Поняття структури та ієрархії систем

Структурою системи називається її поділення на групи елементів із вказаними зв'язками між ними, незмінні на весь час розгляду і дає уяву про систему в цілому.

Зазначене ділення може мати матеріальну, функціональну, алгоритмічну та іншу основи. Групи елементів у структурі звичайно виділяються за принципом простих або щодо більш слабких зв'язків між елементами різних груп. Структуру системи зручно зображувати у вигляді графічної схеми, що складає з осередків (груп) і з'єднуючих їх ліній (зв'язків). Такі схеми називаються – структурними.

Для символьного запису структури введемо замість сукупності елементів { M } сукупність груп елементів { } і сукупність зв'язків між цими групами { }. Тоді структура системи може бути записана як:

(4.4)

Структуру (4.4) можна одержати з об'єднанням елементів у групи. Відзначимо, що функція (призначення) F системи в (4.4) опущена, оскільки структура може бути в деякій не відповідна до неї. Відзначимо також, що елементи М з якої-небудь групи М будуть, як правило, неоднорідні.

Наведемо приклади структур. Речовинна структура збірного моста складається з його окремих, що збирають на місці секцій. Груба структурна схема такої системи вкаже тільки ці секції і порядок їхнього з'єднання. Останнє і є зв'язками, які в даному випадку мають силовий характер. Приклад функціональної структури – це розподіл двигуна внутрішнього згоряння на системи живлення, змащення, охолодження, передачі силового моменту й ін. Приклад системи, де речовинні й функціональні структури злиті, – це відділи проектного інституту, що займаються різними сторонами однієї й тієї ж проблеми. Типовою алгоритмічною структурою буде алгоритм (схема) програмного засобу, що вказує послідовність дій. Також алгоритмічною структурою буде інструкція, що визначає дії при відшуканні несправності технічного об'єкта.

Прикладами структур інших типів є календар (тимчасова структура) або розподіл книги на глави. Ситуація із книгою цікава тим, що тут основа розподілу може бути інформаційної (у науковій літературі), речовинної (для друкарні глава - це кількість паперу й робітника праці) або більше складної, наприклад, заснованої на наборі естетичних впливів на читача (для художньої літератури).

Структура системи може бути охарактеризована по наявним у ній (або переважним) типам зв'язків. Найпростішими з них є послідовне, паралельне з'єднання елементів і зворотний зв'язок (рис. 4.2.).

Пояснимо поняття зворотного зв'язку. Воно означає, що результат функціонування елемента впливає на дії, які на нього поступають. Як правило, зворотний зв'язок виступає важливим регулятором у системі. Вкрай рідко зустрічається система без того або іншого виду зворотного зв'язку.

Близьким до поняття структури є термін «декомпозиція».

Рис. 4.2.

Декомпозицією називається розподіл системи на частини, зручний для яких-небудь операцій із цією системою. Прикладами декомпозиції будуть: розгляд фізичного явища або математичний опис окремо для даної частини системи; поділ об'єкта на окремо проектовані частини, зони обслуговування; інші частково або повністю незалежні маніпуляції із частинами системи.

Найважливішим стимулом і суттю декомпозиції є спрощення системи, яка є занадто складною для розгляду цілком. Таке спрощення може:

а) фактично приводити до заміни системи на деяку іншу, у якомусь змісті відповідну вихідної; як правило, це робиться введенням гіпотез про відкидання або послаблення окремих зв'язків у системі;

б) повністю відповідати вихідній системі, при цьому полегшувати роботу з нею; така декомпозиція, що називається строгою, вимагає спеціальних процедур узгодження і координації розгляду частин.

Ієрархією назвемо структуру з наявністю підпорядкованості, тобто нерівноправних зв'язків між елементами, коли впливу в одному з напрямків роблять набагато більший вплив на елемент, чим в іншому.

Типовий ієрархічний зв'язок із впливами виду «інформація» і «керування» зображений на рис. 1.3. Природно, тут домінує елемент М ₁.

Рис. 4.3.

Види ієрархічних структур різноманітні. Серед них зустрічаються такі екзотичні, як кільцеві (перший елемент домінує над іншим, торою – над третім і т.д., але останній – над першим) або змінюючи напрямок домінування. Але основних, важливих для практики ієрархічних структур, всього дві – деревоподібна і ромбовидна (рис. 2.3.3.).

Деревоподібна структура найбільш проста для аналізу і реалізації. У ній майже завжди зручно виділяти так звані ієрархічні рівні ­– групи елементів, що перебувають на однаковому (по числу проміжних елементів) видаленні від верхнього (головного) елементу. Приклади таких структур у штучних і живих системах надзвичайно численні:

Рис. 4.4.

Приклади ієрархічних структур:

а – деревоподібна (віялова); б – ромбовидна

а) ланцюг «міністерство – головком – завод – цех – бригада – ланка»;

б) завдання проектування технічного об'єкта ­– від його основних характеристик (верхній рівень) через проектування основних частин, функціональних систем, груп агрегатів, механізмів до рівня окремих деталей;

в) ієрархія цілей у завданні автоматизованого виробництва – від мети ділянки, що складає в максимальному випуску продукції, до програмного забезпечення окремої операції на верстаті (ціль – операція);

г) у живій природі ­– ієрархія за ознакою керованості процесів в організмі.

Ромбовидна структура веде до подвійного (іноді і більшої) підпорядкованості, звітності, приналежності нижнього елемента. У техніку – це участь даного елемента в роботі більш ніж одного вузла, блоку, використання тих самих даних або результатів вимірів у різних завданнях. Приклад із проектування (див. рис. 4.4, б): (i –1) – й рівень – системи пожежогасіння корабля в цілому; i – й рівень – основної і дублюючої систем пожежогасіння; (і +1) – й рівень – насос, що буде незалежно поставлений в основну, і в дублюючі системи.

Будь-яка ієрархія, в принципі, звужує можливості і, особливо, гнучкість системи. Елементи нижнього рівня сковуються домінуванням зверху, вони здатні впливати на це домінування (керування) лише частково і, як правило, із затримкою. Однак, введення ієрархії різко спрощує створення і функціонування системи, і тому її можна вважати вимушеним, але необхідним прийомом розгляду складних технічних систем. Недарма той або інший ступінь ієрархії спостерігається в переважній більшості природних систем.

Негативні наслідки введення ієрархії багато в чому можуть бути переборені наданням окремим елементам можливості реагувати на частину впливів без твердої регламентації зверху.

Поиск по сайту: