линвистичесое обеспечение автоматизированноо правления? 35. Каим образом строится оранизационно-методичесое обеспечение автоматизированноо правления? 36. Ка Вы понимаете правовое обеспечение автоматизированноо правления? 37. Расройте особенности взаимодействия пользователя с ЭВМ. 38. Каовы типы диалоа и формы ео реализации на ЭВМ? 39. В чем состоит оранизация диалоовой технолоии обработи данных на ПЭВМ? 40. Объясните сть методов защиты информации в автоматизированных системах? 41. Перечислите физичесие и техничесие меры защиты информации в автоматизированных системах. 42. Ка строится архитетра прораммных средств защиты информации? 43. Каова роль слжбы защиты информации в ИВС?

603

Наиболее надежным, хотя и наиболее сложным является способ идентифиации пользователя на основе анализа е о индивидальных параметров: отпечатов пальцев, риснов линий ри, раджной оболочи лаз и др. Шифрование данных — это обеспечение серетности методами рипто рафии, т. е. методами преобразования данных из общепринятой формы в одированню (шифрование) и обратно о преобразования (дешифрования) на основе правил, известных тольо взаимодействющим абонентам сети. Крипто рафия применяется для защиты передаваемых данных, а таже информации, хранимой в базах данных, на ма нитных и оптичесих дисах и т. д. К рипто рафичесим средствам предъявляются требования сохранения серетности, даже о да известна сщность ал оритмов шифрования — дешифрования. Серетность обеспечивается введением в ал оритмы специальных лючей (одов). Зашифрованный тест превращается в исходный тольо в том слчае, о да в процессе шифрования и дешифрования использется один и тот же люч. Область значений люча выбирается столь большой, что пратичеси ислючается возможность е о определения птем просто о перебора. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните необходимость обеспечивающих подсистем автоматизированноо правления. 2. Перечислите виды обеспечивающих подсистем автоматизированноо правления. 3. Дайте ратю харатеристи математичесом обеспечению автоматизированноо правления. 4. Каие Вы знаете эономио-математичесие модели правления производством? 5. Охаратеризйте модели правления запасами. 6. Каими математичесими моделями описывается процесс планирования? 7. Ка Вы себе представляете информационное обеспечение автоматизированноо правления? 8. Каовы особенности эономичесой информации? 9. Рассажите о процедрах обработи информации. 10. В чем залючается оранизация информационных процессов в СУ? 11. Чем отличается новая информационная технолоия правленчесой деятельности от традиционной? 12. Объясните понятия «база данных» и «СУБД». 13. Каие Вы знаете модели данных? 14. Что таое прораммное обеспечение автоматизированноо правления?

602

15. Ка подразделяется прораммное обеспечение автоматизированноо правления? 16. Дайте харатеристи общем и специальном ПО автоматизированноо правления. 17. Рассажите о лассифиации паетов приладных прорамм. 18. Каово содержание проблемно-ориентированных ППП? 19. В чем сть интерированных ППП? 20. Ка оранизется процесс разработи прораммных средств? 21. Что таое алоритмизация решения задач на ЭВМ? 22. Каим образом осществляется составление, тестирование и отлада прорамм? 23. В чем залючается эсплатация ПО? 24. Каова роль технолоичесоо обеспечения автоматизированноо правления? 25. Рассажите о сетевом режиме автоматизированной обработи информации. 26. Каовы особенности технолоии использования автоматизированных рабочих мест? 27. Объясните технолоию использования ППП. 28. В чем состоит технолоия обработи тестовой информации при автоматизированном правлении? 29. Расройте технолоию обработи табличной информации в автоматизированном правлении. 30. Каова технолоия использования автоматизированных банов данных? 31. Каие Вы знаете интерированные технолоии в распределенных системах обработи данных? 32. Приведите области применения эспертных систем. 33. В чем отличие технолоии использования эспертных систем от традиционных подходов? 34. Что входит в линвистичесое обеспечение автоматизированноо правления? 35. Каим образом строится оранизационно-методичесое обеспечение автоматизированноо правления? 36. Ка Вы понимаете правовое обеспечение автоматизированноо правления? 37. Расройте особенности взаимодействия пользователя с ЭВМ. 38. Каовы типы диалоа и формы ео реализации на ЭВМ? 39. В чем состоит оранизация диалоовой технолоии обработи данных на ПЭВМ? 40. Объясните сть методов защиты информации в автоматизированных системах? 41. Перечислите физичесие и техничесие меры защиты информации в автоматизированных системах. 42. Ка строится архитетра прораммных средств защиты информации? 43. Каова роль слжбы защиты информации в ИВС?

603

Залючение Этапы развития теории автоматизированно о правления. Автоматизированное правление сложными динамичесими объетами интенсивно развивается с середины ХХ в. В процессе свое о развития теория и системы автоматизированно о правления прошли ряд этапов. На первом этапе свое о становления теория автоматизированно о правления (1960—1970 .) обосновывала принципы построения систем «челове—машина». В резльтате исследований в ибернетичесой системе «черный ящи» (рис. З.1.) про-

S

º U

º X

º Y

º Z ОС АУ ОП

СЧМ ЭВМ

БД

СИИ

º

БЗ МЛВ

СГИ

Рис З.1. Схема ибернетичесоо правления сложной системой S: º

Z — ветор внтренних состояний системы; X — ветор входных возº

º

действий; U — ветор правляющих воздействий; Y — ветор выходных эффетов; ОС — обратная связь; ОП — оперативный персонал; СЧМ — система «челове — машина»; БД — база данных; БЗ — база знаний; МЛВ — машина лоичесоо вывода (решатель); СИИ — система иссственноо интеллета; СГИ — система ибридноо интеллета

604

изошло четое распределение фнций межд автоматичесим и автоматизированным способами правления. Началось развитие теоретичесих основ эр ономии. Стремительное внедрение в прати резльтатов начно-техничесой революции последней трети ХХ в. привело  появлению таих сложных высооответственных и техноло ичеси опасных омплесов, а сверхзвовые и межонтинентальные самолеты, ядерные энер етичесие станови, осмичесие станции, противовоздшные и противораетные системы, атомные подводные лоди, территориальные и ре иональные промышленные и административные системы. При правлении таими динамичесими системами на человеа-оператора может постпать одновременно сотни, а ино да и тысячи си налов, справиться с оторыми оперативном персонал очень трдно. Поэтом в онтр правления системой была влючена ЭВМ, на оторю возла аются фнции сбора, обработи, хранения и представления в добном виде оператор информации о фнционировании системы. Полчили большое развитие системы отображения информации (1970—1980 .): это второй этап развития теории автоматизированно о правления. Однао даже влючение в онтр правления сложными динамичесими омплесами мощных ЭВМ не привело  ардинальном решению проблем правления. Поэтом с начала 80-х одов прошло о веа в теории автоматизированно о правления с использованием ЭВМ четверто о пооления стали разрабатываться теоретичесие основы применения систем поддержи принятия решений оператора. На третьем этапе (1980—1990 .) полчили развитие разнообразные системы иссственно о интеллета в различных областях наи, технии, медицины, энер етии, транспорта и др. Современный, четвертый, этап развития теории автоматизированно о правления харатерен широим использованием ЭВМ пято о пооления, информационных и вычислительных сетей, систем «советчи оператора», систем иссственно о и ибридно о интеллета. Направления дальнейших исследований в области автоматизированно о правления. Теоретичесой основой автоматизированно о правления являются идеи и методы ибернетии. За последние пятьдесят лет свое о становления и развития ибернетиа прошла пть, лбоо отличный от птей обычных, лассичесих на. Ее идеи, формальный аппарат и техничесие решения вызревали и разви605

Залючение Этапы развития теории автоматизированно о правления. Автоматизированное правление сложными динамичесими объетами интенсивно развивается с середины ХХ в. В процессе свое о развития теория и системы автоматизированно о правления прошли ряд этапов. На первом этапе свое о становления теория автоматизированно о правления (1960—1970 .) обосновывала принципы построения систем «челове—машина». В резльтате исследований в ибернетичесой системе «черный ящи» (рис. З.1.) про-

S

º U

º X

º Y

º Z ОС АУ ОП

СЧМ ЭВМ

БД

СИИ

º

БЗ МЛВ

СГИ

Рис З.1. Схема ибернетичесоо правления сложной системой S: º

Z — ветор внтренних состояний системы; X — ветор входных возº

º

действий; U — ветор правляющих воздействий; Y — ветор выходных эффетов; ОС — обратная связь; ОП — оперативный персонал; СЧМ — система «челове — машина»; БД — база данных; БЗ — база знаний; МЛВ — машина лоичесоо вывода (решатель); СИИ — система иссственноо интеллета; СГИ — система ибридноо интеллета

604

изошло четое распределение фнций межд автоматичесим и автоматизированным способами правления. Началось развитие теоретичесих основ эр ономии. Стремительное внедрение в прати резльтатов начно-техничесой революции последней трети ХХ в. привело  появлению таих сложных высооответственных и техноло ичеси опасных омплесов, а сверхзвовые и межонтинентальные самолеты, ядерные энер етичесие станови, осмичесие станции, противовоздшные и противораетные системы, атомные подводные лоди, территориальные и ре иональные промышленные и административные системы. При правлении таими динамичесими системами на человеа-оператора может постпать одновременно сотни, а ино да и тысячи си налов, справиться с оторыми оперативном персонал очень трдно. Поэтом в онтр правления системой была влючена ЭВМ, на оторю возла аются фнции сбора, обработи, хранения и представления в добном виде оператор информации о фнционировании системы. Полчили большое развитие системы отображения информации (1970—1980 .): это второй этап развития теории автоматизированно о правления. Однао даже влючение в онтр правления сложными динамичесими омплесами мощных ЭВМ не привело  ардинальном решению проблем правления. Поэтом с начала 80-х одов прошло о веа в теории автоматизированно о правления с использованием ЭВМ четверто о пооления стали разрабатываться теоретичесие основы применения систем поддержи принятия решений оператора. На третьем этапе (1980—1990 .) полчили развитие разнообразные системы иссственно о интеллета в различных областях наи, технии, медицины, энер етии, транспорта и др. Современный, четвертый, этап развития теории автоматизированно о правления харатерен широим использованием ЭВМ пято о пооления, информационных и вычислительных сетей, систем «советчи оператора», систем иссственно о и ибридно о интеллета. Направления дальнейших исследований в области автоматизированно о правления. Теоретичесой основой автоматизированно о правления являются идеи и методы ибернетии. За последние пятьдесят лет свое о становления и развития ибернетиа прошла пть, лбоо отличный от птей обычных, лассичесих на. Ее идеи, формальный аппарат и техничесие решения вызревали и разви605

вались в рамах разных начных дисциплин, в аждой по-особом, оторые в онечном ито е привели  новым онцепциям и методоло ии. Симбиоз правления и информации, а и весь связанный с ними арсенал понятий и методов, был поднят до ровня общеначных представлений. Вместе с др ими начными дисциплинами, таими, а теория автоматов, теория рафов, теория надежности, теория массово о обслживания и др., теория автоматизированно о правления дости ла высоо о ровня свое о развития. Вместе с тем в теории автоматизированно о правления сществет и ряд проблем, требющих свое о разрешения. К ним, в частности, относятся: 1. «Извечная» проблема размерности сложных систем. Стртра и фнции систем постоянно сложняются. Это порождает ряд проблем построения АСУ, иерархии их элементов и подсистем, взаимодействия межд ровнями правления и внешней средой, оптимально о целепола ания. 2. Усложнение объетов правления и АСУ постоянно требет развития новых методов анализа и синтеза их надежности, безопасности, живчести и эффетивности. 3. С созданием автоматов, роботов, систем иссственно о и ибридно о интеллета появилась проблема о предельных возможностях таих систем и о сравнении возможностей переработи информации и принятия решений машиной и человеом, а таже о харатере взаимоотношения человеа и машины. Термин « ибридный интеллет» был впервые введен В.Ф. Вендой еще в 1975 од, и после это о Валерием Федоровичем были разработаны основы теории ибридно о интеллета. 80-е оды ХХ веа были одами брно о развития АСУ и систем иссственно о интеллета. Сществовало даже мнение, что иссственный интеллет пратичеси вытеснит человеа из онтра правления атомными и тепловыми элетростанциями и др ими энер етичесими становами, транспортными объетами, техноло ичесими процессами. Проетирование новой технии, сочинение мзыальных произведений и др их видов творчесой деятельности человеа бдто бы можно целиом возложить на ЭВМ. Вот эта онцепция иссственно о интеллета естественно нждалась в своем антиподе — онцепции ибридно о интеллета. Причем эти два типа интеллетальных систем диалетичеси взаимосвязаны и переходят один в др ой. 606

Главными принципами ибридно о интеллета являются: 1) эволюционность — а соответствие лбинным интересам и стртрам человеа, технии и биосферы; 2) деморатичность — а выражение равенства, общих интересов и ответственности всех элементов иерархии системы правления; 3) ибость иерархии СУ, при оторой аждый ее элемент является лидером на тот период, о да он наиболее омпетентен, полезен и дальновиден; 4) взаимная адаптация всех частниов и омпонентов СУ; 5) трансформация страте ий — а пть  творчесом порождению новых страте ий (теорий, методов, про нозов); 6) интенсивность процессов оммниации. Обострение проблемы безопасности сложных энер етичесих, транспортных и техноло ичесих систем,  розы эоло ичесой атастрофы и бдщее выживание человечества прямо зависит от роста е о интеллетальных возможностей. Аварии и атастрофы в промышленности и на транспорте подтвердили острот проблемы надежности человеа-оператора а центрально о звена в СУ. Они выявили нелонно возрастающю сложность и ответственность интеллетальных задач в ходе начных исследований, проетирования, производства и эсплатации систем. В настоящее время возрастает доля таих задач, решение оторых непосильно одном челове. Поэтом  их решению должны привлеаться оллетивы разных специалистов, действющие а единый ибридный интеллет. Особенно своевременна постанова проблемы создания систем ибридно о интеллета в связи с брным развитием информатии, вычислительной технии, информационных техноло ий и систем связи. Действительно, достижения в области эспертных систем, систем поддержи принятия решений, телеонференций, адаптивной информационной технии же теперь позволяют реализовывать системы ибридно о интеллета не тольо для решения начных проблем, проетирования сложнейших видов технии и сооржений, составления и оперативно о соласования хозяйственных планов, но и для эстренно о решения аварийных задач на АЭС и др их объетах с привлечением разработчиов, опытных операторов, централизованных банов данных. Это чрезвычайно важно для решения следющей проблемы. 4. Проблема разработи теории безопасности системы «челове — машина — среда». Эта проблема тесно связана с реше607

вались в рамах разных начных дисциплин, в аждой по-особом, оторые в онечном ито е привели  новым онцепциям и методоло ии. Симбиоз правления и информации, а и весь связанный с ними арсенал понятий и методов, был поднят до ровня общеначных представлений. Вместе с др ими начными дисциплинами, таими, а теория автоматов, теория рафов, теория надежности, теория массово о обслживания и др., теория автоматизированно о правления дости ла высоо о ровня свое о развития. Вместе с тем в теории автоматизированно о правления сществет и ряд проблем, требющих свое о разрешения. К ним, в частности, относятся: 1. «Извечная» проблема размерности сложных систем. Стртра и фнции систем постоянно сложняются. Это порождает ряд проблем построения АСУ, иерархии их элементов и подсистем, взаимодействия межд ровнями правления и внешней средой, оптимально о целепола ания. 2. Усложнение объетов правления и АСУ постоянно требет развития новых методов анализа и синтеза их надежности, безопасности, живчести и эффетивности. 3. С созданием автоматов, роботов, систем иссственно о и ибридно о интеллета появилась проблема о предельных возможностях таих систем и о сравнении возможностей переработи информации и принятия решений машиной и человеом, а таже о харатере взаимоотношения человеа и машины. Термин « ибридный интеллет» был впервые введен В.Ф. Вендой еще в 1975 од, и после это о Валерием Федоровичем были разработаны основы теории ибридно о интеллета. 80-е оды ХХ веа были одами брно о развития АСУ и систем иссственно о интеллета. Сществовало даже мнение, что иссственный интеллет пратичеси вытеснит человеа из онтра правления атомными и тепловыми элетростанциями и др ими энер етичесими становами, транспортными объетами, техноло ичесими процессами. Проетирование новой технии, сочинение мзыальных произведений и др их видов творчесой деятельности человеа бдто бы можно целиом возложить на ЭВМ. Вот эта онцепция иссственно о интеллета естественно нждалась в своем антиподе — онцепции ибридно о интеллета. Причем эти два типа интеллетальных систем диалетичеси взаимосвязаны и переходят один в др ой. 606

Главными принципами ибридно о интеллета являются: 1) эволюционность — а соответствие лбинным интересам и стртрам человеа, технии и биосферы; 2) деморатичность — а выражение равенства, общих интересов и ответственности всех элементов иерархии системы правления; 3) ибость иерархии СУ, при оторой аждый ее элемент является лидером на тот период, о да он наиболее омпетентен, полезен и дальновиден; 4) взаимная адаптация всех частниов и омпонентов СУ; 5) трансформация страте ий — а пть  творчесом порождению новых страте ий (теорий, методов, про нозов); 6) интенсивность процессов оммниации. Обострение проблемы безопасности сложных энер етичесих, транспортных и техноло ичесих систем,  розы эоло ичесой атастрофы и бдщее выживание человечества прямо зависит от роста е о интеллетальных возможностей. Аварии и атастрофы в промышленности и на транспорте подтвердили острот проблемы надежности человеа-оператора а центрально о звена в СУ. Они выявили нелонно возрастающю сложность и ответственность интеллетальных задач в ходе начных исследований, проетирования, производства и эсплатации систем. В настоящее время возрастает доля таих задач, решение оторых непосильно одном челове. Поэтом  их решению должны привлеаться оллетивы разных специалистов, действющие а единый ибридный интеллет. Особенно своевременна постанова проблемы создания систем ибридно о интеллета в связи с брным развитием информатии, вычислительной технии, информационных техноло ий и систем связи. Действительно, достижения в области эспертных систем, систем поддержи принятия решений, телеонференций, адаптивной информационной технии же теперь позволяют реализовывать системы ибридно о интеллета не тольо для решения начных проблем, проетирования сложнейших видов технии и сооржений, составления и оперативно о соласования хозяйственных планов, но и для эстренно о решения аварийных задач на АЭС и др их объетах с привлечением разработчиов, опытных операторов, централизованных банов данных. Это чрезвычайно важно для решения следющей проблемы. 4. Проблема разработи теории безопасности системы «челове — машина — среда». Эта проблема тесно связана с реше607

нием задач математичесо о, про раммно о и инстрментально о обеспечения интеллетальных информационных систем. В р нерешенных до онца задач этой проблемы входят таже разработа теории, принципов и методов оптимально о отображения информации, а таже разработа теории и методов ор анизации трда метаоператора, оординирюще о процесс информационно о взаимодействия частниов системы ибридноо интеллета. 5. Проблема моделирования. Математичесое и машинное моделирование стали эффетивным инстрментом моделирования сложных СУ. Математичесие модели вследствие их ибости и адеватности реальным процессам и сравнительно невысоой стоимости реализации на базе современных ЭВМ позволяют решать мно ие задачи проетирования СУ. Особенно атальна задача моделирования на ранних этапах проетирования АСУ. Однао в проблеме моделирования таих сложных систем, а системы «челове — машина — среда», системы ибридно о интеллета, системы поддержи и принятия решения и др их информационных интеллетальных систем, еще остается большое число нерешенных задач.

Списо литератры Основная 1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9.

10. 11. 12.

13.

14. 15.

608

Антонов А.В. Системный анализ. Методоло ия. Построение модели: Учеб. пособие. — Обнинс: ИАТЭ, 2001. — 272 с. Бо данов А.А. Всеобщая ор анизационная наа (тетоло ия): В 3 т. — М., 1905—1924. Венда В.Ф. Системы ибридно о интеллета: эволюция, психоло ия, информатиа. — М.: Машиностроение, 1990. — 448 с. Волова В.Н. Основы теории систем и системно о анализа/ В.Н. Волова, А.А. Денисов. — СПб.: СПбГТУ, 1997. — 510 с. Волова В.Н. Методы формализованно о представления систем/ В.Н. Волова, А.А. Денисов, Ф.Е. Темниов. — СПб.: СПбГТУ, 1993. — 108 с. Гасаров Д.В. Интеллетальные информационные системы. — М.: Высш. ш., 2003. — 431 с. Глшов В.М. Введение в АСУ. — Киев: Техниа, 1974. Де тярев Ю.И. Системный анализ и исследования операций. — М.: Высш. ш., 1996. — 335 с. Корячо В.П. Теоретичесие основы САПР: Учеб. для взов/ В.П. Корячо, В.М. Крейчи, И.П. Норенов. — М.: Энероатомиздат, 1987. — 400 с. Мамионов А.Г. Основы построения АСУ: Учеб. для взов. — М.: Высш. ш., 1981. — 248 с. Меньов А.В. Теоретичесие основы автоматизированно о правления: Учеб. пособие. — М.: МГУП, 2002. — 176 с. Острейовсий В.А. Автоматизированные информационные системы в эономие: Учеб. пособие. — Ср т: СрГУ, 2000. — 165 с. Острейовсий В.А. Современные информационные техноло ии эономистам: Учеб. пособие. Ч. 1. Введение в автоматизированные информационные техноло ии. — Ср т: СрГУ, 2000. — 72 с. Острейовсий В.А. Теория систем: Учеб. для взов. — М.: Высш. ш., 1997. — 240 с. Острейовсий В.А. Современные информационные техноло ии эономистам: Учеб. пособие. Ч.2. Техноло ичесое обеспечение эономичесих информационных систем/ В.А. Острейовсий, В.С. Мишина. — Ср т: СрГУ, 2002. — 123 с. 609

нием задач математичесо о, про раммно о и инстрментально о обеспечения интеллетальных информационных систем. В р нерешенных до онца задач этой проблемы входят таже разработа теории, принципов и методов оптимально о отображения информации, а таже разработа теории и методов ор анизации трда метаоператора, оординирюще о процесс информационно о взаимодействия частниов системы ибридноо интеллета. 5. Проблема моделирования. Математичесое и машинное моделирование стали эффетивным инстрментом моделирования сложных СУ. Математичесие модели вследствие их ибости и адеватности реальным процессам и сравнительно невысоой стоимости реализации на базе современных ЭВМ позволяют решать мно ие задачи проетирования СУ. Особенно атальна задача моделирования на ранних этапах проетирования АСУ. Однао в проблеме моделирования таих сложных систем, а системы «челове — машина — среда», системы ибридно о интеллета, системы поддержи и принятия решения и др их информационных интеллетальных систем, еще остается большое число нерешенных задач.

Списо литератры Основная 1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9.

10. 11. 12.

13.

14. 15.

