МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ

Информационный менеджмент

ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ

3

Понятие системы

Система – совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных единством цели (или назначения)и функциональной целостностью.

Любая система образуется в результате взаимодействия составляющих ее элементов, причем это взаимодействие придает системе новые свойства, отсутствовавшие у отдельно взятых элементов.

Элемент — это некоторый объект(материальный, энергетический, информационный), обладающий рядом важных свойств,реализующий определенную функцию системы,внутренняя структура которого не рассматривается.

4

Целостность системыОсновной общий признак, который обычно стремятся явно

или хотя бы неявно выразить во всех определениях понятия системы – это целостность совокупности элементов системы.Целостность представляет собой многоаспектное явление.

Интегрированность – сплоченность частей в целое, в результате которой проявляются качественно иные (новые) свойства системы, отличные от свойств отдельных элементов, но характерныедля системы в целом.

Интегрированность проявляется также в функциональной ориентированности взаимодействий элементов системы на сохранение и развитие целостности путем снятия актуальных противоречий системы.

5

Обособленность системы

Существенным признаком целостности является относительная обособленность системы от окружающей среды.

Среда (внешняя среда) – множество объектов вне данной системы.

Обособленность системы от среды –наличие некоей внешней границы, отделяющей систему от среды, обусловленной функциональной выделенностью системы из среды.

Часто выделяют ближнюю среду – подмножество объектов, оказывающих существенное влияние на систему и/или испытывающих ее воздействие.

Контакты со средой осуществляются избирательно,что позволяет обмениваться со средой веществом, энергией и информацией, не смешиваясь со средой и сохраняя качественную индивидуальность системы.

ПОНЯТИЕ МОДЕЛИ

7

Понятие моделиВ наиболее общей формулировке можно использовать

следующее определение модели:

Важнейшим качеством модели является то, что она дает упрощенный образ, отражающий не все свойства прототипа, а только те, которые существенны для исследования.

От остальных (несущественных) свойств прототипапри построении модели исследователь абстрагируется.

Модель — это объект, который имеет сходство с прототипом и служит средством описания и/или объяснения, и/или прогнозирования поведения прототипа.

8

МоделированиеМоделирование — процесс исследования реальной системы, включающий построение модели, изучение ее свойств и перенос полученных сведений на моделируемую систему.

Общие функции моделирования – описание, объяснение и прогнозирование поведения реальной системы.

Типовые цели моделирования:• определение свойств системы;• поиск оптимальных или близких к оптимальным решений;• оценка эффективности решений;• установление взаимосвязей между характеристиками системыи т.д.

9

Классификация моделей

В зависимости от типа носителя и характеристических признаков модели различаются следующие виды моделирования:• детерминированное и стохастическое;• статическое и динамическое;• непрерывное и дискретно-непрерывное.

10

Детерминированное и стохастическое моделирование

Детерминированное моделирование отображает процессы,в которых предполагается отсутствие случайных воздействий.

Например, модель идеального маятника предполагает отсутствие трения и сопротивления среды. Период колебаний идеального маятника зависит только от длины подвеса и не зависит от каких-либо других внешних факторов.

Стохастическое моделирование учитывает вероятностные процессы и события.

Классический пример вероятностного эксперимента –подбрасывание монеты с двумя равновероятными исходами. В общем случае число возможных исходов может быть как конечно, так и бесконечно, а их вероятности – одинаковы или различны.

11

Статическое и динамическое моделирование

Статическое моделирование служит для описания состояния объекта в фиксированный момент времени, либо для описания объекта, состояние которого во времени не изменяется.

К статическим моделям можно отнести, например, расчеты на прочность статических конструкций зданий и сооружений.

Динамическое моделирование служит для исследования объекта во времени.

Частный случай динамического моделирования –исследование временных рядов.

Временной ряд представляет собой набор значений некоторого свойства исследуемого объекта, полученных через равные промежутки времени.

12

Функциональная модель

Функциональная модель – описывает совокупность выполняемых системой функций, характеризует морфологию системы – состав функциональных подсистем, их взаимосвязи.

Пример – функциональная модель предприятия,в которой отделы предприятия выделены по их функциям: отдел кадров (управление персоналом), бухгалтерия (ведение бухгалтерского учета), планово-финансовый отдел (планирование и управление финансовыми потоками), инженерная служба (эксплуатация помещений), научно-исследовательская часть и т.д.

13

Информационная модель

Информационная модель – отражает отношения между элементами системы в виде структур данных (состав и взаимосвязи).

Информационная модель предприятия отражает документооборот предприятия, а именно: на какой стадии информационного процесса в каком отделе с какой периодичностью в каких объемах создаются какие документы, как обрабатываются, где накапливаются, куда направляются и т.д.

14

Поведенческая модель

Поведенческая (событийная) модель – описывает информационные процессы, протекающие в системе, динамику функционирования системы.

В ней фигурируют такие категории, как:• состояние системы;• событие;• переход из одного состояния в другое;• условия перехода;• последовательность событий.

15

Процесс моделирования

Особенно велико значение моделирования в системах, где натурные эксперименты невозможны по целому ряду причин: сложность, большие материальные затраты, уникальность, длительность эксперимента. Так, нельзя «провести войну в мирное время», натурные испытания некоторых типов систем связаны с их разрушением, для экспериментальной проверки сложных систем управления требуется длительное время и т.д.

