1. Отсутствие математического описания и необходимость его разработки для решения задач управления.
2. Нестационарность, вызванная сложностью объекта управления и проявляющаяся в дрейфе характеристик системы, в изменении ее параметров, в эволюции объекта управления и управляющей системы во времени.
3. Стохастичность поведения, вызванная не столько наличием каких-то специальных случайных помех в системе, сколько (в силу ее сложности) неизбежным обилием всякого рода второстепенных ( с точки зрения целей управления, разумеется) процессов.
4. Уникальность и непредсказуемость поведения системы в конкретных условиях, невоспроизводимость экспериментов, проявляющиеся в различной реакции объекта управления на одну и ту же ситуацию или управляющее воздействие в различные моменты времени (сложный развивающийся объект управления и сама управляющая система все время как бы перестают быть сами собой). Но в то же время наличие у управляющей системы и объекта управления свойств эквифинальности и предела потенциальной эффективности при имеющихся ресурсах (элементах, их свойствах) и характерных для системы структурных связях.
5. Способность адаптироваться к изменяющимся условиям как по отношению к внешним и внутренним помехам, нарушающим нормальное функционирование системы, так и к управляющим воздействиям (негативность к управлению), что обусловлено наличием активных элементов в системе.
6. Способность и стремление к целеобразованию: в отличии от замкнутых (закрытых технических) систем, которым цели задаются извне, в открытых системах с активными элементами цели формируются внутри системы, и если не организовать в системе процесс целеобразования, базирующийся на взаимодействии внешних и внутренних факторов, то цели (если их пытаться навязать системе, как внешние требования подобно техническим замкнутым системам) не будут выполнять своей активной роли в управлении АС.
7. Способность изменять свою структуру, сохраняя целостность, формировать варианты поведения, а также противостоять энтропийным, разрушающим систему тенденциям, что обусловлено отсутствием у систем с активными элементами, стимулирующими обмен материальными, энергетическими и информационными продуктами со средой, закономерности возрастания энтропии.
8. Неоднозначность таких понятий, как "система» и "подсистема", "цель» и "средство", объясняющаяся закономерностями коммуникативности (у любой системы имеется надсистема и подведомственная по отношению к ней система, с которой она взаимодействует) и иерархичности (основное свойство иерархической системы состоит в том. что каждый уровень является подсистемой по отношению к вышележащему и системой по отношению к нижележащему и соответственно средством по отношению к вышележащему и целью по отношению к нижележащему уровню).
Принципиально важным фактом является то, что АОС, так же как и АСУ, обладают всеми указанными выше особенностями и закономерностями и необходимо должны быть отнесены к классу систем, обозначенных термином "автоматизированные системы". Это в свою очередь означает, что на АОС должна быть распространена методология комплексного системного проектирования, разрабатываемая в рамках системотехники.
В соответствии с системным подходом в системотехнике определено, что проектирование АС должно охватывать единой методологией решение следующего круга задач [83, С.123]:
1) разработку структуры и функций вещественной, энергетической и информационной основы системы;
2) технологических процессов и процессов получения ее "продукта";
3) средств обслуживания и обеспечения;
4) методов и технических средств взаимодействия с окружающей средой и в первую очередь с "потребляющей» системой;
5) организации функционирования, включая методы и технические средства получения и обработки управляющей и учетно-отчетной информации, правил и процедур, определяющих деятельность людей – как членов АС, так и пользователей ее "продукта".
Не преследуя целей полномасштабного анализа различных концепций проектирования, в соответствии с современной методологией комплексного системного проектирования, кратко рассмотрим основные его этапы в целях выявления их содержания и перечня решаемых задач. Здесь под термином "проектирование» будем понимать технологию проведения проектных работ. Методология проектирования (технологии проведения проектных работ), как и методология любой другой технологии, включает в себя: декомпозицию процесса проектирования на отдельные взаимосвязанные и подчиненные составляющие – стадии, этапы, фазы, операции; алгоритмизированную последовательность реализации этих составляющих в соответствии с целями проектирования; детерминированность предписаний (инструкций) по выполнению отдельных стадий и этапов проектирования, формализуемую в руководящей документации по проведению проектных работ.