608

Антонов А.В. Системный анализ. Методоло ия. Построение модели: Учеб. пособие. — Обнинс: ИАТЭ, 2001. — 272 с. Бо данов А.А. Всеобщая ор анизационная наа (тетоло ия): В 3 т. — М., 1905—1924. Венда В.Ф. Системы ибридно о интеллета: эволюция, психоло ия, информатиа. — М.: Машиностроение, 1990. — 448 с. Волова В.Н. Основы теории систем и системно о анализа/ В.Н. Волова, А.А. Денисов. — СПб.: СПбГТУ, 1997. — 510 с. Волова В.Н. Методы формализованно о представления систем/ В.Н. Волова, А.А. Денисов, Ф.Е. Темниов. — СПб.: СПбГТУ, 1993. — 108 с. Гасаров Д.В. Интеллетальные информационные системы. — М.: Высш. ш., 2003. — 431 с. Глшов В.М. Введение в АСУ. — Киев: Техниа, 1974. Де тярев Ю.И. Системный анализ и исследования операций. — М.: Высш. ш., 1996. — 335 с. Корячо В.П. Теоретичесие основы САПР: Учеб. для взов/ В.П. Корячо, В.М. Крейчи, И.П. Норенов. — М.: Энероатомиздат, 1987. — 400 с. Мамионов А.Г. Основы построения АСУ: Учеб. для взов. — М.: Высш. ш., 1981. — 248 с. Меньов А.В. Теоретичесие основы автоматизированно о правления: Учеб. пособие. — М.: МГУП, 2002. — 176 с. Острейовсий В.А. Автоматизированные информационные системы в эономие: Учеб. пособие. — Ср т: СрГУ, 2000. — 165 с. Острейовсий В.А. Современные информационные техноло ии эономистам: Учеб. пособие. Ч. 1. Введение в автоматизированные информационные техноло ии. — Ср т: СрГУ, 2000. — 72 с. Острейовсий В.А. Теория систем: Учеб. для взов. — М.: Высш. ш., 1997. — 240 с. Острейовсий В.А. Современные информационные техноло ии эономистам: Учеб. пособие. Ч.2. Техноло ичесое обеспечение эономичесих информационных систем/ В.А. Острейовсий, В.С. Мишина. — Ср т: СрГУ, 2002. — 123 с. 609

16. Пере дов Ф.И. Основы системно о анализа/ Ф.И. Пере дов, Ф.П. Тарасено. — Томс: Изд-во НТЛ, 1997.— 396 с. 17. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учеб. для взов/ Б.Я. Советов, С.А. Яовлев. — М.: Высш. ш., 1998. — 319 с.

Дополнительная 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

610

Автоматизированные информационные техноло ии в эономие/ Под ред. проф. Г.А. Титорено. — М.: Компьютер, ЮНИТИ, 1998.— 400 с. Автоматизированные информационные техноло ии в бановсой деятельности / Под ред. проф. Г.А. Титорено. — М.: Финстатинформ, 1997. АСУ на промышленном предприятии: Методы создания: Справочни / С.Б. Михалев, Р.С. Седе ов, А.С. Гринбер и др. — М.: Энер оатомиздат, 1989. — 400 с. Иссственный интеллет: Справочни: В 3 т. — М.: Радио и связь, 1990. Комплес общеотраслевых роводящих методичесих материалов по созданию АСУ и САПР. — М.: Статистиа, 1980. Малин А.С. Исследование систем правления: Учеб. для взов/ А.С. Малин, В.И. Мхин. — М.: ГУ ВШЭ, 2002. — 400 с. Месарович М. Теория иерархичесих мно оровневых систем/ М. Месарович, Д. Мао, И. Таахара. — М.: Мир, 1973. — 344 с. Моисеев Н.Н. Математичесие задачи системно о анализа. — М.: Наа, 1981. — 488 с. Острейовсий В.А. Информатиа: Учеб. для взов. — М.: Высш. ш., 1999. — 511 с. Острейовсий В.А. Математичесие модели маро- и мироэономии: Учеб. пособие. — Ср т: СрГУ, 2000. — 72 с. Пере дов Ф.И. Введение в системный анализ: Учеб. для взов/ Ф.И. Пере дов, Ф.П. Тарасено. — М.: Высш. ш., 1989. — 376 с. При ожин И. Порядо из хаоса/ И. При ожин, И. Стен ерс. — М.: Про ресс, 1986. Система автоматизированно о проетирования в радиоэлетроние: Справочни/ Е.В. Авдеев, А.Т. Еремин, И.П. Норенов, М.И. Песов; Под ред. И.П. Норенова. — М.: Радио и связь, 1986.

Приложение 1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ  выполнению рсовых работ по дисциплине «Теоретичесие основы автоматизированно о правления»

Введение Крсовые работы выполняются в том же семестре, в отором читается дисциплина. Их цель — зарепление и пратичесое своение наиболее сложных, по мнению профилирющей афедры, разделов дисциплины «Теоретичесие основы автоматизированно о правления». Крсовые работы представляют собой набор тематичеси заонченных задач. Количество задач в наборе, их содержание, степень сложности определяет профилирющая афедра. Ниже приводятся примеры постаново задач и их решений. Каждая задача оформляется индивидально на листах формата А4 с помощью ПЭВМ. Она состоит из титльно о листа и информационной части. Титльный лист содержит следющю обязательню информацию: наименование вза, наименование афедры, номер и наименование задачи, наименование рппы, фамилия и инициалы стдента, защищающе о задач, фамилия и инициалы преподавателя, роводивше о работой, название орода, од. Информационная часть аждой из задач состоит из формлирови задачи и ее решения. Формлирова задачи содержит тестовой, цифровой и рафичесий материал. Тестовая часть в ряде слчаев может быть общей для рппы стдентов, а цифровой и рафичесий материал выдается индивидально. Для полчения зачета по рс аждый стдент помимо теоретичесой части, изла аемой на лециях, обязан индивидально защитить свой вариант рсовых работ. Индивидальная защита рсовых работ является необходимым словием допса  сдаче эзамена по рс «Теоретичесие основы автоматизированно о правления». На с. 612 приведен пример выполнения титльно о листа рсовой работы. 611

16. Пере дов Ф.И. Основы системно о анализа/ Ф.И. Пере дов, Ф.П. Тарасено. — Томс: Изд-во НТЛ, 1997.— 396 с. 17. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учеб. для взов/ Б.Я. Советов, С.А. Яовлев. — М.: Высш. ш., 1998. — 319 с.

Дополнительная 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

610

Автоматизированные информационные техноло ии в эономие/ Под ред. проф. Г.А. Титорено. — М.: Компьютер, ЮНИТИ, 1998.— 400 с. Автоматизированные информационные техноло ии в бановсой деятельности / Под ред. проф. Г.А. Титорено. — М.: Финстатинформ, 1997. АСУ на промышленном предприятии: Методы создания: Справочни / С.Б. Михалев, Р.С. Седе ов, А.С. Гринбер и др. — М.: Энер оатомиздат, 1989. — 400 с. Иссственный интеллет: Справочни: В 3 т. — М.: Радио и связь, 1990. Комплес общеотраслевых роводящих методичесих материалов по созданию АСУ и САПР. — М.: Статистиа, 1980. Малин А.С. Исследование систем правления: Учеб. для взов/ А.С. Малин, В.И. Мхин. — М.: ГУ ВШЭ, 2002. — 400 с. Месарович М. Теория иерархичесих мно оровневых систем/ М. Месарович, Д. Мао, И. Таахара. — М.: Мир, 1973. — 344 с. Моисеев Н.Н. Математичесие задачи системно о анализа. — М.: Наа, 1981. — 488 с. Острейовсий В.А. Информатиа: Учеб. для взов. — М.: Высш. ш., 1999. — 511 с. Острейовсий В.А. Математичесие модели маро- и мироэономии: Учеб. пособие. — Ср т: СрГУ, 2000. — 72 с. Пере дов Ф.И. Введение в системный анализ: Учеб. для взов/ Ф.И. Пере дов, Ф.П. Тарасено. — М.: Высш. ш., 1989. — 376 с. При ожин И. Порядо из хаоса/ И. При ожин, И. Стен ерс. — М.: Про ресс, 1986. Система автоматизированно о проетирования в радиоэлетроние: Справочни/ Е.В. Авдеев, А.Т. Еремин, И.П. Норенов, М.И. Песов; Под ред. И.П. Норенова. — М.: Радио и связь, 1986.

Приложение 1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ  выполнению рсовых работ по дисциплине «Теоретичесие основы автоматизированно о правления»

Введение Крсовые работы выполняются в том же семестре, в отором читается дисциплина. Их цель — зарепление и пратичесое своение наиболее сложных, по мнению профилирющей афедры, разделов дисциплины «Теоретичесие основы автоматизированно о правления». Крсовые работы представляют собой набор тематичеси заонченных задач. Количество задач в наборе, их содержание, степень сложности определяет профилирющая афедра. Ниже приводятся примеры постаново задач и их решений. Каждая задача оформляется индивидально на листах формата А4 с помощью ПЭВМ. Она состоит из титльно о листа и информационной части. Титльный лист содержит следющю обязательню информацию: наименование вза, наименование афедры, номер и наименование задачи, наименование рппы, фамилия и инициалы стдента, защищающе о задач, фамилия и инициалы преподавателя, роводивше о работой, название орода, од. Информационная часть аждой из задач состоит из формлирови задачи и ее решения. Формлирова задачи содержит тестовой, цифровой и рафичесий материал. Тестовая часть в ряде слчаев может быть общей для рппы стдентов, а цифровой и рафичесий материал выдается индивидально. Для полчения зачета по рс аждый стдент помимо теоретичесой части, изла аемой на лециях, обязан индивидально защитить свой вариант рсовых работ. Индивидальная защита рсовых работ является необходимым словием допса  сдаче эзамена по рс «Теоретичесие основы автоматизированно о правления». На с. 612 приведен пример выполнения титльно о листа рсовой работы. 611

Наименование вза

Информационная часть рсовой работы

Наименование афедры

Задача №1. Формализация представления стртры Формлиров а задачи

КУРСОВАЯ РАБОТА

Разработать формализованное представление стртры, изображенной на рис. 1. Стртр отобразить рассмотренными способами. Выделить (можно не все, а тольо в ачестве примера) цепи, пти, цилы, онтры, степени вершин, полстепени исходов и заходов.

по дисциплине «Теоретичесие основы автоматизированноо правления»

Задача №... . «Н а и м е н о в а н и е з а д а ч и »

Ý2 Ý1

Ý3

Ý4 Ý5

Рис. 1. Стр т ра системы

Решение

См. 4.3. Роводитель:

Исполнитель: Стдент рппы

_________________

_________________

__________ 2005 .

__________ 2005 .

Город -------------612

Задача № 2. Введение порядовой фнции Формлиров а задачи В резльтате обследования неоторой ор анизационной системы был полчен непорядоченный раф информационно-ло ичесой взаимосвязи межд задачами, решаемыми в этой системе. Необходимо определить: 1. В аой последовательности следет решать азанные задачи. 2. Решение аих задач можно начинать одновременно. 3. На протяжении сольих татов следет хранить резльтаты решений. 4. Убедиться в том, что матрица смежности порядоченно о рафа оазалась тре ольной. 613

Наименование вза

Информационная часть рсовой работы

Наименование афедры

Задача №1. Формализация представления стртры Формлиров а задачи

КУРСОВАЯ РАБОТА

Разработать формализованное представление стртры, изображенной на рис. 1. Стртр отобразить рассмотренными способами. Выделить (можно не все, а тольо в ачестве примера) цепи, пти, цилы, онтры, степени вершин, полстепени исходов и заходов.

по дисциплине «Теоретичесие основы автоматизированноо правления»

Задача №... . «Н а и м е н о в а н и е з а д а ч и »

Ý2 Ý1

Ý3

Ý4 Ý5

Рис. 1. Стр т ра системы

Решение

См. 4.3. Роводитель:

Исполнитель: Стдент рппы

_________________

_________________

__________ 2005 .

__________ 2005 .

Город -------------612

Задача № 2. Введение порядовой фнции Формлиров а задачи В резльтате обследования неоторой ор анизационной системы был полчен непорядоченный раф информационно-ло ичесой взаимосвязи межд задачами, решаемыми в этой системе. Необходимо определить: 1. В аой последовательности следет решать азанные задачи. 2. Решение аих задач можно начинать одновременно. 3. На протяжении сольих татов следет хранить резльтаты решений. 4. Убедиться в том, что матрица смежности порядоченно о рафа оазалась тре ольной. 613

1

2

3

9 7

5

4

8

10

производительности, надежности и т. п., читывая тольо стртрные свойства схемы.)

6

Рис. 1. Граф информационно-лоичесой взаимосвязи межд задачами

Решение

1

2

3

6

4

5

10

Решение См. 4.4.

