ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ Лекция 1 Теория систем и

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ Лекция 1 Теория систем и системный анализ

Содержание 1 -ой лекции: 1. Общая характеристика учебной дисциплины «Общая теория систем» (далее – дисциплина или ОТС). 2. Предмет дисциплины. 3. Общая характеристика дисциплины. 4. Распределение часов по темам и видам работ. 5. Исходные понятия и определения в дисциплине. 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ Основной целью изучения дисциплины формировать у студентов системного стиля мышления, направленного на использование в профессиональной деятельности принципов и методов системной методологии для создания и использования современных сложных информационных объектов деятельности и человеко-машинных комплексов. Основные задачи изучения дисциплины: основных положений, понятий и терминов современных теорий систем; сущность и принципы системного подхода; моделирование как метод системного анализа; модели поведения и деятельности в условиях неопределенности, виды и формы неопределенности; роль, место и этапы системного подхода в проектировании сложных объектов и методов управления; системный анализ проблем создания средств бизнес-информатики. 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям: Знать: фундаментальные понятия, терминологию теории систем, основные категории системных задач и общие методы их решения; способы формализации семантики общесистемных понятий, классификацию систем и системных задач; базовые методы описания систем (теоретико-множественное, динамическое, каноническое, агрегатное, кибернетическое); методы и модели теории системного анализа; закономерности построения, функционирования и развития систем, целеобразования; принципиальные отличия системных объектов. 4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ Уметь: структурировать и анализировать цели и функции систем управления; проводить системный анализ прикладной области; применять моделирование систем; выявлять и описывать системные характеристики сложных объектов и человеко-машинных комплексов и средств обработки информации. 5

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ Компетенции: методами моделирования различных областей деятельности и инструментальными средами ее изучения; методологией системного подхода; методами выявления системообразующих факторов в деятельности людей и организаций; методами моделирования различных областей деятельности и инструментальными средами ее изучения. 6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ Всего часов / зачетных единиц 1 2 40 40 В том числе: - - - Лекции 20 Практические занятия (ПЗ) 20 Семинары (С) - Лабораторные работы (ЛР) - Самостоятельная работа (всего) 32 В том числе: - - - Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Реферат (при наличии) Творческая работа (НИР, подготовка к конференциям, конкурсам) Выполнение домашних заданий (работа с УМК, подготовка к практ. работам, контрольным работам, сообщений, докладов, презентаций и пр. ) 6 20 Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) зачет Общая трудоемкость часы 72 72 зачетные единицы 2 2 Вид учебной работы Аудиторные занятия (всего) Семестры - - 7

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ № п/п 1. 2. 3 4 Лекции Практ. зан. Лаб. зан. Семин СРС Всего Теория систем и системный анализ Тема 1. Введение в дисциплину Тема 2. Системный подход и его основные принципы Модель и моделирование Тема 3. Моделирование как метод системного анализа Тема 4. Специфические модели системного анализа. Стандарты семейства IDEF 4 2 2 2 2 4 4 10 2 8 6 2 10 5 22 9 4 4 5 13 Принятие решений Тема 5. Анализ и формирование целей системы Тема 6. Основы теории принятия решений Тема 7. Принятие решений по управлению Экономический системный анализ Тема 8. Системный анализ в управлении 6 2 8 2 12 4 26 8 2 2 4 8 2 4 4 10 4 4 6 6 14 14 Наименование раздела дисциплины 8

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная: 1. ГОСТ Р ИСО/МЭК 15288 -2005 Информационная технология. Системная инженерия. Процессы жизненного цикла систем 2. РД 50. 1. 028 -2001 Методология функционального моделирование. – от 02. 07. 2001 г. № 256 – ст. 3. Машкин Л. Д. Тория систем и системный анализ: УМП, 2009. 4. Мухин В. И. Основы теории управления. Учебник – М. : Экзамен, 2002. - 256 с. 5. Ларичев О. И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных Системах: Учебник. – М. % Логос, 2000. – 296 с. 6. Кричевский А. И. Исследование систем управления: Курс лекций. – Новосибирск: Сиб. АГС, 1999. – 135 с. 9

Понятия и определения Перевод греческого слова systems - целое, составленное из частей, соединенное. Применительно в системном анализе: Система — совокупность сущностей (объектов) и связей между ними, выделенных из среды на определённое время и с определённой целью. Определения по предметной области: Экономика: Система - совокупность объектов, объединенных связями так, что они существуют (функционируют) как единое целое, приобретающее новые свойства, которые отсутствуют у этих объектов в отдельности. Информатика: Информационная система - совокупность технического, программного и организационного обеспечения, а также персонала, предназначенная для того, чтобы своевременно обеспечивать надлежащих людей надлежащей информацией. 10