В существующей системе выполнения проектных работ отчетливо различаются две стороны одного и того же процесса формирования проекта АС:
– первая сторона является отображением результатов выполнения проектных работ для наблюдателя, не участвующего в проектировании системы, и определяет последовательность стадий формирования конечного варианта проекта АС, который предназначен к практической реализации (формальная последовательность стадий разработки АС);
– вторая сторона является отображением процесса проектирования непосредственно для проектировщиков и определяет итерационную последовательность их действий по обоснованию и разработке проектных решений, которые наиболее полно отвечают выдвинутым требованиям (неформальная последовательность этапов разработки АС).
Первая сторона проектирования АСУ как одного из видов АС регламентируется ГОСТ [2, 3, 4] и ОРММ [86, 87], обязательными в части состава, содержания и порядка выполнения работ для всех организаций, разрабатывающих и внедряющих АСУ. ГОСТ [3, 4] устанавливает следующие стадии создания АСУ:
1. Исследование и обоснование создания автоматизированной системы (АС) – обследование автоматизируемого объекта, разработка и оформление требований к системе.
2. Техническое задание – научно-исследовательская работа, разработка аванпроекта, разработка технического задания на АСУ.
3. Эскизный проект – разработка предварительных решений по выбранному варианту АСУ и отдельным видам обеспечения.
4. Технический проект – разработка окончательных решений по общесистемным вопросам; разработка решений по организационному, техническому, информационному, лингвистическому, программному, методическому обеспечению; разработка и выбор алгоритмов автоматизируемой деятельности; согласование решений по связям видов обеспечения.
5. Рабочая документация – разработка рабочей документации по видам обеспечения; разработка проектно-сметной строительной документации; разработка и адаптация программ и программных средств.
6. Изготовление несерийных компонентов комплекса средств автоматизации (КСА) – изготовление, автономная отладка и испытание компонентов КСА.
7. Ввод в действие – подготовка организации к вводу АСУ в действие, обучение персонала пользователя, комплектация АСУ, строительно-монтажные работы, комплексная отладка АСУ, проведение приемочных испытаний, устранение замечаний, ввод АСУ в промышленную эксплуатацию.
Собственно процесс проектирования ограничен первыми пятью стадиями создания АСУ, шестая и седьмая стадии посвящены реализации и материализации принятых на первых пяти стадиях проектных решений. Определение приведенной выше последовательности стадий разработки АСУ как формальной необходимо понимать только в том смысле, что данная детерминированная последовательность фаз создания АСУ официально закреплена обязательной к исполнению всеми проектными организациями, занимающимися созданием АСУ. Формально закрепленная необходимость соблюдения приведенной выше последовательности стадий создания АСУ имеет глубокий неформальный смысл: первые пять стадий создания АСУ определяют пять ступеней формализации объекта проектирования, пять звеньев цепи последовательного отображения любого объекта для представления его в виде программного продукта (объект – концепция, концепция – формальное рассуждение, формальное рассуждение – математическая модель, математическая модель – алгоритм, алгоритм – программный продукт). Именно данная цепь последовательных отображений проектируемого объекта и закреплена соответствующими руководящими документами.
Практическая ценность указанной последовательности формальных стадий проектирования состоит в том, что она в максимально возможной степени обеспечивает как линейность и разветвленность, так и достаточную адаптивность проектирования системы.
В идеале заданная стратегия проектирования как определенная последовательность действий проектировщиков по преобразованию исходного технического задания в готовый проект должна быть линейной, т.е. состоять из цепочки последовательно выполняемых действий (стадий, этапов), в которой каждое действие зависит от исхода предыдущего, но не зависит от результатов последующих действий. Если после получения результатов на одной из стадий приходится возвращаться к одной из предыдущих стадий проектирования, стратегия становится цикличной. Самой страшной опасностью в этом случае становится бесконечная петля или "порочный круг", из которого не удается выбраться иначе, как изменив структуру решаемой проектировщиками задачи. Когда действия проектировщика не зависят одно от другого, может иметь место разветвленная стратегия. В нее могут входить параллельные этапы, очень выгодные в том отношении, что позволяют увеличить количество людей, одновременно работающих над задачей проектирования системы и конкурирующие этапы, которые позволяют в определенной степени видоизменять стратегию в соответствии с исходом предыдущих этапов. Адаптивные стратегии отличаются тем, что в них с самого начала определяется только первое действие. В дальнейшем выбор каждого действия зависит от результатов предшествующего действия. В принципе это самая разумная стратегия, поскольку схема поиска проектных решений определяется на основе наиболее полной информации. Ее недостаток состоит в невозможности предвидеть и контролировать затраты и сроки выполнения проекта, планировать действия проектировщиков.