Задача № 3. Введение числовой фнции на рафе Формлиров а задачи В задаче алендарно о планирования вознила необходимость определения масимально о пти из вершины а1 в вершин a7 для рафа, представленно о на рис.1.

1 2

7

5 2 2

1 6

3 3 1 3 1

9

7

Рис. 1. Граф стр т ры распределенной АСУ

См. 4.3.2.

2

8

Задача № 5. Формализованный анализ информационных потоов Формлиров а задачи Схеме движения оперативной отчетности в подсистеме оперативно о правления производством соответствет информационный раф, представленный на рис.1. Необходимо формально выявить все свойства данно о информационно о рафа.

4 4

8

10

7

4

Рис. 1. К нахождению п ти масимальной длины

9

6

5 1

2

3

4

Решение См. 4.3.3.

Рис. 1. Исходный раф

Задача № 4. Тополоичесая деомпозиция стртр

См. 4.5.

Формлиров а задачи

Задача № 6. Расчет тополоичесих харатеристи

В распределенной АСУ пнты обработи информации обмениваются данными та, а это изображено с помощью рафа, представленно о на рис. 1. Вознила необходимость в соращении числа этих пнтов, исходя тольо из стртрных свойств анализиремой системы. (Объединение производится без чета

Формлиров а задачи

614

Решение

Для стртры, представленной на рис. 1, вычислить все ее стртрно-тополо ичесие харатеристии. По полченным резльтатам охаратеризовать стртр. 615

1

2

3

9 7

5

4

8

10

производительности, надежности и т. п., читывая тольо стртрные свойства схемы.)

6

Рис. 1. Граф информационно-лоичесой взаимосвязи межд задачами

Решение

1

2

3

6

4

5

10

Решение См. 4.4.

Задача № 3. Введение числовой фнции на рафе Формлиров а задачи В задаче алендарно о планирования вознила необходимость определения масимально о пти из вершины а1 в вершин a7 для рафа, представленно о на рис.1.

1 2

7

5 2 2

1 6

3 3 1 3 1

9

7

Рис. 1. Граф стр т ры распределенной АСУ

См. 4.3.2.

2

8

Задача № 5. Формализованный анализ информационных потоов Формлиров а задачи Схеме движения оперативной отчетности в подсистеме оперативно о правления производством соответствет информационный раф, представленный на рис.1. Необходимо формально выявить все свойства данно о информационно о рафа.

4 4

8

10

7

4

Рис. 1. К нахождению п ти масимальной длины

9

6

5 1

2

3

4

Решение См. 4.3.3.

Рис. 1. Исходный раф

Задача № 4. Тополоичесая деомпозиция стртр

См. 4.5.

Формлиров а задачи

Задача № 6. Расчет тополоичесих харатеристи

В распределенной АСУ пнты обработи информации обмениваются данными та, а это изображено с помощью рафа, представленно о на рис. 1. Вознила необходимость в соращении числа этих пнтов, исходя тольо из стртрных свойств анализиремой системы. (Объединение производится без чета

Формлиров а задачи

614

Решение

Для стртры, представленной на рис. 1, вычислить все ее стртрно-тополо ичесие харатеристии. По полченным резльтатам охаратеризовать стртр. 615

1

2

3

7

8

9

10

4 5

6

Конретные значения азанных лоальных ритериев для аждо о из вариантов представлены в таблице. Требется, использя известные схемы омпромисса, определить лчший вариант плоттера: а) без чета приоритета лоальных ритериев; б) с четом приоритета лоальных ритериев.

Рис. 1. Исходный раф

Решение

Решение

См. 6.8.

См. 4.6. Задача № 7. Разработа модели фнционирования

Задача № 9. Первая частная задача синтеза оптимальной стртры

Формлиров а задачи

Формлиров а задачи

Необходимо разработать модель фнционирования простейшей ор анизационной системы (например, продление сроа действия арты метрополитена). Система должна содержать два или более операторов системы и неоторый доментооборот. Разработа должна содержать следющие обязательные разделы: словесное описание процесса фнционирования системы; ор анизационная схема системы; описание доментов системы; ал оритм обработи информации; принципиальная схема доментооборота; оператор сопряжения; оператор преобразования; моделирющий ал оритм.

Автоматизированная система влючает в себя j, j = 1, m , пнтов обработи информации. Она предназначена для решения i,

Решение

См. 5.2.3. и 5.3.

i = 1, n , фнциональных задач. Каждая из этих задач может быть решена в любом из пнтов обработи информации. Известна матрица ||ai j ||, в оторой ai j — время решения i-той задачи в j-том пнте. Требется та распределить задачи межд пнтами обработи, чтобы обеспечить минимм времени решения всех задач при соблюдении о раничений на затраты аждо о из пнтов. Затраты задаются ветором |bij |, j = 1, m , де bj — предельно допстимые затраты j-то о пнта. Решение

См. 4.7. и 4.8. Задача № 8. Мнооритериальная задача принятия решения

Задача № 10. Вторая частная задача синтеза оптимальной стртры

Формлиров а задачи

Формлиров а задачи

Для отдела ЦКБ необходимо стройство для вывода на печать онстрторсих чертежей (плоттер). Имеются плоттеры трех моделей. Каждая модель харатеризется тремя лоальными ритериями: масимально возможный формат отпечатанно о чертежа F (мм), разрешение чертежа R (dpi) и объем бфера V (КБайт). 616

Решить задач № 9 в словиях, о да вместо о раничений на затраты аждо о из пнтов заданы о раничения на общие затраты. Решение См. 5.2.4. и 5.3. 617

1

2

3

7

8

9

10

4 5

6

Конретные значения азанных лоальных ритериев для аждо о из вариантов представлены в таблице. Требется, использя известные схемы омпромисса, определить лчший вариант плоттера: а) без чета приоритета лоальных ритериев; б) с четом приоритета лоальных ритериев.

Рис. 1. Исходный раф

Решение

Решение

См. 6.8.

См. 4.6. Задача № 7. Разработа модели фнционирования

Задача № 9. Первая частная задача синтеза оптимальной стртры

Формлиров а задачи

Формлиров а задачи

Необходимо разработать модель фнционирования простейшей ор анизационной системы (например, продление сроа действия арты метрополитена). Система должна содержать два или более операторов системы и неоторый доментооборот. Разработа должна содержать следющие обязательные разделы: словесное описание процесса фнционирования системы; ор анизационная схема системы; описание доментов системы; ал оритм обработи информации; принципиальная схема доментооборота; оператор сопряжения; оператор преобразования; моделирющий ал оритм.

Автоматизированная система влючает в себя j, j = 1, m , пнтов обработи информации. Она предназначена для решения i,

Решение

См. 5.2.3. и 5.3.

i = 1, n , фнциональных задач. Каждая из этих задач может быть решена в любом из пнтов обработи информации. Известна матрица ||ai j ||, в оторой ai j — время решения i-той задачи в j-том пнте. Требется та распределить задачи межд пнтами обработи, чтобы обеспечить минимм времени решения всех задач при соблюдении о раничений на затраты аждо о из пнтов. Затраты задаются ветором |bij |, j = 1, m , де bj — предельно допстимые затраты j-то о пнта. Решение

См. 4.7. и 4.8. Задача № 8. Мнооритериальная задача принятия решения

Задача № 10. Вторая частная задача синтеза оптимальной стртры

Формлиров а задачи

Формлиров а задачи

Для отдела ЦКБ необходимо стройство для вывода на печать онстрторсих чертежей (плоттер). Имеются плоттеры трех моделей. Каждая модель харатеризется тремя лоальными ритериями: масимально возможный формат отпечатанно о чертежа F (мм), разрешение чертежа R (dpi) и объем бфера V (КБайт). 616

Решить задач № 9 в словиях, о да вместо о раничений на затраты аждо о из пнтов заданы о раничения на общие затраты. Решение См. 5.2.4. и 5.3. 617

Приложение 2 ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ СХЕМ АЛГОРИТМОВ, ПРОГРАММ, ДАННЫХ И СИСТЕМ Составлены на основе требований ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Единая система про раммной доментации СХЕМЫ АЛГОРИТМОВ, ПРОГРАММ, ДАННЫХ И СИСТЕМ Unified system for program documentation. Data, program and system flowcharts, program network charts and system resources charts. Documentation symbols and conventions for flowcharting. Настоящие правила распространяются на словные обозначения (символы) в схемах ал оритмов, про рамм, данных и систем и станавливают требования и правила выполнения этих схем, использемых для отображения различных видов задач обработи данных и средств их решения. Изложенные ниже правила составлены на основе требований ГОСТ 19.701-90.

1. Общие положения 1.1. Схемы ал оритмов, про рамм, данных и систем (далее — схемы) состоят из имеющих заданное значение символов, рато о пояснительно о теста и соединяющих линий. 1.2. Схемы мо т использоваться на различных ровнях детализации, причем число ровней зависит от размеров и сложности задачи обработи данных. Уровень детализации должен быть таим, чтобы различные части и взаимосвязь межд ними были понятны в целом. 1.3. В настоящих правилах определены символы, предназначенные для использования в доментации по обработе данных, и приведено роводство по словным обозначениям для применения их в: 1) схемах данных; 2) схемах про рамм; 3) схемах работы системы; 4) схемах взаимодействия про рамм; 5) схемах ресрсов системы. 1.4. В правилах использются следющие понятия: 1) основной символ – символ, использемый в тех слчаях, о да точный тип (вид) процесса или носителя данных не известен или отстствет необходимость в описании фатичесо о носителя данных; 618

2) специфичесий символ – символ, использемый в тех слчаях, о да известен точный тип (вид) процесса или носителя данных или о да необходимо описать фатичесий носитель данных; 3) схема – рафичесое представление определения, анализа или метода решения задачи, в отором использются символы для отображения операций, данных, потоа, обордования и т. д.

2. Описание схем 2.1. Схема данных. 2.1.1.Схемы данных отображают пть данных при решении задач и определяют этапы обработи, а таже различные применяемые носители данных. 2.1.2.Схема данных состоит из: 1) символов данных (символы данных мо т таже азывать вид носителя данных); 2) символов процесса, оторый следет выполнить над данными (символы процесса мо т таже азывать фнции, выполняемые вычислительной машиной); 3) символов линий, азывающих потои данных межд процессами и (или) носителями данных; 4) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения схемы. 2.1.3. Символы данных предшествют и следют за символами процесса. Схема данных начинается и заанчивается символами данных (за ислючением специальных символов, азанных в п. 3.4). 2.2. Схема про раммы. 2.2.1. Схемы про рамм отображают последовательность операций в про рамме. 2.2.2. Схема про раммы состоит из: 1) символов процесса, азывающих фатичесие операции обработи данных (влючая символы, определяющие пть, оторо о следет придерживаться с четом ло ичесих словий); 2) линейных символов, азывающих пото правления; 3) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения схемы. 2.3. Схема работы системы. 2.3.1. Схемы работы системы отображают правление операциями и пото данных в системе. 2.3.2. Схема работы системы состоит из: 1) символов данных, азывающих на наличие данных (символы данных мо т таже азывать вид носителя данных); 619

Приложение 2 ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ СХЕМ АЛГОРИТМОВ, ПРОГРАММ, ДАННЫХ И СИСТЕМ Составлены на основе требований ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Единая система про раммной доментации СХЕМЫ АЛГОРИТМОВ, ПРОГРАММ, ДАННЫХ И СИСТЕМ Unified system for program documentation. Data, program and system flowcharts, program network charts and system resources charts. Documentation symbols and conventions for flowcharting. Настоящие правила распространяются на словные обозначения (символы) в схемах ал оритмов, про рамм, данных и систем и станавливают требования и правила выполнения этих схем, использемых для отображения различных видов задач обработи данных и средств их решения. Изложенные ниже правила составлены на основе требований ГОСТ 19.701-90.