Свойства систем Связанные с целями и функциями: 1. Синергичность — однонаправленность (или целенаправленность) действий компонентов (элементов и подсистем) усиливает эффективность функционирования системы. Слово «синектика» означает «совмещение разнородных элементов» . 2. Приоритет интересов системы более широкого (глобального) уровня перед интересами её компонентов. 3. Эмерджентность — это есть свойство целостности системы на основе общей структуры, когда поведение отдельных объектов рассматривается с позиции функционирования всей системы. Причем, цели (функции) компонентов системы не всегда совпадают с целями (функциями) системы. 4. Мультипликативность — и позитивные, и негативные эффекты функционирования компонентов в системе обладают свойством умножения, а не сложения. 5. Целенаправленность - стремление к определенной цели, подчиненность ей… 6. Альтернативность путей функционирования и развития. 11

Свойства систем Связанные со структурой: 1. Целостность — первичность целого по отношению к частям. 2. Неаддитивность — принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих её компонентов. 3. Структурность — возможна декомпозиция системы на компоненты, установление связей между ними. 4. Иерархичность — каждый компонент системы может рассматриваться как система (подсистема) более широкой глобальной системы. 12

Свойства систем Связанные с ресурсами и особенностями взаимодействия со средой: 1. Коммуникативность — существование сложной системы коммуникаций со средой в виде иерархии. 2. Взаимодействие и взаимозависимость системы и внешней среды. 3. Адаптивность — стремление к состоянию устойчивого равновесия, которое предполагает адаптацию параметров системы к изменяющимся параметрам внешней среды (однако «неустойчивость» не во всех случаях является дисфункциональной для системы, она может выступать и в качестве условия динамического развития). 4. Надёжность — функционирование системы при выходе из строя одной из её компонент, сохраняемость проектных значений параметров системы в течение запланированного периода. 5. Интерактивность - (от англ. interaction — «взаимодействие» ) — понятие, которое раскрывает характер и степень взаимодействия между объектами. 13

Для выделения систем в окружающем мире можно использовать следующие принципы системности: 1. Принцип внешней целостности - ограниченность системы от окружающей среды. Система взаимодействует с окружающей средой как единое целое, ее поведение определяется состоянием среды и состоянием всей системы, а не какой -то отдельной ее частью. Под окружающей (внешней) средой здесь понимается множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием в условиях рассматриваемой задачи. Обособление системы в окружающей среде имеет свою цель, т. е. система характеризуется назначением. Другими характеристиками системы в окружающем мире являются ее вход, выход и внутреннее состояние. Входом абстрактной системы, например, некоторой математической теории, является постановка задачи; выходом - результат решения этой задачи, а назначением будет класс задач, решаемых в рамках данной теории (см. следующий слайд) 14

Назначение системы Входы (U) Внутренние Выходы (Y) cостояния (X) Обобщенное представление системы 15

Примечание: Общее описание системы содержит: U входных переменных, X переменных состояний, Y выходных переменных. Тогда пространство R u+x+y+1, координаты которого соответствуют переменным системы и времени, называется фазовым пространством данной системы. Множество точек фазового пространства, соответствующее состояниям системы в каждый момент времени, называется фазовой траекторией системы. 16

2. Принцип внутренней целостности - устойчивость связей между частями системы. Состояние самой системы зависит не только от состояния ее частей - элементов, но и от состояния связей между ними. Именно поэтому свойства системы не сводятся к простой сумме свойств ее элементов, в системе появляются те свойства, которые отсутствуют у элементов в отдельности. Наличие устойчивых связей между элементами системы определяет ее функциональные возможности. Нарушение этих связей может привести к тому, что система не сможет выполнять назначенные ей функции. Рассмотрим для примера систему «оператор-компьютер» : Пусть выделим наличие необходимых элементов: оператор, монитор, блок центрального процессора, устройства ввода информации, принтер и т. п. и связи между ними, что позволяет этой системе решать задачи, связанные с набором и выводом на печать текстовых документов. Нарушение или неправильность этих связей, например, подключение клавиатуры к входном разъему звуковой платы (хотя, практически это сделать весьма непросто), приведет к тому, что при всем таланте оператора набрать и распечатать выданный ему текст он не сможет. 17