Методология комплексного системного проектирования сочетает в себе черты всех вышеперечисленных стратегий и с данных позиций представляет собой методологию управления стратегией проектирования, или самоорганизующуюся систему проектирования, предназначенную для оценки стратегии в целом в соответствии с внешними критериями и промежуточными результатами самой этой стратегии. Основной ее целью, формально выраженной в приведенной последовательности стадий проведения проектных работ, является увеличение линейности и уменьшение цикличности проектирования. Линейность проектирования предполагает, что все важнейшие проблемы можно обнаружить с самого начала выполнения проектных работ. Однако, полной линеаризации всякой разработки АСУ мешает непредсказуемость зависимостей между характером решения отдельных задач проектирования. Как показал Лакмен [39, С.265-269], схема зависимостей между подпроблемами одной проблемы носит непостоянный характер и находится в зависимости от выбора частных решений каждой подпроблемы. В связи с этим структура проблемы проектирования АСУ остается неустойчивой до тех пор, пока не будут приняты принципиальные решения по проекту. Методология комплексного системного проектирования путем установления пяти основных стадий проектирования, соответствующих отображению проектируемого объекта средствами той или иной логики, предполагает формулировку принципиальных проектных решений на каждой стадии разработки проекта. Тем самым цикличность проектирования ограничена рамками одной отдельной стадии разработки проекта. а переход от предыдущей стадии к последующей имеет строго линейный характер. Одновременно применение системного подхода обеспечивает разветвленный характер проектирования, что наиболее ярко отражается в одновременной разработке всех видов обеспечения АСУ. Адаптивный характер комплексного системного проектирования наиболее полно проявляется в неформальной последовательности этапов разработки АСУ.
Таким образом, ГОСТ [2, 3, 4] регламентирует требования к АСУ в целом и различным видам ее обеспечения, последовательность стадий создания АСУ, состав и содержание работ по стадиям создания, общие требования к оформлению отчетной документации. ОРММ [86, 87] в свою очередь более полно раскрывают требования ГОСТ [3, 4], определяют порядок оформления и содержание отчетной и организационно-распорядительной документации, организацию выполнения проектных работ, их планирование и проведение. Иными словами, руководящие документы [2, 3, 4, 86, 87], которые регламентируют формальную последовательность стадий разработки АСУ, дают четкие ответы на вопросы о том, что необходимо делать, в какой последовательности и как грамотно оформить сделанное.
Ответ на вопрос о том. как сделать необходимое, определяет вторая, неформальная последовательность этапов проектирования системы, которую реализуют "в виде последовательных итераций, уточняя и детализируя результаты по мере расширения знаний о системе на различных формальных стадиях проектирования» [63, С.25]. Неформальная последовательность этапов проектирования составляет процесс комплексного системного проектирования, который включает следующие фазы создания проекта на любой из формальных стадий проектирования [83, С.121]: формулировку проблемы, замысел, исследование возможностей, разработку и конструирование. Фазы формулировки проблемы, замысла и исследования возможностей составляют этап так называемого макропроектирования (внешнего проектирования, системного проектирования), а фазы разработки и конструирования внутрисистемных элементов – этап микропроектирования (внутреннего проектирования, основного проектирования).
При макропроектировании в максимальной степени применяется методология системного анализа. Локализуется сама разрабатываемая система; выявляются факторы внешней среды, влияющие на систему или находящиеся под ее влиянием; определяются входные воздействия, на которые она должна реагировать, и связь ее выходов с внешней средой; устанавливается требуемая реакция системы на входные воздействия; определяется цель ее функционирования, критерии эффективности и системные ограничения. Иными словами, это этап выяснения взаимодействия системы с внешней средой, "на котором определяется, что и зачем будет делать система и почему она должна действовать так, а не иначе» [63, С.22].
Микропроектирование определяет содержание самой системы, "оно отвечает на остальные системные вопросы: как, какими методами, способами и средствами будет выполнять система свои функции, кто, где и когда будет выполнять необходимые для этого операции и процедуры» [63, С.23].
