Метод декомпозиции сложных систем

Методы декомпозиции позволяют осуществить последовательное расчленение системы на подсистемы, которые, в свою очередь, могут быть разбиты на составляющие их части. Если полученные в результате декомпозиции подсистемы неэлементарны, т. е. не доступны на данном уровне описания для использования, то необходимо осуществить их дальнейшее разбиение. Разбиение системы на подсистемы в общем случае может быть выполнено неоднозначным образом и определяется составом используемых признаков декомпозиции (оснований декомпозиции) и порядком их применения.

В качестве оснований декомпозиции сложных систем предлагается использовать так называемые стандартные модели, которые описывают некоторые инвариантные характеристики некоторого класса систем [3,9]. Рассмотрим стандартные модели, которые могут использоваться при построении содержательной модели системы, относящейся к классу организационно-технологических объектов. К этому классу относятся предприятия, организации, учреждения, автоматизированные системы управления и т. д.

В самом общем виде модель системы может быть представлена в виде совокупности «система — окружающая среда» и связей между ними (см. рис. 2.9).

Рис. 2.9. Модель системы на уровне «входов — выходов»

Модель включает 4 агрегированные связи, характеризующие направленные вещественные, энергетические и информационные потоки. При моделировании реальных систем в большинстве случаев связь, отмеченная на рис. 2.9 пунктирной линией, является несущественной и поэтому далее не рассматривается.

Для многих задач исследования и управления целесообразно представление системы в виде совокупности «система управления — объект управления» (см. рис. 2.10).

Рассмотрим стандартные модели для объекта управления и системы управления.

Стандартные модели для декомпозиции объекта управления (ОУ):

• 1. Выделение в ОУ подсистем социальной деятельности: «производство», «население» (коллектив), «природа» (см. рис. 2.11).
• 2.

Рис. 2.11 Модель основных подсистем социальной деятельности

Подсистема «Производство» осуществляет процесс создания конечного продукта. Подсистема «Коллектив» включает исполнителей (трудовые ресурсы), рассматриваемых с социальных позиций. Подсистема «Природа» включает в себя природоохранные (экологические) процессы. В процессе функционирования и развития эти подсистемы обмениваются вещественными, энергетическими и информационными потоками как между собой, так и с подсистемами окружающей среды.

2. Выделение основного производства (процесса) и вспомогательного производства.

Декомпозиция на указанные части может быть целесообразна либо для ОУ, рассматриваемого в целом, либо для подсистем производства.

Подсистему производства образуют технологический процесс и вспомогательное производство, обеспечивающее основной процесс оборудованием, транспортом и т. д., а также проводящее ремонтное, строительное и другое производственное обслуживание технологического процесса.

3. Выделение подсистем, соответствующих «жизненному циклу» конечного продукта (см. рис. 2.12) [2].

Рис. 2.12 Модель жизненного цикла конечного продукта

• 4. Декомпозиция ОУ (подсистемы ОУ) по составу подсистем — производителей отдельных конечных продуктов. Здесь предполагается, что каждому продукту соответствует определенная подсистема — производитель этого продукта.
• 5. Выделение стадий производства конечного продукта, соответствующих технологически законченным процессам. В работе [9] выделены типовые элементы, из которых конструируются реальные технологические сети (см. рис. 2.13):
  • а) последовательная структура;
  • б) расходящаяся структура;
  • в) сходящаяся-расходящаяся структура;
  • г) структура с реверсом (рециклом).

Стадии производства и их соединение образуют технологическую сеть.

Рис. 2.13 Типовые технологические сети

6. Выделение структурных элементов подсистем и их взаимосвязей (рис. 2.14).

Рис. 2.14 Модель структуры системы (подсистемы)

В объекте управления в целом и в отдельной подсистеме протекает процесс производства некоторых конечных продуктов (КП) из предметов деятельности (ПД). Производство КП осуществляется работниками — исполнителями или кадрами (К) и средствами деятельности (СД) — инструментами, оборудованием. Множество таких элементов для конкретной системы предполагается конечным. Взаимодействие структурных элементов образует технологию производства. Предметы деятельности, средства деятельности и кадры в виде ресурсов поступают из окружающей среды или от других подсистем системы. Здесь предполагается, что в процессе функционирования и развития используемые в системе средства деятельности и исполнителей требуется периодически заменять и усовершенствовать.

На рис. 2.15 — 2.18 приведены модели структур для различных подсистем социальной деятельности: «производство», «коллектив», «природа», «управление».

Рис. 2.15 Модель структуры подсистемы «производство»

Рис. 2.16 Модель структуры подсистемы «коллектив»

Рис. 2.17 Модель структуры подсистемы «природа»