1. Общие положения 1.1. Схемы ал оритмов, про рамм, данных и систем (далее — схемы) состоят из имеющих заданное значение символов, рато о пояснительно о теста и соединяющих линий. 1.2. Схемы мо т использоваться на различных ровнях детализации, причем число ровней зависит от размеров и сложности задачи обработи данных. Уровень детализации должен быть таим, чтобы различные части и взаимосвязь межд ними были понятны в целом. 1.3. В настоящих правилах определены символы, предназначенные для использования в доментации по обработе данных, и приведено роводство по словным обозначениям для применения их в: 1) схемах данных; 2) схемах про рамм; 3) схемах работы системы; 4) схемах взаимодействия про рамм; 5) схемах ресрсов системы. 1.4. В правилах использются следющие понятия: 1) основной символ – символ, использемый в тех слчаях, о да точный тип (вид) процесса или носителя данных не известен или отстствет необходимость в описании фатичесо о носителя данных; 618

2) специфичесий символ – символ, использемый в тех слчаях, о да известен точный тип (вид) процесса или носителя данных или о да необходимо описать фатичесий носитель данных; 3) схема – рафичесое представление определения, анализа или метода решения задачи, в отором использются символы для отображения операций, данных, потоа, обордования и т. д.

2. Описание схем 2.1. Схема данных. 2.1.1.Схемы данных отображают пть данных при решении задач и определяют этапы обработи, а таже различные применяемые носители данных. 2.1.2.Схема данных состоит из: 1) символов данных (символы данных мо т таже азывать вид носителя данных); 2) символов процесса, оторый следет выполнить над данными (символы процесса мо т таже азывать фнции, выполняемые вычислительной машиной); 3) символов линий, азывающих потои данных межд процессами и (или) носителями данных; 4) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения схемы. 2.1.3. Символы данных предшествют и следют за символами процесса. Схема данных начинается и заанчивается символами данных (за ислючением специальных символов, азанных в п. 3.4). 2.2. Схема про раммы. 2.2.1. Схемы про рамм отображают последовательность операций в про рамме. 2.2.2. Схема про раммы состоит из: 1) символов процесса, азывающих фатичесие операции обработи данных (влючая символы, определяющие пть, оторо о следет придерживаться с четом ло ичесих словий); 2) линейных символов, азывающих пото правления; 3) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения схемы. 2.3. Схема работы системы. 2.3.1. Схемы работы системы отображают правление операциями и пото данных в системе. 2.3.2. Схема работы системы состоит из: 1) символов данных, азывающих на наличие данных (символы данных мо т таже азывать вид носителя данных); 619

620

Символ отображает храни- Данных, работы системы, взамые данные в виде, приод- имодействия, ресрсов систеном для обработ!и, носи- мы тель данных не определен

Символ отображает дан- Данных, работы системы, взаные, хранящиеся в опера- имодействия, тивном запоминающем ст- ресрсов системы ройстве

Символ отображает дан- Данных, работы системы, взаные, хранящиеся в запоми- имодействия, ресрсов систенающем стройстве с пос- мы ледовательным достпом (манитная лента, !ассета с манитной лентой, манитофонная !ассета)

Запоминаемые данные

Оперативное запомина- Специфичес!ие ющее стройство

Запоминающее стройство с последовательным достпом

Символ отображает дан- Данных, прорамм, работы ные, носитель данных не системы, взаимодействия, реопределен срсов системы Символы данных Основные Данные

4 2 1

3

Схема применения Описание символа и ео применения Условное обозначение символа

В табл. П 2.1 представлены словные обозначения различных символов и их применяемость в схемах данных, про рамм, работы системы, ресрсов системы.

Наименование символа

3. Условные обозначения символов и их применяемость в схемах

Та б л и ц а П 2 . 1

2) символов процесса, азывающих операции, оторые следет выполнить над данными, а таже определяющих ло ичесий пть, оторо о следет придерживаться; 3) линейных символов, азывающих потои данных межд процессами и (или) носителями данных, а таже пото правления межд процессами; 4) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения бло-схемы. 2.4. Схема взаимодействия про рамм. 2.4.1. Схемы взаимодействия про рамм отображают пть ативации про рамм и взаимодействий с соответствющими данными. Каждая про рамма в схеме взаимодействия про рамм поазывается тольо один раз (в схеме работы системы про рамма может изображаться более чем в одном потое правления). 2.4.2. Схема взаимодействия про рамм состоит из: 1) символов данных, азывающих на наличие данных; 2) символов процесса, азывающих на операции, оторые следет выполнить над данными; 3) линейных символов, отображающих пото межд процессами и данными, а таже инициации процессов; 4) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения схемы. 2.5. Схема ресрсов системы. 2.5.1. Схемы ресрсов системы отображают онфи рацию блоов данных и обрабатывающих блоов, оторая требется для решения задачи или набора задач. 2.5.2. Схема ресрсов системы состоит из: 1) символов данных, отображающих входные, выходные и запоминающие стройства вычислительной машины; 2) символов процесса, отображающих процессоры (центральные процессоры, аналы и т. д.); 3) линейных символов, отображающих передач данных межд стройствами ввода-вывода и процессорами, а таже передач правления межд процессорами; 4) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения схемы. Примеры выполнения схем приведены в Приложении.

621

620

Символ отображает храни- Данных, работы системы, взамые данные в виде, приод- имодействия, ресрсов систеном для обработ!и, носи- мы тель данных не определен

Символ отображает дан- Данных, работы системы, взаные, хранящиеся в опера- имодействия, тивном запоминающем ст- ресрсов системы ройстве

Символ отображает дан- Данных, работы системы, взаные, хранящиеся в запоми- имодействия, ресрсов систенающем стройстве с пос- мы ледовательным достпом (манитная лента, !ассета с манитной лентой, манитофонная !ассета)

Запоминаемые данные

Оперативное запомина- Специфичес!ие ющее стройство

Запоминающее стройство с последовательным достпом

Символ отображает дан- Данных, прорамм, работы ные, носитель данных не системы, взаимодействия, реопределен срсов системы Символы данных Основные Данные

4 2 1

3

Схема применения Описание символа и ео применения Условное обозначение символа

В табл. П 2.1 представлены словные обозначения различных символов и их применяемость в схемах данных, про рамм, работы системы, ресрсов системы.

Наименование символа

3. Условные обозначения символов и их применяемость в схемах

Та б л и ц а П 2 . 1

2) символов процесса, азывающих операции, оторые следет выполнить над данными, а таже определяющих ло ичесий пть, оторо о следет придерживаться; 3) линейных символов, азывающих потои данных межд процессами и (или) носителями данных, а таже пото правления межд процессами; 4) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения бло-схемы. 2.4. Схема взаимодействия про рамм. 2.4.1. Схемы взаимодействия про рамм отображают пть ативации про рамм и взаимодействий с соответствющими данными. Каждая про рамма в схеме взаимодействия про рамм поазывается тольо один раз (в схеме работы системы про рамма может изображаться более чем в одном потое правления). 2.4.2. Схема взаимодействия про рамм состоит из: 1) символов данных, азывающих на наличие данных; 2) символов процесса, азывающих на операции, оторые следет выполнить над данными; 3) линейных символов, отображающих пото межд процессами и данными, а таже инициации процессов; 4) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения схемы. 2.5. Схема ресрсов системы. 2.5.1. Схемы ресрсов системы отображают онфи рацию блоов данных и обрабатывающих блоов, оторая требется для решения задачи или набора задач. 2.5.2. Схема ресрсов системы состоит из: 1) символов данных, отображающих входные, выходные и запоминающие стройства вычислительной машины; 2) символов процесса, отображающих процессоры (центральные процессоры, аналы и т. д.); 3) линейных символов, отображающих передач данных межд стройствами ввода-вывода и процессорами, а таже передач правления межд процессорами; 4) специальных символов, использемых для обле чения написания и чтения схемы. Примеры выполнения схем приведены в Приложении.

621

622 623

Символ отображает любой Данных, работы системы, взапроцесс, выполняемый че- имодействия лове!ом.

Символ отображает фн!- Данных, прорамм, работы цию обработ!и данных лю- системы, взаимодействия, ребоо вида (выполнение оп- срсов системы ределенной операции или рппы операций, приводящих ! изменению значения, формы или размещения информации, или ! определению, по !отором из нес!оль!их направлений пото!а следет двиаться)

Процесс

Рчная операция

Символ отображает данные, Данных, работы системы, взапредставленные в челове!о- имодействия, ресрсов систечитаемой форме на носителе мы в виде отображающео стройства (э!ран для визальноо наблюдения, инди!аторы ввода информации)

Дисплей

Символ отражает предопре- Прорамм, работы системы, деленный процесс, состоя- взаимодействия щий из одной или нес!оль!их операций или шаов прораммы, !оторые определены в дром месте (в прорамме, модле)

Символ отображает данные, Данных, работы системы, взапредставленные на носителе имодействия, ресрсов систев виде бмажной ленты мы

Бмажная лента

Предопределенный процесс

Символ отображает дан- Данных, работы системы, взаные, представленные на но- имодействия, ресрсов систесителе в виде !арты (перфо- мы !арты, манитные !арты, !арты со считываемыми мет!ами, !арты с отрывным ярлы!ом, !арты со с!аниремыми мет!ами)

Карта

Символы процесса Основные

Символ отображает данные, Данных, работы системы, взавводимые врчню во время имодействия, ресрсов систеобработ!и с стройств лю- мы боо типа (!лавиатра, пере!лючатели, !ноп!и, световое перо, полос!и со штриховым !одом)

4

Рчной ввод

3

Символ отображает дан- Данных, работы системы, взаные, хранящиеся в запоми- имодействия, ресрсов систенающем стройстве с пря- мы мым достпом (манитный дис!, манитный барабан, иб!ий манитный дис!)

2

Запоминающее стройство с прямым достпом

1

Продолжение табл. П 2.1

622 623

Символ отображает любой Данных, работы системы, взапроцесс, выполняемый че- имодействия лове!ом.

Символ отображает фн!- Данных, прорамм, работы цию обработ!и данных лю- системы, взаимодействия, ребоо вида (выполнение оп- срсов системы ределенной операции или рппы операций, приводящих ! изменению значения, формы или размещения информации, или ! определению, по !отором из нес!оль!их направлений пото!а следет двиаться)

Процесс

Рчная операция

Символ отображает данные, Данных, работы системы, взапредставленные в челове!о- имодействия, ресрсов систечитаемой форме на носителе мы в виде отображающео стройства (э!ран для визальноо наблюдения, инди!аторы ввода информации)

Дисплей

Символ отражает предопре- Прорамм, работы системы, деленный процесс, состоя- взаимодействия щий из одной или нес!оль!их операций или шаов прораммы, !оторые определены в дром месте (в прорамме, модле)

Символ отображает данные, Данных, работы системы, взапредставленные на носителе имодействия, ресрсов систев виде бмажной ленты мы

Бмажная лента

Предопределенный процесс

Символ отображает дан- Данных, работы системы, взаные, представленные на но- имодействия, ресрсов систесителе в виде !арты (перфо- мы !арты, манитные !арты, !арты со считываемыми мет!ами, !арты с отрывным ярлы!ом, !арты со с!аниремыми мет!ами)

Карта

Символы процесса Основные

Символ отображает данные, Данных, работы системы, взавводимые врчню во время имодействия, ресрсов систеобработ!и с стройств лю- мы боо типа (!лавиатра, пере!лючатели, !ноп!и, световое перо, полос!и со штриховым !одом)

4

Рчной ввод

3

Символ отображает дан- Данных, работы системы, взаные, хранящиеся в запоми- имодействия, ресрсов систенающем стройстве с пря- мы мым достпом (манитный дис!, манитный барабан, иб!ий манитный дис!)