16

Применение моделейМожно выделить три основные области применения моделей:

обучение, научные исследования, управление.При обучении с помощью моделей достигается высокая

наглядность отображения различных объектов и облегчается передача знаний о них. Это в основном модели, позволяющие описать и объяснить систему.

В научных исследованиях модели служат средством получения, фиксирования и упорядочения новой информации, обеспечивая развитие теории и практики.

В управлении модели используются для обоснования решений. Такие модели должны обеспечить как описание, так и объяснение и предсказание поведения систем.

МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ

18

Понятие структуры системы

Нельзя изучить закономерности поведения самой системы, изучая только закономерности поведения ее элементов, поскольку система обладает свойствами, новыми по отношению к свойствам ее структурных элементов.

Эти новые свойства обусловлены не только свойствами самих структурных элементов данной системы, но и зависят от их взаимодействия как с другими элементами, так и во многих случаях с внешней средой.

19

Понятие структуры системыКомпонентный состав системы – совокупность элементов системы

Структура системы – совокупность образующих систему элементов и связей между ними

Связи (виды отношений) между элементами играют существенную роль в структуре системы.

Так, изменяя связи при сохранении элементов, можно получить другую систему, обладающую новыми свойствами или реализующую другой закон функционирования.

20

Модель «черного ящика»Самым простым и абстрактным уровнем описания системы

является модель «черного ящика». Модель отражает два важных и существенных ее свойства: целостность и обособленность от среды. Предполагается, что выделенная система связана со средой через совокупность входов и выходов.

Выходы модели описывают результаты деятельности системы, а входы – ресурсы и ограничения.

При этом предполагается, что мы ничего не знаем и не хотим знать о внутреннем содержании системы.

21

Модель состава системыПростота и доступность моделей «черного ящика» и состава

позволяет решать с их использованием множество практических задач. Вместе с тем для более детального (глубокого) изучения систем необходимо устанавливать в модели состава отношения (связи) между элементами.

Декомпозиция внутренней структуры черного ящика на более мелкие составляющие (подсистемы, отдельные элементы) позволяет строить модель состава системы.

22

Модель структуры системы

Описание системы через совокупность необходимых и достаточных для достижения целей отношений между элементами назовем моделью структуры системы.

ПОНЯТИЕ ЦЕЛИ

24

Понятие целиОдной из важнейших характеристик систем,

особенно искусственных, является целеориентированныйхарактер их деятельности.

Цель — это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния.

Цель может задаваться требованиямик показателям результативности, ресурсоемкости, оперативности функционирования системылибо к траектории достижения заданного результата.

25

Проблемная ситуация

В Большом энциклопедическом словаре цель определяется как идеальное, мысленное предвосхищение результата деятельности.

В Большой Советской Энциклопедии цель определяется как «заранее мыслимый результат созидательной деятельности человека».

Несоответствие между существующим и требуемым (целевым) состоянием системы при определенном состоянии внешней среды (например, неудовлетворенности, неэффективности) называется проблемной ситуацией.

26

Классификация целей

Выбор того или иного класса целей зависит от характера решаемой проблемы. Очевидно, что при определении целей необходимо исходить из общественных интересов системы. При этом формулировка целей может выражаться как в качественной, так и в количественной форме, должна быть четкой и компактной, носить повелительный характер.

27

Классификация целей

Количественная цель обязательно имеет, кроме значения, единицу измерения, и может быть выражена как абсолютной (масса, объем, длина, скорость, концентрация, денежная сумма), так и относительной (процент, удельная доля, соотношение) величиной.

Примерами качественных целей могут служит такие формулировки, как «улучшить показатели», «ускорить развитие», «обеспечить …» (наступление некоторого события) и т.д., относящиеся к характеристикам системы, которые трудно измерить непосредственно или принципиально невозможно задать количественно.

28

Классификация целей

Конечная цель может быть выражена как в качественной, так и в количественной форме. Количественное значение может быть задано заранее либо неизвестно (например, минимум или максимум некоторой функции).

Примером бесконечной цели может служить принципиально недостижимая удаленная точка. Например, условиями получения теоретически максимального выхода аммиака по реакции азота с водородом в соответствии с равновесной химической реакцией N2+3H2=2NH3+Q являются абсолютный ноль температуры и бесконечное давление.

29

Классификация целей

По отношению к состоянию целей система может находиться в двух режимах: функционирования и развития.

В первом случае считается, что система полностью удовлетворяет потребности внешней среды и процесс перехода ее и ее отдельных элементов из состояния в состояние происходит при постоянстве заданных целей.

Во втором случае считается, что система в некоторый момент времени перестает удовлетворять потребностям внешней среды и требуется корректировка прежних целевых установок.

30

Формирование целей

Формирование целей является комплексным и сложным процессом. Одна из причин подобных трудностей состоит в том, что между целью (абстрактной и конечной моделью) и реальной системой нет и не может быть однозначного соответствия: для достижения заданной цели могут быть избраны разные средства.

С другой стороны, заданную реальную систему можно использовать и для других целей, прямо не предусмотренных при ее создании.

В инженерной практике момент постановки целей (формулировки технического задания) — один из важнейших этапов создания систем. Обычно же цели уточняются итеративно, с многократными изменениями и дополнениями.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

32

Контрольные вопросы• Понятие системы. Понятие внешней среды.• Состав систем. Подсистемы и элементы.• Свойства систем.• Понятие модели.• Классификация моделей.• Информационные модели.• Функциональные модели.• Типовые цели и области применения моделирования.• Понятие структуры системы.• Модели состава и структуры системы.• Понятие цели.• Классификация целей.