Состоя ние — абстрактный термин, обозначающий множество стабильных значений переменных параметров объекта (системы). Состояние характеризуется тем, что описывает переменные свойства объекта. Состояние стабильно до тех пор, пока над объектом не будет произведено действие; если над объектом будет произведено некоторое действие, его состояние может измениться. Последовательная смена состояний объекта называется процессом. Примеры состояний положения тела человека: лежит, сидит, стоит, ходьба, бег; агрегатное состояние физического вещества: твёрдое тело (кристаллическое, стеклообразное, жёсткое, гибкое), жидкость (вязкая, жидкая), газ; в цифровой электронике: двоичный триггер имеет два устойчивых состояния, троичный триггер имеет три устойчивых состояния и т. д. Формальное описание состояний в теории автоматов понятие «состояние автомата» используют для того, чтобы установить функциональную зависимость генерируемых автоматом символов от символов входного языка при реализации автоматом заданного алгоритма. в программировании — набор атрибутов, определяющих поведение объекта. 18

3. Принцип иерархичности - в системе можно выделить подсистемы, определяя для каждой из них свой вход, выход, назначение. В свою очередь, сама система может рассматриваться как часть более крупной системы. Дальнейшее разбиение подсистем на части приведет к тому уровню, на котором эти подсистемы называются элементами исходной системы. Теоретически систему можно разбивать на мелкие части, по-видимому, бесконечно. Однако, практически это приведет к тому, что появятся элементы, связь которых с исходной системой, с ее функциями будет трудно уловима. Поэтому элементом системы считают такие ее более мелкие части, которые обладают некоторыми, присущими самой системе свойствами. Далее под элементом системы будем понимать такую ее подсистему, которая в данном исследовании (при принятой точке зрения) на части не разбивается. Рассмотрим примеры: 19

СИСТЕМА Система телевидения «ОРБИТА» ПОДСИСТЕМА Подсистема передачи Канал связи Приемная подсистема Отопительная система жилого дома Источники тепла Подсистема распределения и доставки тепла Подсистемы эксплуатации ЭЛЕМЕНТЫ Центральная телестудия Антенно-передающий центр Среда распространения радиоволн Спутник - ретранслятор Местные телецентры Телевизоры потребителей Котельная или отвод от центральной теплотрассы Трубы Калориферы Вентили Службы эксплуатации и ремонта Персонал 20

Примеры прикладных системы: Система «умный дом» Система часы Солнечная система планетная система Система спутниковой навигации GPS Пищеварительная система Система Компьютерного Видеонаблюдения Иммунная система курильщика 21

Примеры прикладных системы: 22

Примеры прикладных системы: 2. Гравитационная или принудительная система распределения горячего воздуха 3. Система отвода продуктов сгорания из камина 23

Примеры прикладных системы: 24

Уточним понятие «элемент системы» Элемент — простейшая неделимая часть системы, т. е. это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования. Подсистема — подмножество элементов, реализующих цели, согласованные с целями системы (например, подсистема может осуществлять часть целей системы). Важным при исследовании, проектировании и разработке систем является понятие ее структуры. Структура системы — это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур. Входы — элементы системы, к которым приложены входные воздействия или на которые поступают входные сигналы. Входные показатели — это показатели системы, которые изменяются в результате входного воздействия или сигнала. 25

Введем понятие - Системный анализ — научный метод познания, представляющий собой последовательность действий по установлению структурных связей между переменными или элементами исследуемой системы. Опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических, математических методов. Цель - установление структуры системы Для формального (детального) описания структуры системы используется метод структурного анализа системы. Метод структурного системного анализа является подмножеством методов системного анализа вообще, и применяется, в частности, в инженерии программирования, при разработке и внедрении сложных информационных систем. Основной идеей структурного системного анализа является поэтапная детализация исследуемой (моделируемой) системы или процесса, которая начинается с общего обзора объекта исследования, а затем предполагает его последовательное уточнение. 26

Стpyктypный aнaлиз пpoвoдитcя c цeлью иccлeдoвaния cтaтичecкиx xapaктepиcтик cиcтeмы пyтeм выдeлeния в нeй пoдcиcтeм и элeмeнтoв paзличнoгo ypoвня и oпpeдeлeния oтнoшeний и cвязeй мeждy ними. Объeктaми иccлeдoвaния cтpyктypнoгo aнaлизa являютcя paзличныe вapиaнты фopмиpyeмыx в пpoцecce дeкoмпoзиции cиcтeмы cтpyктyp, пoзвoляющиe вcecтopoннe oцeнить cвoйcтвa cиcтeмы. К ocнoвным пoкaзaтeлям иccлeдyeмыx cтpyктyp oтнocятcя: мнoжecтвo выдeлeнныx элeмeнтoв, oтнoшeний и cвязeй; xapaктepиcтики элeмeнтoв и cвязeй; oбoбщeнныe пoкaзaтeли cтpyктyp, xapaктepизyющиe иx влияниe нa эффeктивнocть cиcтeмы yпpaвлeния (чиcлo ypoвнeй yпpaвлeния, cтpyктypнaя ycтoйчивocть, экoнoмичecкиe зaтpaты нa пoддepжaниe тpeбyeмыx cтpyктypныx xapaктepиcтик и дp. ). 27