В соответствии с методологией комплексного системного проектирования на любой из формальных стадий проектирования разработку АС или любой ее подсистемы (вида обеспечения, функции и т.д.) необходимо начинать с макропроектирования, предъявляя максимальные требования к рассматриваемой системе и игнорируя возможные внутренние ограничения, как если бы она обладала идеальными возможностями бесконечной мощности (фазы формулировки проблемы и замысла). Затем определяют, можно ли удовлетворить эти требования известными методами и техническими средствами независимо от того, располагает ли разработчик такими возможностями в настоящий момент. При положительном прогнозе оценивают реальность использования этих методов и средств в системе. Если имеются значительные трудности, выясняют, какие наиболее близкие по характеристикам реально допустимые средства могут быть использованы, в какой степени при этом видоизменяются требования к системе и являются ли видоизмененные требования приемлемыми для обеспечения необходимой эффективности АС. Вышеперечисленные действия разработчиков составляют содержание фазы исследования возможностей. Если в результате исследования возможностей получен положительный ответ, то замысел принимается к дальнейшей реализации и переходят к этапу микропроектирования системы. При отрицательном ответе необходимо либо корректировать замысел, либо искать пути преодоления возникших затруднений в рамках исходного замысла системы. В любом случае нельзя идти от обратного, т.е. определять характеристики системы по тем возможностям, которые есть в распоряжении разработчиков. В результате анализа современной методологии и практики проектирования АС [11, 13, 19, 20, 21, 27, 30, 31, 34, 38, 63, 71, 78, 80, 83, 84, 86, 87, 108, 114,] можно выделить следующие характерные черты, а также последовательность и содержание задач макропроектирования.
"До сих пор макроуровень проектирования является скорее искусством, чем основанным на инженерных расчетах процессом» [63, С.31]. Это объясняется наличием большого числа неформальных связей системы управления с внешней средой. Существенное влияние оказывают слабо регламентируемый человеческий фактор, отсутствие строго сформулированных критериев, трудность выявления большого числа ограничений, выделения из них наиболее существенных. "Вместе с тем произвольное толкование важнейших вопросов идеологии работы системы, субъективизм при их решении недопустимы» [63, С.32]. Созданные модели, в большей или меньшей степени формализованные, обеспечивают применение методологии системного анализа, облегчают анализ системы на уровне логики и здравого смысла, формализуя результаты изучения существующей или исходной гипотетической системы, подлежащей автоматизации.
Макропроектирование системы в соответствии с методологией системного подхода можно условно разделить на три фазы: анализ (формулировка проблемы), синтез (замысел) и оценку (исследование возможностей). "Простыми словами эти три этапа можно определить соответственно как "расчленение задачи на части", "соединение частей по-новому» и "изучение последствий от практического внедрения нового устройства"» [39,С.91]. Большинство специалистов по теории проектирования сходятся на том, что эти фазы в процессе макропроектирования проходятся многократно, при этом каждый следующий цикл их реализации отличается от предыдущего большей детализацией и меньшей общностью. Наиболее ярко этот процесс появляется при реализации формальных стадиях проектирования АС в соответствии с методологией комплексного системного проектирования. Макропроектирование системы начинается с анализа исходной проектной ситуации (формулировки проблемы), которая включает в себя по крайней мере три основных раздела [38, C.20-23]:
1) определение целей создания АС и круга решаемых ею задач;
2) описание действующих на АС факторов, подлежащих обязательному учету при разработке;
3) выбор показателя или системы показателей оценки эффективности АС.
В соответствии с методологией системного анализа формулировка проблемы начинается с выявления глобальной цели или общей цели, которая преследуется при создании новой АС. Отказ от уяснения глобальной цели разработки не позволяет выполнить проектирование наилучшим образом: заставляет разработчиков при выборе возможных вариантов ориентироваться лишь на собственные цели, связанные, как правило, со стремлением минимизировать расход временных, материальных и людских ресурсов. В результате уяснения глобальной цели можно выявить единственную цель или несколько разных целей, которые преследуются одновременно. "В общем случае цели и задачи систем определяются исходя из потребностей практики, тенденций и особенностей развития современной техники, а также экономической целесообразности. В настоящее время нет возможности указать какие-либо формальные правила для решения этого вопроса, за исключением, может быть, понимания роли проектируемой системы, опыта применения существующих систем аналогичного типа и инженерной интуиции» [38, C.21]. Основным условием правильной формулировки целей создания любой АС является обоснованная локализация проектируемой системы, определение ее границ.