2

Запоминающее стройство с прямым достпом

1

Продолжение табл. П 2.1

624 625

Символ, состоящий из двх Прорамм, работы системы частей, отображает начало и !онец ци!ла. Обе части символа имеют один и тот Прорамм, работы системы же идентифи!атор. Условия для инициализации, приращения, завершения и т.д. помещаются внтри символа (в начале или в !онце, в зависимости от расположения операции, проверяющей словие) Символ отображает пото! Данных, прорамм, работы данных или правления системы, взаимодействия, ресрсов системы

Символы линий Основные Специфичес!ие

Граница ци!ла

Линия

Передача правления

Взаимодействия

Символ отображает синхро- Прорамм, работы системы, низацию двх или более па- взаимодействия раллельных операций

Параллельные действия

Символ отображает непосредственню передач правления от одноо процесса ! дром, инода с возможностью прямоо возвращения ! инициирющем процесс после тоо, !а! инициированный процесс завершит свои фн!ции. Тип передачи правления должен быть назван внтри символа (например, запрос, вызов, событие)

Символ отображает решение Прорамм, работы системы или фн!цию пере!лючательноо типа, имеющю один вход и ряд альтернативных выходов, один и толь!о один из !оторых может быть а!тивизирован после вычисления словий, определенных внтри этоо символа. Соответствющие резльтаты вычисления мот быть записаны по соседств с линиями, отображающими эти пти

4

Решение

3

Символ отображает модифи- Данных, прорамм, работы !ацию !оманды или рппы системы, взаимодействия !оманд с целью воздействия на не!оторю последющю фн!цию (станов!а пере!лючателя, модифи!ация инде!сноо реистра или инициализация прораммы)

2

Подотов!а

1

Продолжение табл. П 2.1

624 625

Символ, состоящий из двх Прорамм, работы системы частей, отображает начало и !онец ци!ла. Обе части символа имеют один и тот Прорамм, работы системы же идентифи!атор. Условия для инициализации, приращения, завершения и т.д. помещаются внтри символа (в начале или в !онце, в зависимости от расположения операции, проверяющей словие) Символ отображает пото! Данных, прорамм, работы данных или правления системы, взаимодействия, ресрсов системы

Символы линий Основные Специфичес!ие

Граница ци!ла

Линия

Передача правления

Взаимодействия

Символ отображает синхро- Прорамм, работы системы, низацию двх или более па- взаимодействия раллельных операций

Параллельные действия

Символ отображает непосредственню передач правления от одноо процесса ! дром, инода с возможностью прямоо возвращения ! инициирющем процесс после тоо, !а! инициированный процесс завершит свои фн!ции. Тип передачи правления должен быть назван внтри символа (например, запрос, вызов, событие)

Символ отображает решение Прорамм, работы системы или фн!цию пере!лючательноо типа, имеющю один вход и ряд альтернативных выходов, один и толь!о один из !оторых может быть а!тивизирован после вычисления словий, определенных внтри этоо символа. Соответствющие резльтаты вычисления мот быть записаны по соседств с линиями, отображающими эти пти

4

Решение

3

Символ отображает модифи- Данных, прорамм, работы !ацию !оманды или рппы системы, взаимодействия !оманд с целью воздействия на не!оторю последющю фн!цию (станов!а пере!лючателя, модифи!ация инде!сноо реистра или инициализация прораммы)

2

Подотов!а

1

Продолжение табл. П 2.1

626 627

Символ использют для до- Данных, прорамм, работы бавления описательных системы, взаимодействия, ре!омментариев или поясни- срсов системы тельных записей в целях объяснения или замечаний Символ использют лав- Данных, прорамм, работы ным образом в схемах, системы, взаимодействия, реизображающих общие ре- срсов системы шения с неизвестным числом повторений

Пропс!

работы

Комментарий

прорамм,

Символ отображает выход Данных, во внешнюю сред и вход из системы внешней среды (начало или !онец схемы прораммы, внешнее использование и источни! или пн!т назначения данных)

Терминатор

Символ отображает выход в Данных, прорамм, работы часть схемы и вход из дрой системы, взаимодействия, речасти этой схемы и исполь- срсов системы зется для обрыва линии и продолжения ее в дром месте. Соответствющие символы-соединители должны содержать одно и то же ни!альное обозначение

Соединитель

Специальные

Символ отображает альтер- данных, прорамм, работы нативню связь межд двмя системы, взаимодействия, реили более символами. Кроме срсов системы тоо, символ использют для обведения аннотированноо част!а. Если один из ряда альтернативных выходов использют в !ачестве входа в процесс либо !ода выход использется в !ачестве входа в альтернативные процессы, эти символы соединяют пн!тирными линиями

4

Пн!тирная линия

3

Символ отображает переда- Данных, работы системы, взаич данных по !анал связи модействия, ресрсов системы

2

Канал связи

1

Продолжение табл. П 2.1

626 627

Символ использют для до- Данных, прорамм, работы бавления описательных системы, взаимодействия, ре!омментариев или поясни- срсов системы тельных записей в целях объяснения или замечаний Символ использют лав- Данных, прорамм, работы ным образом в схемах, системы, взаимодействия, реизображающих общие ре- срсов системы шения с неизвестным числом повторений

Пропс!

работы

Комментарий

прорамм,

Символ отображает выход Данных, во внешнюю сред и вход из системы внешней среды (начало или !онец схемы прораммы, внешнее использование и источни! или пн!т назначения данных)

Терминатор

Символ отображает выход в Данных, прорамм, работы часть схемы и вход из дрой системы, взаимодействия, речасти этой схемы и исполь- срсов системы зется для обрыва линии и продолжения ее в дром месте. Соответствющие символы-соединители должны содержать одно и то же ни!альное обозначение

Соединитель

Специальные

Символ отображает альтер- данных, прорамм, работы нативню связь межд двмя системы, взаимодействия, реили более символами. Кроме срсов системы тоо, символ использют для обведения аннотированноо част!а. Если один из ряда альтернативных выходов использют в !ачестве входа в процесс либо !ода выход использется в !ачестве входа в альтернативные процессы, эти символы соединяют пн!тирными линиями

4

Пн!тирная линия

3

Символ отображает переда- Данных, работы системы, взаич данных по !анал связи модействия, ресрсов системы

2

Канал связи

1

Продолжение табл. П 2.1

628 629

Ñëîæèòü èòîãîâûå ñóììû è ñîñòàâèòü ñïèñîê

Âíåñòè ñóììó â ïóñòîé ÷åê èç ñïèñêà Èòîãîâûå ñóììû

Çàïîëíåííûå "ïóñòûå" ÷åêè

Ôàéë

"Ïóñòûå" áàíêîâñêèå ÷åêè

Ïåðåñîðòèðîâàííûå áàíêîâñêèå ÷åêè, ïîäëåæàùèå âîçâðàòó

Ñëîæèòü èòîãîâûå ñóììû è ñîñòàâèòü ñïèñîê

Ïåðåñîðòèðîâêà ïóñòûõ áàíêîâñêèõ ÷åêîâ, ïîäëåæàùèõ âîçâðàòó

Ñïèñîê áàíêîâñêèõ ÷åêîâ, ïîäëåæàùèõ âîçâðàòó, è ñóìì äëÿ çàïîëíåíèÿ ôîðì áàíêîâñêèõ ÷åêîâ

Áàíêîâñêèå ÷åêè

Èòîãîâûå ñóììû

Ïèñüìî: "áèëåòû îòñóòñòâóþò"

Рис. П 2.1. Схема данных

Áèëåòû äëÿ îòïðàâêè

Âèäû äåíåæíûõ ïîñòóïëåíèé îò ïðîäàæè áèëåòîâ

Ïðî÷åñòü äîêóìåíò

Ïîëó÷åííûå ïî ïî÷òå

Âèäû äåíåæíûõ ïîñòóïëåíèé îò ïðîäàæè áèëåòîâ

Ðåãèñòðàöèÿ âèäîâ äåíåæíûõ ïîñòóïëåíèé

Ïðîâåðèòü äåòàëè è èñïðàâèòü îøèáêè

Âèäû äåíåæíûõ ïîñòóïëåíèé îò ïðîäàæè áèëåòîâ

Áàíêîâñêèå ÷åêè

Ñïèñîê áàíêîâñêèõ ÷åêîâ, ïîäëåæàùèõ âîçâðàòó, è ñóìì äëÿ çàïîëíåíèÿ ïóñòûõ áàíêîâñêèõ ÷åêîâ

Áàíêîâñêèå ÷åêè

Áàíêîâñêèå ÷åêè

Âíåñòè íîìåð êëèåíòà â ñóììó

Áàíêîâñêèå ÷åêè

4. Примеры выполнения схем

628 629

Ñëîæèòü èòîãîâûå ñóììû è ñîñòàâèòü ñïèñîê

Âíåñòè ñóììó â ïóñòîé ÷åê èç ñïèñêà Èòîãîâûå ñóììû

Çàïîëíåííûå "ïóñòûå" ÷åêè

Ôàéë

"Ïóñòûå" áàíêîâñêèå ÷åêè

Ïåðåñîðòèðîâàííûå áàíêîâñêèå ÷åêè, ïîäëåæàùèå âîçâðàòó

Ñëîæèòü èòîãîâûå ñóììû è ñîñòàâèòü ñïèñîê

Ïåðåñîðòèðîâêà ïóñòûõ áàíêîâñêèõ ÷åêîâ, ïîäëåæàùèõ âîçâðàòó

Ñïèñîê áàíêîâñêèõ ÷åêîâ, ïîäëåæàùèõ âîçâðàòó, è ñóìì äëÿ çàïîëíåíèÿ ôîðì áàíêîâñêèõ ÷åêîâ

Áàíêîâñêèå ÷åêè

Èòîãîâûå ñóììû

Ïèñüìî: "áèëåòû îòñóòñòâóþò"

Рис. П 2.1. Схема данных

Áèëåòû äëÿ îòïðàâêè

Âèäû äåíåæíûõ ïîñòóïëåíèé îò ïðîäàæè áèëåòîâ

Ïðî÷åñòü äîêóìåíò

Ïîëó÷åííûå ïî ïî÷òå

Âèäû äåíåæíûõ ïîñòóïëåíèé îò ïðîäàæè áèëåòîâ

Ðåãèñòðàöèÿ âèäîâ äåíåæíûõ ïîñòóïëåíèé

Ïðîâåðèòü äåòàëè è èñïðàâèòü îøèáêè

Âèäû äåíåæíûõ ïîñòóïëåíèé îò ïðîäàæè áèëåòîâ

Áàíêîâñêèå ÷åêè

Ñïèñîê áàíêîâñêèõ ÷åêîâ, ïîäëåæàùèõ âîçâðàòó, è ñóìì äëÿ çàïîëíåíèÿ ïóñòûõ áàíêîâñêèõ ÷åêîâ

Áàíêîâñêèå ÷åêè

Áàíêîâñêèå ÷åêè

Âíåñòè íîìåð êëèåíòà â ñóììó

Áàíêîâñêèå ÷åêè

4. Примеры выполнения схем

Íà÷àëî ïðîãðàììû

Íà÷àëî çàêàçà íà òîâàðû

Âûçîâ îòîáðàæåíèÿ

Äàííûå îòîáðàæåíèÿ Íà÷àëüíàÿ îáðàáîòêà äàííûõ

Íà÷àëüíîå îòîáðàæåíèå äëÿ çàïðîñà è îïèñè

Àðèôìåòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà âíóòðè ÝÂÌ

Ïåðåçàïóñê

Çàïðîñ âõîäíûõ äàííûõ

Øèôð ïîêóïàòåëÿ, øèôð òîâàðà, êîëè÷åñòâî

Ïåðåäà÷à ðåçóëüòàòà â çàïîìèíàþùåå óñòðîéñòâî

Ïåðåäà÷à óñïåøíà?

Íåò

Îøèáêà

Äà

Îñòàíîâêà ïðîãðàììû: ïî ðó÷íîìó ïåðåçàïóñêó âîçâðàòèòüñÿ ê ìåñòó ïîÿâëåíèÿ îøèáêè è ïîïðîáîâàòü ñíîâà

Ïåðåäàòü ðåçóëüòàò èç çàïîìèíàþùåãî óñòðîéñòâà ÝÂÌ

Ïåðåäà÷à óñïåøíà?