Общaя пpoцeдypa cтpyктypнoгo aнaлизa включaeт cлeдyющиe ocнoвныe этaпы: Дeкoмпoзиция cиcтeмы нa интepecyющиe иccлeдoвaтeля пoдcиcтeмы и элeмeнты, фopмиpoвaниe cтpyктyp и иx oпиcaниe. 2. Oпpeдeлeниe кaчecтвeнныx и кoличecтвeнныx xapaктepиcтик (пoкaзaтeлeй) выдeлeнныx cтpyктyp (oцeнивaниe cтpyктyp). 3. Фopмиpoвaниe кpитepиeв и oцeнкa эффeктивнocти выдeлeнныx cтpyктyp. 4. Пpинятиe peшeния o нeoбxoдимocти coвepшeнcтвoвaния cтpyктypныx xapaктepиcтик cиcтeмы. 1. Стpyктypный aнaлиз cиcтeм yпpaвлeния имeeт cвoи ocoбeннocти и включaeт peшeниe cлeдyющиx зaдaч: oпpeдeлeниe видa opгaнизaциoннoй cтpyктypы; oцeнкa и oпpeдeлeниe paциoнaльнoгo чиcлa ypoвнeй yпpaвлeния; oпpeдeлeниe пpeдeльнoгo чиcлa иcпoлнитeлeй, пoдчинeнныx opгaнaм yпpaвлeния и oтдeльным pyкoвoдитeлям; ycтaнoвлeниe paциoнaльнoй чиcлeннocти вceгo yпpaвлeнчecкoгo пepcoнaлa cиcтeмы пpи зaдaннoм кoличecтвe нeпocpeдcтвeнныx иcпoлнитeлeй; oцeнкa и oпpeдeлeниe мecт paзмeщeния opгaнoв yпpaвлeния для oбecпeчeния тpeбyeмoй ycтoйчивocти и oпepaтивнocти yпpaвлeния. 28

Вопросы для самопроверки 1. Определить, что такое система? 2. Определить принципы системности и общие свойства систем. 3. Что называется подсистемой, элементом, структурой системы? 4. Что обозначает состояние системы? Приведите примеры. 5. Общая характеристика понятий системного и структурного анализа. Спасибо за внимание! 29

В реальном проектировании информационных систем применяется метод - так называемое, семантическое моделирование. Семантическое моделирование представляет собой моделирование структуры данных, опираясь на смысл этих данных. В качестве инструмента семантического моделирования используются различные варианты диаграмм сущность-связь (ER - Entity-Relationship). Основные понятия ER-диаграмм Определение 1: Сущность - это класс однотипных объектов, информация о которых должна быть учтена в модели. Каждая сущность должна иметь наименование, выраженное существительным в единственном числе. Примерами сущностей могут быть такие классы объектов как "Поставщик", "Сотрудник", "Накладная". Каждая сущность в модели изображается в виде прямоугольника с его наименованием. Определение 2: Экземпляр сущности - это конкретный представитель данной сущности. Например, представителем сущности "Сотрудник" может быть "Сотрудник Иванов". Экземпляры сущностей должны быть различимы, т. е. сущности должны иметь некоторые свойства, уникальные для каждого экземпляра этой сущности. Определение 3: Атрибут сущности - это именованная характеристика, являющаяся некоторым свойством сущности. Наименование атрибута должно быть выражено существительным в единственном числе (возможно, с характеризующими прилагательными). Примерами атрибутов сущности "Сотрудник" могут быть такие атрибуты как "Табельный номер", "Фамилия", "Имя", "Отчество", "Должность", "Зарплата" и т. п. Атрибуты изображаются в пределах прямоугольника, определяющего сущность. Выход

Формальные определения системы: 1. 2. {X, R}, где X - множество переменных, R - множество отношений между переменными {T, x, u, y, Г, η, φ}, где: Т - множество моментов времени; x - вектор переменных состояния, причём x(t 2) = φ(x(t 1), u(t 1), t 2), где {t 1, t 2} T; u - вектор входных переменных; y - вектор выходных переменных, причём y(t 2) = η(x(t 1), u(t 1), t 2); Г - множество допустимых выходных векторов. Выход 31

Скачать презентацию ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ Лекция 1 Теория систем и

ОТС Лекция 1.ppt

Количество слайдов: 31