Описание действующих на АС факторов, подлежащих обязательному учету при разработке также базируется на принятой концептуальной модели системы. В соответствии с методологией системного анализа на базе этой концептуальной модели должны быть выделены те связи с внешней средой, которые являются наиболее существенными и которые необходимо учитывать при проектировании, а также задано приближенное описание этих связей. Для описания связей может быть использован как опыт эксплуатации аналогичных систем, так и данные, полученные в результате специально организованных экспериментальных исследований.
Выбор показателя или системы показателей оценки эффективности АС должен наиболее полно характеризовать степень приспособленности системы к выполнению поставленных перед нею задач, ее соответствие заданному целевому назначению. Этот показатель (систему показателей) принято называть критерием, т.е. "показателем, который признается лицом, принимающим решение, важным в отношении поставленной цели, является общим для всех допустимых решений и характеризует общую ценность решения таким образом, что по нему стремятся получить наиболее предпочтительную оценку» [83, С.148]. Характер выбранного показателя или системы показателей определяет основные направления в поиске свойств системы, обеспечивающих оптимальный характер выполнения поставленных перед нею задач.
Проводимое в процессе формулировки проблемы (анализа системы) исследования исходной проектной ситуации предполагает расширение ее границ с целью обеспечения достаточно обширного и плодотворного пространства для поиска решений. Фаза анализа исходной проектной ситуации (формулировки проблемы) характеризуется следующими чертами [39,С.92]:
1. Цели проектирования неустойчивы и условны.
2. Границы задачи проектирования неустойчивы и неопределенны.
3. Оценка возможных проектных решений откладывается на будущее: все, что может иметь отношение к решению задачи проектирования, принимается во внимание, как бы сильно одно положение ни противоречило другому.
4. Тактико-техническое задание, полученное от заказчика, принимается за отправную точку исследования, но при этом считается, что задание может подвергаться изменениям и развитию.
5. Задача проектировщиков заключается в сознательном увеличении своей неуверенности, в освобождении от заранее заданных решений, в изменении стратегии мыслительной деятельности на основе массива данных, которые выявлены в процессе исследования исходной проектной ситуации и могут иметь отношение к решению задачи проектирования.
6. Одной из задач этапа анализа исходной проектной ситуации является изучение реакции заказчиков, потребителей на смещение целей и границ задачи проектирования в различных направлениях и в различном объеме. Целью данного изучения является проверка на устойчивость всего, что имеет отношение к решению задачи проектирования, выявление у лиц принимающих решение, тех параметров исходной проектной ситуации, которые могут быть подвергнуты изменению, и тех, которые должны быть приняты за неподвижную точку отсчета.
После формулировки проблемы макропроектирование системы переходит в следующую фазу – фазу замысла. Данная фаза макропроектирования системы является решающей для определения идеологии работы АС, что особенно важно для разработки систем, не имеющих аналогов. При макропроектировании "вначале представляют замысел на методологическом уровне, в форме словесного описания, а затем разрабатываются теоретические или прикладные модели» [20, С.17]. Замысел есть целостное представление о проектируемом объекте, которое затем в процессе проектирования детализируется и расчленяется на отдельные составляющие. Необходимо отметить, что "попытки усовершенствовать отдельные части могут разрушить эту целостность и, будучи сами по себе более совершенными, такие части могут не улучшить, а ухудшить характеристики всего объекта проектирования» [20, С.18]. Поэтому сохранение замысла как целостного представления об объекте проектирования должно обеспечиваться на всех стадиях и этапах проектных работ. Замысел может корректироваться и усовершенствоваться только в пределах принятой концептуальной модели проектируемого объекта, при этом следствия произведенных корректур должны прослеживаться на всех уровнях и во всех аспектах членения проектируемой системы.
