3.1.Системний підхід до проектування.

Системний підхід (СП) відрізняється від традиційного припущенням, що ціле має такі якості (властивостями), яких немає в його частин. Наявністю цих якостей ціле, властиво, і відрізняється від своїх частин. Даний зв'язок між цілими і його частинами була покладена в основу перших визначень системи, наприклад такого: «система - це сукупність зв'язаних між собою частин».

Метою об'єднання елементів у систему і є одержання таких властивостей і здатностей у виконанні необхідних функцій, яких немає в кожного окремо взятого елемента.

Системний підхід до проектування АСУ ТП полягає в розбивці всієї системи на підсистеми (декомпозиція системи) і обліку при її розробці не тільки властивостей конкретних підсистем, але й зв'язків між ними.

СП опирається на відомий діалектичний закон взаємозв'язку й взаємозумовленості явищ у світі й у суспільстві й вимагає розгляду

досліджуваних явищ і об'єктів не тільки як самостійної системи, але і як підсистеми деякої більшої системи, стосовно якої не можна розглядати дану систему як замкнену. СП вимагає простежування як можна більшого числа зв'язків - не тільки внутрішніх, але й зовнішніх, щоб не упустити дійсно істотні зв'язки й фактори й оцінити їхні ефекти.

Принципи системного підходу: кінцеві цілі, єдність, зв'язність, модульні побудови, ієрархія, функціональність, розвиток, децентралізація, невизначеність.

Завдання системного підходу - розробка всієї сукупності методологічних, соціально-наукових засобів дослідження (опис, аналіз, синтез) систем різного типу. СП базується на ідеях цілісності, цілеспрямованості, організованості, динамізму досліджуваних об'єктів.

СП для аналізу й розробці систем знаходить застосування в тому або іншому аспекті багатьма науками (системотехніка, дослідження операцій, системний аналіз і ін.). Між цими науками немає чітких границь, досить часто в них використовуються однакові математичні методи. Тому в цей час зусилля фахівців спрямовані на розробку загальної теорії систем, що використовує ізоморфізм процесів, що протікають у системах різного типу (технічних, біологічних, економічних, соціальних).

Системний підхід реалізується в основному на наступних фундаментальних науках:

- системотехніка;

- дослідження операцій;

- системний аналіз.

Системотехніка.

Дана наука являє собою напрямок у кібернетику, що вивчає питання планування, проектування й поведінки складних інформаційних систем.

Немає єдиного визначення й складної системи. Р. Е. Макол сформулював наступні сім ознак, які, на його думку, обмежують клас систем, розглянутих у системотехніку:

- система створюється людиною з різного встаткування й сировини;

- система має цілісність, усі її частини служать досягненню єдиної мети;

- система є великий як з погляду різноманітності складових її елементів, так і з погляду числа однакових частин, можливо, числа виконуваних функцій і вартості;

- система є складної, тобто зміна якої-небудь змінної спричиняє зміна багатьох інших змінних, причому математична модель системи повинна бути досить складної;

- система є напівавтоматичної, тобто частина функцій системи завжди виконується автоматами, а частина - людиною;

- вхідні впливи системи мають стохастическую природу, звідси випливає неможливість пророкування поведінки системи для будь-якого моменту часу;

- більшість систем, і в першу чергу найбільш складні системи, містять елементи конкурентної ситуації.

Більшість АСУ ТП задовольняють зазначеним ознакам, тому методологія системотехніки використовується при їхньому проектуванні.

Особливе значення в системотехніку має системний підхід, який проявляється в ряді принципів конструювання складної системи.

Головним, фундаментальним принципом є принцип максимуму ефективності, точніше, максимуму її математичного очікування. Критерієм ефективності є відношення (або різниця) показників цінності результатів, отриманих у процесі функціонування системи, до показника витрат на її створення. Складність завдання визначення показника ефективності обумовлюється, зокрема, тем обставиною, що вона випливає із завдань системи більш високого рівня й задається ними. Тому конструктор конкретної системи повинен орієнтуватися в проблемі більш високого рангу, чому розглянута, правильно оцінювати результати виконуваної роботи. На етапі формулювання критерію ефективності необхідний тісний контакт із замовником.

При оцінці ефективності можна використовувати метод аналогії, метод експертних оцінок, метод прямих розрахунків, метод математичного моделювання й інші методи.

За допомогою принципу ефективності можна сформулювати основний метод проектування систем: єдина система розділяється на частині за функціональною ознакою, установлюються можливі варіанти реалізації цих частин, зв'язків між ними й на заданій безлічі варіантів вибирається структура системи, що відповідає вимогам максимуму математичного очікування ефективності.

Принцип узгодження (субоптимизации) часток (локальних) критеріїв ефективності між собою й загальним (глобальним) критерієм говорить, що для оптимального функціонування системи в цілому не потрібно оптимізації роботи кожної з її підсистем. Для досягнення загальної мети повинні бути погоджені між собою критерії ефективності кожної підсистеми (причому ці приватні критерії можуть не збігатися із приватними оптимумами). У зв'язку із цим поліпшення роботи однієї з підсистем, не погоджене в загальносистемному плані, може привести до зниження ефективності системи в цілому.

Із принципу оптимуму автоматизації випливає, що не всі завдання, особливо для окремих випадків, повинні вирішуватися автоматично. Рівень автоматизації необхідно обґрунтувати виходячи із критеріїв ефективності.

Принцип централізації інформації полягає в тому, що система керування й прийняття розв'язків ефективна тільки в тому випадку, коли інформація збирається, зберігається й обробляється на основі єдиних масивів, єдиного банку даних, який може бути й децентралізованим.

Принцип явищ із малою ймовірністю затверджує, що основне завдання системи переглядати не можна, а основні характеристики системи не повинні значно змінюватися для того, щоб система виявлялося придатної також у ситуаціях, що мають малу ймовірність настання. У справжній главі розглянуті тільки основні принципи й методи системотехніки.

Загальна теорія систем. Цей науковий напрямок пов'язане з розробкою сукупності філософських, методологічних, наукових і прикладних проблем аналізу й синтезу складних систем довільної природи. Уважається, що загальна теорія систем повинна являти собою область наукових знань, що дозволяє вивчати поведінку систем будь-якої складності й будь-якого призначення.

У цей час загальна теорія систем ще далека від завершення. Однак її корисність підтверджується практичними застосуваннями, зокрема, на її основі розвивається теорія багаторівневих ієрархічних систем, до яких ставиться більшість АСУ ТП.

Дослідження операцій

Це науковий напрямок у дослідженні й проектуванні систем засноване на математичнім моделюванні процесів і явищ.

При дослідженні операцій широко використовується системний підхід і математичне моделювання.

Як показала практика, методи дослідження операцій найбільш придатні для дослідження й розробки організаційних систем, однак їх можна використовувати й при проектуванні систем керування технологічними процесами на етапі постановки цілей, визначення показників ефективності складанні й дослідженні математичних моделей.

Системний аналіз

Цей науковий напрямок є методологією дослідження важко спостережуваних властивостей, що й важко розуміються, і відносин в об'єктах, що полягає у виставі цих об'єктів як цілеспрямованих систем і вивчення властивостей цих систем і взаємин між цілями й засобами їх реалізації.

Існує безліч визначень системного аналізу ( як і дослідження операцій або системотехніки). У ньому немає понять, що ще встановилися, загальноприйнятої термінології і єдності думок фахівців з багатьом принциповим питанням.