Íåò

Ôàéë ïîêóïàòåëÿ

Êîíòðîëü äàííûõ, çàïðîñ îïèñè, ðàñïðåäåëåíèå òîâàðîâ

Îøèáêà ââîäà, îòâåò íà çàïðîñ

Çàïðîñ Ïðîâåðèòü çàêàç

Çàêàç èëè çàïðîñ?

Ñïåöèôèöèðîâàòü çàêàç

Îáðàáîòêà çàêàçà

Ñ÷åòà

Îáðàáîòêà íàêëàäíûõ

Êîíòðîëüíàÿ ïåðåäà÷à

Äà Îñòàíîâêà

630

Рис. П 2.2. Схема прораммы

Ôàéë òîâàðîâ, âíåñåííûõ â îïèñü

Рис. П 2.3. Схема работы системы

Êîíåö ðàáîòû

Âðåìåííûé ôàéë çàêàç÷èêà Çàêàç

Ôàéë òîâàðîâ, âíåñåííûõ â îïèñü

Ôàéë òîâàðîâ, âíåñåííûõ â îïèñü

631

Íà÷àëî ïðîãðàììû

Íà÷àëî çàêàçà íà òîâàðû

Âûçîâ îòîáðàæåíèÿ

Äàííûå îòîáðàæåíèÿ Íà÷àëüíàÿ îáðàáîòêà äàííûõ

Íà÷àëüíîå îòîáðàæåíèå äëÿ çàïðîñà è îïèñè

Àðèôìåòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà âíóòðè ÝÂÌ

Ïåðåçàïóñê

Çàïðîñ âõîäíûõ äàííûõ

Øèôð ïîêóïàòåëÿ, øèôð òîâàðà, êîëè÷åñòâî

Ïåðåäà÷à ðåçóëüòàòà â çàïîìèíàþùåå óñòðîéñòâî

Ïåðåäà÷à óñïåøíà?

Íåò

Îøèáêà

Äà

Îñòàíîâêà ïðîãðàììû: ïî ðó÷íîìó ïåðåçàïóñêó âîçâðàòèòüñÿ ê ìåñòó ïîÿâëåíèÿ îøèáêè è ïîïðîáîâàòü ñíîâà

Ïåðåäàòü ðåçóëüòàò èç çàïîìèíàþùåãî óñòðîéñòâà ÝÂÌ

Ïåðåäà÷à óñïåøíà?

Íåò

Ôàéë ïîêóïàòåëÿ

Êîíòðîëü äàííûõ, çàïðîñ îïèñè, ðàñïðåäåëåíèå òîâàðîâ

Îøèáêà ââîäà, îòâåò íà çàïðîñ

Çàïðîñ Ïðîâåðèòü çàêàç

Çàêàç èëè çàïðîñ?

Ñïåöèôèöèðîâàòü çàêàç

Îáðàáîòêà çàêàçà

Ñ÷åòà

Îáðàáîòêà íàêëàäíûõ

Êîíòðîëüíàÿ ïåðåäà÷à

Äà Îñòàíîâêà

630

Рис. П 2.2. Схема прораммы

Ôàéë òîâàðîâ, âíåñåííûõ â îïèñü

Рис. П 2.3. Схема работы системы

Êîíåö ðàáîòû

Âðåìåííûé ôàéë çàêàç÷èêà Çàêàç

Ôàéë òîâàðîâ, âíåñåííûõ â îïèñü

Ôàéë òîâàðîâ, âíåñåííûõ â îïèñü

631

Рис. П 2.4. Схема взаимодействия прорамм

Êëàâèàòóðà

Òàáëèöà ïðîâåðêè äîñòîâåðíîñòè

Ôàéë òðàíçàêöèé Äèñïëåé

Èíòåðôåéñ ÷åëîâåê — ìàøèíà

Èíôîðìàöèÿ îò äàò÷èêîâ

P

Àâòîìàòè÷åñêîå îïðåäåëåíèå ìàðøðóòà

P T

I

Îïðåäåëåíèå ìàðøðóòà âðó÷íóþ

Äîïîëíåíèå ïîëåòíûõ ïëàíîâ Z

Ðàáî÷èé ôàéë

Êîððåêòèðîâêà

Ãëàâíûé ôàéë

Îò÷åò

Ñïèñîê îøèáîê

Èäåíòè÷íîñòü ìàðøðóòà

Ñîâïàäåíèå ìàðøðóòà

Ïîëåòíûå ïëàíû

Рис. П 2.5. Схема рес рсов системы

Z Äîïîëíåíèå ìàðøðóòà

P

Òàéìåð èñòèííîãî âðåìåíè

Áàçà äàííûõ ìàðøðóòîâ

Ïðîöåññîð äèñïëåÿ

P — ïåðåäà÷à óïðàâëåíèÿ (ïîñòîÿííàÿ) T — ïåðåäà÷à óïðàâëåíèÿ (âðåìåííàÿ) I — ïåðåäà÷à óïðàâëåíèÿ (ïðåðûâàíèå)

632

633

Рис. П 2.4. Схема взаимодействия прорамм

Êëàâèàòóðà

Òàáëèöà ïðîâåðêè äîñòîâåðíîñòè

Ôàéë òðàíçàêöèé Äèñïëåé

Èíòåðôåéñ ÷åëîâåê — ìàøèíà

Èíôîðìàöèÿ îò äàò÷èêîâ

P

Àâòîìàòè÷åñêîå îïðåäåëåíèå ìàðøðóòà

P T

I

Îïðåäåëåíèå ìàðøðóòà âðó÷íóþ

Äîïîëíåíèå ïîëåòíûõ ïëàíîâ Z

Ðàáî÷èé ôàéë

Êîððåêòèðîâêà

Ãëàâíûé ôàéë

Îò÷åò

Ñïèñîê îøèáîê

Èäåíòè÷íîñòü ìàðøðóòà

Ñîâïàäåíèå ìàðøðóòà

Ïîëåòíûå ïëàíû

Рис. П 2.5. Схема рес рсов системы

Z Äîïîëíåíèå ìàðøðóòà

P

Òàéìåð èñòèííîãî âðåìåíè

Áàçà äàííûõ ìàðøðóòîâ

Ïðîöåññîð äèñïëåÿ

P — ïåðåäà÷à óïðàâëåíèÿ (ïîñòîÿííàÿ) T — ïåðåäà÷à óïðàâëåíèÿ (âðåìåííàÿ) I — ïåðåäà÷à óïðàâëåíèÿ (ïðåðûâàíèå)

632

633

СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Списо основных соращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Введение в теорию автоматизированно о правления . . . . . . 9 В.1. Объетивная необходимость автоматизации обработи информации и правления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 В.2. Кратая историчесая справа о развитии теории автоматизированно о правления . . . . . . . . . . . 10 В.3. Цель и задачи дисциплины «Теоретичесие основы автоматизированно о правления» . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 РАЗДЕЛ 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . 1.1. Понятия «правление» и «система правления» . . . . . 1.2. Терминолоия теории автоматизированноо правления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Этапы правления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Объет и предмет теории автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Классифиация автоматизированных систем . . . . . . . 2.2. Основные принципы построения автоматизированных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Этапы разработи АС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Задачи, решаемые на стадиях проетирования АС. . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 3. КАТЕГОРИАЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Системность а общее свойство материи . . . . . . . . . 3.2. Место системноо анализа в системных представлениях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Развитие системноо анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Методии и процедры системноо анализа . . . . . . . . 3.4.1. Принципы, этапы и процедры системно о анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634

15 15 15 22 28 32 43 44 44 51 54 57 60

60 61 65 68 72 72

3.4.2. Определение целей системно о анализа. . . . . 3.4.3. Анализ стртры системы . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4. Сбор данных о фнционировании системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.5. Исследование информационных потоов . . . 3.4.6. Построение моделей системы . . . . . . . . . . . . . 3.4.7. Провера адеватности моделей. Анализ неопределенности и чвствительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.8. Исследование ресрсных возможностей. . . . . 3.4.9. Формирование ритериев . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.10. Генерирование альтернатив . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.11. Реализация выбора и принятия решений . . . 3.4.12. Внедрение резльтатов анализа . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 4.1. 4.2. 4.3.

4. МОДЕЛИ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ АСУ . . . . . . . Цели и задачи стртрноо анализа АСУ . . . . . . . . . Уровни описания стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . . . . . Формализация описания стртры методами теории рафов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1. Способы формализованно о задания рафа. . 4.3.2. Порядовая фнция на рафе. . . . . . . . . . . . . 4.3.3. Числовая фнция на рафе . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Тополоичесая деомпозиция стртр АСУ . . . . . . . 4.5. Модели описания и анализа потоов информации в АСУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Стртрно-тополоичесие харатеристии систем и их применение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7. Модели фнционирования оранизационной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8. Пример разработи модели фнционирования оранизационной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ГЛАВА 5. МОДЕЛИ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ АСУ . . . . . . . 5.1. Формализация общей задачи синтеза стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Частные задачи синтеза оптимальной стртры АСУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1. Частные ритерии оптимизации . . . . . . . . . . . 5.2.2. О раничения в частных задачах синтеза. . . . . 5.2.3. Первая частная задача синтеза оптимальной стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . .

77 80 84 87 89 92 97 99 101 106 110 112 112 113 115 117 117 122 127 129 133 144 163 175 181 182 183 185 185 186 186 635

СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Списо основных соращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Введение в теорию автоматизированно о правления . . . . . . 9 В.1. Объетивная необходимость автоматизации обработи информации и правления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 В.2. Кратая историчесая справа о развитии теории автоматизированно о правления . . . . . . . . . . . 10 В.3. Цель и задачи дисциплины «Теоретичесие основы автоматизированно о правления» . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 РАЗДЕЛ 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . 1.1. Понятия «правление» и «система правления» . . . . . 1.2. Терминолоия теории автоматизированноо правления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Этапы правления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Объет и предмет теории автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Классифиация автоматизированных систем . . . . . . . 2.2. Основные принципы построения автоматизированных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Этапы разработи АС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Задачи, решаемые на стадиях проетирования АС. . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 3. КАТЕГОРИАЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Системность а общее свойство материи . . . . . . . . . 3.2. Место системноо анализа в системных представлениях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Развитие системноо анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Методии и процедры системноо анализа . . . . . . . . 3.4.1. Принципы, этапы и процедры системно о анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634

15 15 15 22 28 32 43 44 44 51 54 57 60

60 61 65 68 72 72

3.4.2. Определение целей системно о анализа. . . . . 3.4.3. Анализ стртры системы . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4. Сбор данных о фнционировании системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.5. Исследование информационных потоов . . . 3.4.6. Построение моделей системы . . . . . . . . . . . . . 3.4.7. Провера адеватности моделей. Анализ неопределенности и чвствительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.8. Исследование ресрсных возможностей. . . . . 3.4.9. Формирование ритериев . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.10. Генерирование альтернатив . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.11. Реализация выбора и принятия решений . . . 3.4.12. Внедрение резльтатов анализа . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 4.1. 4.2. 4.3.

4. МОДЕЛИ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ АСУ . . . . . . . Цели и задачи стртрноо анализа АСУ . . . . . . . . . Уровни описания стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . . . . . Формализация описания стртры методами теории рафов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1. Способы формализованно о задания рафа. . 4.3.2. Порядовая фнция на рафе. . . . . . . . . . . . . 4.3.3. Числовая фнция на рафе . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Тополоичесая деомпозиция стртр АСУ . . . . . . . 4.5. Модели описания и анализа потоов информации в АСУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Стртрно-тополоичесие харатеристии систем и их применение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7. Модели фнционирования оранизационной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8. Пример разработи модели фнционирования оранизационной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ГЛАВА 5. МОДЕЛИ СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ АСУ . . . . . . . 5.1. Формализация общей задачи синтеза стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Частные задачи синтеза оптимальной стртры АСУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1. Частные ритерии оптимизации . . . . . . . . . . . 5.2.2. О раничения в частных задачах синтеза. . . . . 5.2.3. Первая частная задача синтеза оптимальной стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . .

77 80 84 87 89 92 97 99 101 106 110 112 112 113 115 117 117 122 127 129 133 144 163 175 181 182 183 185 185 186 186 635

5.2.4. Вторая частная задача синтеза оптимальной стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . . 5.2.5. Третья частная задача синтеза оптимальной стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Примеры частных задач синтеза оптимальной стртры АСУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 6. МОДЕЛИ И ПРОЦЕСС ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В АСУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Проблема принятия решений в больших системах . . . 6.2. Процесс принятия решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Общая постанова задачи принятия решений . . . . . . . 6.4. Классифиация задач принятия решений . . . . . . . . . . 6.5. Одноритериальные задачи принятия решений. . . . . . 6.6. Принятие решений в словиях риса . . . . . . . . . . . . . . 6.7. Принятие решений в словиях неопределенности. . . . 6.8. Мнооритериальные задачи принятия решений. . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

188 190 190 196 197 198 200 203 204 206 209 211 213 230

РАЗДЕЛ 2. ПРИКЛАДНЫЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . 231 ГЛАВА 7. ВИДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1. Централизованное и децентрализованное правление. . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Иерархичесое правление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3. Основные типы иерархий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4. Формализация иерархичесих понятий . . . . . . . . . . . . 7.5. Принципы правления сложными системами . . . . . . . 7.6. Эратичесие системы правления . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.1. Особенности человео-машинных (эр атичесих) систем правления . . . . . . . . . 7.6.2. Инженерно-психоло ичесие проблемы создания и эсплатации эр атичесих систем правления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3. Специфиа анализа и синтеза эр атичесих систем правления . . . . . . . . . . . 7.6.4. Типовые противоречия в процессе создания новых эр атичесих систем правления . . . . . 7.7. Типовые оранизационные стртры правления производством . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636

231 231 234 238 246 257 277 277 279 282 286 290 292

ГЛАВА 8. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1. Автоматизированные системы правления предприятием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.1. Ор анизационная стртра предприятия . . . 8.1.2. Пример доментооборота предприятия . . . . 8.1.3. Фнциональная стртра АСУП . . . . . . . . . 8.1.4. Подсистема оперативно о правления основным производственным процессом. . . . 8.2. Автоматизированные системы правления технолоичесим процессом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1. Классифиация и харатерные особенности АСУТП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2. Стртра АСУТП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3. Гибие производственные системы (ГПС). . . 8.2.4. Особенности проетирования АСУТП . . . . . . 8.2.5. Порядо разработи АСУТП . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6. Особенности проетирования АСУТП различно о исполнения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.7. Автоматизированная система онтроля и ре лирования вращающихся печей . . . . . . 8.2.8. Система числово о про раммно о правления техноло ичесим обордованием NC-2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.9. АСУТП для резерваров с реа ентами цеха редих металлов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.10. Подсистема ACУ З-03P системы правления и защиты исследовательсо о ядерно о реатора ПИК . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Системы автоматизированноо проетирования . . . . . 8.3.1. Общие сведения о проетировании . . . . . . . . 8.3.2. Классифиация САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3. Системный подход  автоматизации проетирования и принципы ор анизации САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.4. Виды обеспечения САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.5. Математичесие модели проетиремых объетов в САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.6. Информационное обеспечение САПР . . . . . . 8.3.7. Про раммное обеспечение САПР . . . . . . . . . . 8.3.8. Техничесое обеспечение САПР . . . . . . . . . . . 8.3.9. Ор анизация взаимодействия онстртора с ЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.10. Стадии создания САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . .

293 294 294 296 297 299 302 305 309 314 320 322 325 329 344 354 363 381 382 387 391 393 399 407 410 419 429 433 637

5.2.4. Вторая частная задача синтеза оптимальной стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . . 5.2.5. Третья частная задача синтеза оптимальной стртры АСУ . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Примеры частных задач синтеза оптимальной стртры АСУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 6. МОДЕЛИ И ПРОЦЕСС ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В АСУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Проблема принятия решений в больших системах . . . 6.2. Процесс принятия решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Общая постанова задачи принятия решений . . . . . . . 6.4. Классифиация задач принятия решений . . . . . . . . . . 6.5. Одноритериальные задачи принятия решений. . . . . . 6.6. Принятие решений в словиях риса . . . . . . . . . . . . . . 6.7. Принятие решений в словиях неопределенности. . . . 6.8. Мнооритериальные задачи принятия решений. . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

188 190 190 196 197 198 200 203 204 206 209 211 213 230

РАЗДЕЛ 2. ПРИКЛАДНЫЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . 231 ГЛАВА 7. ВИДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1. Централизованное и децентрализованное правление. . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Иерархичесое правление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3. Основные типы иерархий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4. Формализация иерархичесих понятий . . . . . . . . . . . . 7.5. Принципы правления сложными системами . . . . . . . 7.6. Эратичесие системы правления . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.1. Особенности человео-машинных (эр атичесих) систем правления . . . . . . . . . 7.6.2. Инженерно-психоло ичесие проблемы создания и эсплатации эр атичесих систем правления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3. Специфиа анализа и синтеза эр атичесих систем правления . . . . . . . . . . . 7.6.4. Типовые противоречия в процессе создания новых эр атичесих систем правления . . . . . 7.7. Типовые оранизационные стртры правления производством . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636

231 231 234 238 246 257 277 277 279 282 286 290 292

ГЛАВА 8. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1. Автоматизированные системы правления предприятием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.1. Ор анизационная стртра предприятия . . . 8.1.2. Пример доментооборота предприятия . . . . 8.1.3. Фнциональная стртра АСУП . . . . . . . . . 8.1.4. Подсистема оперативно о правления основным производственным процессом. . . . 8.2. Автоматизированные системы правления технолоичесим процессом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1. Классифиация и харатерные особенности АСУТП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2. Стртра АСУТП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3. Гибие производственные системы (ГПС). . . 8.2.4. Особенности проетирования АСУТП . . . . . . 8.2.5. Порядо разработи АСУТП . . . . . . . . . . . . . . 8.2.6. Особенности проетирования АСУТП различно о исполнения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.7. Автоматизированная система онтроля и ре лирования вращающихся печей . . . . . . 8.2.8. Система числово о про раммно о правления техноло ичесим обордованием NC-2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.9. АСУТП для резерваров с реа ентами цеха редих металлов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.10. Подсистема ACУ З-03P системы правления и защиты исследовательсо о ядерно о реатора ПИК . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Системы автоматизированноо проетирования . . . . . 8.3.1. Общие сведения о проетировании . . . . . . . . 8.3.2. Классифиация САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3. Системный подход  автоматизации проетирования и принципы ор анизации САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.4. Виды обеспечения САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.5. Математичесие модели проетиремых объетов в САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.6. Информационное обеспечение САПР . . . . . . 8.3.7. Про раммное обеспечение САПР . . . . . . . . . . 8.3.8. Техничесое обеспечение САПР . . . . . . . . . . . 8.3.9. Ор анизация взаимодействия онстртора с ЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.10. Стадии создания САПР . . . . . . . . . . . . . . . . . .

293 294 294 296 297 299 302 305 309 314 320 322 325 329 344 354 363 381 382 387 391 393 399 407 410 419 429 433 637

8.4. Автоматизированные бановсие системы правления . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.1. Харатеристиа бановсой деятельности в РФ а предметной области информатизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2. Фнциональные задачи и модли автоматизированной бановсой системы. . . 8.4.3. Информационное обеспечение АБС. . . . . . . . 8.4.4. Про раммное обеспечение информационных техноло ий в банах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.5. Техничесое обеспечение . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.6. Учет межбановсо о взаимодействия при создании АБС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 9. ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОДСИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . 9.1. Математичесое обеспечение автоматизированных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2. Информационное обеспечение автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1. Процедры обработи информации . . . . . . . . 9.2.2. Ор анизация информационных процессов в системах правления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.3. Особенности новой информационной техноло ии правленчесой деятельности . . . 9.2.4. Базы данных и их системы правления . . . . . 9.2.5. Модели данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3. Прораммное обеспечение автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.1. Общее и специальное про раммное обеспечение . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.2. Паеты приладных про рамм автоматизированно о правления . . . . . . . . . . 9.3.3. Ор анизация разработи про раммных средств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4. Техничесое и технолоичесое обеспечение автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.1. Сетевой режим автоматизированной обработи эономичесой информации . . . . 9.4.2. Техноло ия использования автоматизированных рабочих мест . . . . . . . . . 9.4.3. Техноло ия использования паетов приладных про рамм . . . . . . . . . . . . 638

439 439 441 449 452 457 461 464 465 470 487 492 496 499 501 508 512

9.4.4. Техноло ия обработи тестовой информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.5. Техноло ия обработи табличной информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.6. Техноло ия использования автоматизированных банов данных. . . . . . . . 9.4.7. Интерированные технолоии в распределенных системах обработи данных . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.8. Техноло ия использования эспертных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5. Линвистичесое, оранизационно-методичесое, эрономичесое и правовое обеспечение автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.1. Особенности техноло ии взаимодействия пользователя с ЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.2. Типы диало а и формы е о реализации на ЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.3. Ор анизация диало овой техноло ии обработи данных на ПЭВМ. . . . . . . . . . . . . . 9.5.4. Ор анизационно-методичесое, эр ономичесое и правовое обеспечение автоматизированно о правления . . . . . . . . . . 9.6. Защита информации при автоматизированном правлении . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

552 555 559 564 571 579 580 584 589 594 595 602

Залючение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 Списо литератры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 Приложения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611

512 514 527 537 537 543 547 639

8.4. Автоматизированные бановсие системы правления . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.1. Харатеристиа бановсой деятельности в РФ а предметной области информатизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2. Фнциональные задачи и модли автоматизированной бановсой системы. . . 8.4.3. Информационное обеспечение АБС. . . . . . . . 8.4.4. Про раммное обеспечение информационных техноло ий в банах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.5. Техничесое обеспечение . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.6. Учет межбановсо о взаимодействия при создании АБС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ГЛАВА 9. ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОДСИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . 9.1. Математичесое обеспечение автоматизированных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2. Информационное обеспечение автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1. Процедры обработи информации . . . . . . . . 9.2.2. Ор анизация информационных процессов в системах правления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.3. Особенности новой информационной техноло ии правленчесой деятельности . . . 9.2.4. Базы данных и их системы правления . . . . . 9.2.5. Модели данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3. Прораммное обеспечение автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.1. Общее и специальное про раммное обеспечение . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.2. Паеты приладных про рамм автоматизированно о правления . . . . . . . . . . 9.3.3. Ор анизация разработи про раммных средств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4. Техничесое и технолоичесое обеспечение автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.1. Сетевой режим автоматизированной обработи эономичесой информации . . . . 9.4.2. Техноло ия использования автоматизированных рабочих мест . . . . . . . . . 9.4.3. Техноло ия использования паетов приладных про рамм . . . . . . . . . . . . 638

439 439 441 449 452 457 461 464 465 470 487 492 496 499 501 508 512

9.4.4. Техноло ия обработи тестовой информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.5. Техноло ия обработи табличной информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.6. Техноло ия использования автоматизированных банов данных. . . . . . . . 9.4.7. Интерированные технолоии в распределенных системах обработи данных . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.8. Техноло ия использования эспертных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5. Линвистичесое, оранизационно-методичесое, эрономичесое и правовое обеспечение автоматизированноо правления . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.1. Особенности техноло ии взаимодействия пользователя с ЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.2. Типы диало а и формы е о реализации на ЭВМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.3. Ор анизация диало овой техноло ии обработи данных на ПЭВМ. . . . . . . . . . . . . . 9.5.4. Ор анизационно-методичесое, эр ономичесое и правовое обеспечение автоматизированно о правления . . . . . . . . . . 9.6. Защита информации при автоматизированном правлении . . . . . . . . . . . . . . Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

552 555 559 564 571 579 580 584 589 594 595 602

Залючение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 Списо литератры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 Приложения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611

512 514 527 537 537 543 547 639