Словесное описание системы в процессе формирования замысла может быть дополнено принципиальной генеральной схемой проектируемой системы, концентрированно отображающей идеологию ее построения и функционирования. Пока не существует формального аппарата, который можно было бы использовать для достаточно строгой регламентации процесса формирования замысла. Его приходится формировать на основе знания основных закономерностей области применения проектируемой системы, логики, здравого смысла, опыта и искусства участников разработки. Важнейшее значение при формировании замысла имеет учет закона "необходимого разнообразия» Эшби и закономерности потенциальной эффективности систем Флейшмана, соблюдение которых обеспечивает эффективность проектируемой системы. Данные закономерности соответственно утверждают, что для эффективного управления "разнообразие» управляющей системы должно быть больше или, по крайней мере, равно "разнообразию» объекта управления и что из элементов или процессов, обладающих определенными свойствами, при принятых правилах их взаимодействия принципиально невозможно создать систему более эффективную, чем позволяют сделать эти элементы, процессы и правила. При формировании замысла возможны две одинаково опасные крайности, заключающиеся в нарушении указанных выше закономерностей. С одной стороны, стремление максимально формализовывать и автоматизировать функции системы может привести к тому, что созданные разработчиками модели окажутся неадекватными действительности. В лучшем случае это приводит к созданию малоэффективной системы, а в худшем – дискредитирует саму идею автоматизации процесса управления. С другой стороны, желание максимально сблизить модель создаваемой системы с действительностью может привести к тому, то не будут найдены принципиально новые функции и методы управления, постановки задач и способы их решения. Такой подход неизбежно приведет к созданию малоэффективной системы, как и в предыдущем случае.
В процессе формирования замысла (системного синтеза) проектируемой АС выявленные на этапе системного анализа проектной ситуации суждения о ценностях, целях и технических возможностях объединяются в варианты решения задачи проектирования (абстрактные системы). Как указывают теоретики проектирования, "оптимального проектного решения достичь невозможно – можно лишь провести оптимальный поиск» [39,С.93]. При этом только ретроспективно можно убедиться в том, что поиск (но не цель) оправдал себя.
Для фазы формирования замысла характерны следующие основные черты:
1. Ее основная цель заключается в наложении на данные анализа системы некоторой концептуальной модели, как достаточно общего и точного эталона для оценки любого из конкретных вариантов проектных решений. Создание концептуальной модели системы в данном случае представляет собой творческий акт "преобразования сложной задачи в простую путем изменения ее формы и принятия решения о том, что необходимо подчеркнуть, а чем можно пренебречь"[39,С.93].
2. В процессе формирования замысла должна быть принята единственная концептуальная модель проектируемой системы. При этом "ставить на голосование можно только тот или иной вариант, без "перемешивания» соперничающих вариантов» [39,С.94]. Принятая концептуальная модель системы должна придать задаче проектирования форму, при которой бы неразрешимые конфликтные ситуации подзадач проектирования "предвосхищались или исключались действиями проектировщиков на более общем уровне» [39,С.95].
3. В результате формирования замысла фиксируются цели проектирования, технические задания и границы задачи проектирования, выявляются важнейшие варьируемые параметры проектного решения и распознаются ограничения; именно здесь используются предоставляющиеся принципиальные возможности и выносятся оценочные суждения.
4. В процессе формирования замысла задача проектирования расчленяется на подзадачи, причем считается, что все подзадачи должны иметь возможность параллельного и в значительной мере независимого друг от друга решения. Для каждой из подзадач макропроектирования (уровней описания проектируемой системы) разрабатывается соответствующий язык описания АС, представляющий собой совокупность специальных терминов и символов, которые позволяют однозначно описать моделируемый на данном уровне описания системы процесс ее функционирования или структуризации.
Сформированный в результате системного синтеза замысел проектируемой системы должен содержать ее структуру, выполняемые системой в целом и на каждом уровне иерархии функций перечни задач, цели и критерии эффективности. Он должен определять разделение функций и задач между персоналом и ИВК, содержать в самом общем виде описание алгоритмов и процедур обработки информации, ориентировочно намечать, какие технические средства потребуются для реализации функций системы и организации необходимых каналов связи.
После разработки вариантов замысла проектируемой системы переходят к следующей фазе макропроектирования –исследованию возможностей (оценке вариантов замысла системы). Фаза исследования возможностей наступает тогда, "когда задача проектирования определена, ее варьируемые параметры найдены, а цели проектирования установлены» [39,С.94]. В данной фазе выполнения проектных работ разработчикам необходимо шаг за шагом разрешать второстепенные противоречия до тех пор, пока из возможных альтернативных вариантов замысла не останется один – окончательное решение, которое и получит "путевку в жизнь".
Основные характеристики фазы исследования возможностей таковы:
1. Настойчивость, жесткость мышления и методики действий проектировщиков здесь являются достоинством; с лабильностью и неопределенностью необходимо бороться. Основная цель на этом этапе макропроектирования – как можно быстрее уменьшить неопределенность, поэтому большую помощь здесь оказывает все, что способствует исключению альтернатив, не заслуживающих рассмотрения и разработки. Самое главное решение, которое здесь необходимо принять, – это установить порядок принятия решений, уменьшающих разнообразие.
2. Подводным камнем при исследовании возможностей является, несомненно, тот факт, что некоторые подзадачи проектирования могут приобретать особую важность, так как не могут быть разрешены без изменения или корректуры замысла, что приводит к цикличности. В свою очередь цикличность выполнения проектных работ (обратный переход к фазе формирования замысла) может быть исключен только за счет тщательной проработки задач системного синтеза абстрактной модели системы на этапе формирования замысла.
3. Модели, используемые для представления поля оставшихся альтернативных вариантов проектных решений, в ходе исследования возможностей должны становиться менее абстрактными и более детализированными. Исследование альтернативных вариантов всегда начинается с анализа их потенциальной эффективности. Для получения методики расчета показателей эффективности необходимо построить адекватное математическое описание процесса функционирования системы или, другими словами, математическую модель, позволяющую выявить зависимость показателей эффективности от параметров системы и внешней среды, структуры и алгоритмов взаимодействия элементов в системе.
Зависимости между параметрами в АС являются разнообразными и сложными, в результате чего построение единой математической модели оказывается затруднительным. Поэтому для моделирования таких систем используют принцип многоуровневого (иерархического) описания [77]. Многоуровневое описание предполагает введение различных формальных языков, каждый из которых отражает функционирование системы в соответствии с понятиями и отношениями, принятыми на том или ином уровне иерархии. В соответствии с системным подходом для того, чтобы получить такое математическое описание необходимо выбрать параметры, позволяющие описывать функционирование системы на следующих уровнях иерархии систем: "вышестоящем", "собственном", и "нижестоящем".
В существующей теории и практике АСУ разработка многоуровневой модели системы и интерпретируется как описание системы на трех уровнях иерархии:
Уровень 1 – информационное описание, соответствующее взгляду на систему в целом и на ее взаимодействие с внешней средой. При этом в первую очередь разработчиков должны интересовать все информационные связи разрабатываемой управляющей системы с объектами управления и роль управляющей системы как некоторого преобразователя информации в ее информационном взаимодействии с объектами управления. В результате информационного описания системы должен быть сформулирован закон управления.
Уровень 2 – функциональное описание. Уровень функционального описания выявляет способ реализации закона управления и определяет множество функциональных элементов АСУ и отношений между ними. В результате оформляется функциональная структура системы, при этом каждая функциональная подсистема выполняет определенную часть общего алгоритма управления.
Уровень 3 – системотехническое описание. На данном уровне выявляется структура комплекса технических средств АС, под которой понимается состав и связи технических подсистем, номенклатура, число и размещение оборудования КСА.
В соответствии с тремя уровнями описания возникают три группы системных задач, решаемых на этапе макропроектирования АСУ:
– определение взаимоотношений управляющей системы с внешней средой и объектом управления, формирование закона управления;
– алгоритмизация закона управления и разработка функциональной структуры;
– выбор технических средств КСА для реализации информационных процессов и разработка структуры КСА.
Как отмечено в [77], многоуровневое описание характеризуется целым рядом общих свойств:
1. Выбор уровня описания, в терминах которого описывается данная система, зависит главным образом от цели исследования. Выделение нескольких уровней для изучаемой системы позволяет вести параллельное построение моделей на каждом уровне различными специалистами.
2. Аспекты описания функционирования системы на различных уровнях в общем случае не связаны между собой, поэтому принципы и законы, используемые для описания системы на любом уровне, не могут быть формально выделены из принципов, используемых на других уровнях.
3. Существует асимметричная зависимость между условиями функционирования системы на различных уровнях, т.е. требования, предъявляемые к работе системы на верхнем уровне, выступают как условия или ограничения для нижестоящих уровней.
4. На каждом уровне имеется свой собственный набор понятий и принципов, составляющих язык описания системы. Таким образом, в соответствии с иерархией уровней возникает иерархия языков описания АС.
5. Понимание системы возрастает при последовательном переходе от одного уровня к другому: чем ниже производится спуск по иерархической лестнице, тем более детальным становится раскрытие системы, чем выше мы поднимаемся, тем яснее становится смысл и назначение всей системы. Решение задач проектирования АС возможно только на основе многоуровневого принципа построения моделей.
Кроме оценки потенциальной эффективности каждого из замыслов проектируемой системы при исследовании возможности их приема в качестве основы для создания АС должен быть необходимо дан ответ на вопрос о принципиальной технической реализуемости каждого из вариантов замысла разрабатываемой системы. Так как ответ на данный вопрос прямо связан с исследованием и обоснованием методов, приемов и способов, которыми система будет выполнять свои функции, а также технических средств, их реализующих, то фаза исследования возможностей является переходной от этапа макропроектирования к этапу микропроектирования системы. Определенные на этапе макропроектирования (фаза исследования возможностей) в самом общем плане методы, способы и средства, на основе которых отдельные подсистемы АС будут реализовывать свои системоопределенные функции, являются компонентом требований к решению задач микропроектирования системы.
Таким образом, этапы макропроектирования и микропроектирования тесно связаны между собой. Может оказаться, что функции или задачи, сформулированные для системы на этапе макропроектирования, не могут быть эффективно решены ввиду отсутствия адекватных методов и моделей их решения, либо технических средств с необходимыми характеристиками, причем ни те, ни другие не могут быть получены за приемлемое время или стоимость. Согласование выработанных на этапе макропроектирования любого компонента АС (подсистемы, задачи, функции и т.п.) требований с имеемыми методами и средствами их реализации осуществляется в виде последовательных итераций, которые уточняют и детализируют полученные результаты по мере расширения знаний о системе на различных стадиях ее проектирования. Указанный итерационный процесс поиска эффективных методов и средств (микропроектирование) реализации возложенной на АС определенной совокупности функций (макропроектирование) и составляет суть деятельности разработчиков на каждой из формально определенных стадий разработки системы.
Точное соблюдение разрабатываемой в рамках системотехники технологии комплексного системного проектирования (макропроектирование и микропроектирование) является достаточным условием, обеспечивающим необходимое качество и эффективность проектных решений на любой из формально определенных стадий создания системы. Вместе с тем, как абсолютно необходимое условие обеспечения эффективности проектных работ, соблюдение указанной методологии проектирования выступает именно на наиболее ранних стадиях разработки системы. Данное положение определяется целевой функцией самой методологии комплексного системного проектирования, ее основным предназначением, а также необходимостью пятикратного отображения любого объекта на пути его формализации и реализации от концепции (замысла) до программного продукта. Как указывалось выше, целью разработки и применения методологии комплексного системного проектирования является обеспечение создания эффективных систем такого класса, который ГОСТ 24.601-86 определяет термином "автоматизированные системы". В соответствии с самой методологией проектирования на этапе макропроектирования производится иерархическая структуризация АС и ее представление в виде определенной совокупности подсистем (направлений, видов обеспечения, функций и т.д.), к которым формулируются определенные требования. Далее проектирование самой АС по мере прохождения стадий проектирования (формализации замысла проектируемого объекта) все более приобретает характер разработки и конструирования отдельных подсистем (функций, задач, операций и т.д.). Если в процессе макропроектирования и разработки соответствующих структур АС (информационной или организационной, функциональной и технической) происходит декомпозиция АС на подсистемы, которые не могут быть отнесены к классу "автоматизированных систем", то разработка данных подсистем, строго говоря, не требует применения методологии комплексного системного проектирования. При условии точной формулировки на этапе макропроектирования АС перечня возлагаемых на конкретную подсистему функций, методов и количественных показателей качества их реализации, проектирование подсистемы может быть сведено к решению задач микропроектирования. Таким образом, сама суть системного подхода, которая реализована в методологии комплексного системного проектирования и которая состоит в первоначальном членении объекта на элементы и пр
