2. 2 Аспекты исследования

СТС на практике исследуется большим количеством спе­циалистов различного профиля. Поэтому в дальнейшем под ис­следователем будем понимать как одно лицо, так и коллектив специалистов, решающих общую задачу.

Даже большой коллектив специалистов не в состоянии охватить исследованием сразу всю совокупность свойств СТС. В связи с этим различают аспекты (точки зрения) исследования. Исследование от­дельных свойств (или группы взаимосвязанных свойств) определя­ет аспект исследования СТС. Так, например, космическую систему наблюдения (КСН) можно изучать как техническую систему, т. е. как отграниченную совокупность взаимодействующих технических средств. Соответствующий аспект изучения можно назвать техниче­ским. КСН можно изучать так же, как организационную систему, объединяющую различные подразделения, в которых работают лю­ди, обеспечивающие функционирование системы, например, в цент­ральном пункте управления КА, командно-измерительных пунктах, пунктах приема специальной информации и т. д. Этот аспект изу­чения будет организационным. КСН можно представить и как эко­номическую систему, рассмотрев расходы на создание и эксплуата­цию системы и доходы от использования полученной от КСН ин­формации. Это будет экономический аспект изучения.

Элементы исследования систем

Исследование СТС в целом обычно содержит следующие существенные элементы: цели СТС, альтернативы, показатели и кри­терии, модели, алгоритмы и программы, рекомендации.

В исследовании СТС под альтернативами понимают возможные пути или средства достижения целей исследуемой СТС (например, различные варианты структуры и значений параметров КСН или различные способы использования КСН для наблюдения заданного региона земной поверхности).

Чтобы выбирать альтернативы, необходимо получать количест­венные оценки степени достижения цели и важнейших свойств СТС. Для этого используются соответствующие числовые характеристики свойств СТС: показатели эффективности, надежности, помехозащи­щенности, качества управления и др. Под показателем эффективно­сти СТС будем понимать такую характеристику СТС, которая оце­нивает количественно степень достижения цели.

; Особую роль играют показатели, оценивающие затраты ресур­сов. Для создания и (или) эксплуатации любой СТС необходимы определенные затраты ресурсов (денег, оборудования, материалов, энергии, рабочей силы и т. д.). Для каждой из альтернатив дости­жения цели СТС требуются свои затраты ресурсов, чаще всего оце­ниваемые показателем стоимости создания и эксплуатации СТС. В общем случае - может оказаться необходимым учитывать, кроме стоимости, и затраты других материальных ресурсов, главным обра­зом, дефицитных.

Для выбора предпочтительной альтернативы служат критерии — правила, на основе которых по значениям показателей принима­ются рекомендации по выбору альтернатив. Так, например, показа­телем эффективности КСН может быть наблюдаемая площадь земной поверхности за определенный промежуток времени. Исследова­тель КСН в этом случае может рекомендовать такой из альтерна­тивных вариантов, который обеспечит выполнение критерия: «макси­мальная площадь наблюдения за определенный промежуток време­ни при ограниченной стоимости КСН».

Модель представляет собой математическое описание зависимо­стей между показателями эффективности и качества СТС, альтер­нативами достижения цели и характеристиками внешней среды.

Алгоритм решения задачи на ЭВМ — это предписание, опреде­ляющее последовательность логических и вычислительных опера­ций, которые следует выполнять над исходными данными и информацией, возникающей в ходе этих операций, для тало, чтобы решить поставленную задачу. Текст описания алгоритма, составленный средствами какого-либо языка программирования, называется про­граммой.

Результатом исследования СТС являются рекомендации по выбору предпочтительной альтернативы. Получение рекомендаций является целью исследования СТС. На основе рекомендаций и не­формальных суждений руководитель принимает проектировочное решение.

Основные этапы исследования систем

Процесс исследования СТС можно разделить на следую­щие основные этапы: постановка задачи, выбор критериев, разра­ботка модели, исследование модели, выработка рекомендаций.

Постановка задачи является очень важным этапом исследова­ния СТС и включает в первую очередь формулировку существа за­дачи исследования СТС, определение цели СТС и выбор возмож­ных альтернативных путей ее достижения.

Выбор критериев принятия рекомендаций является исключи­тельно ответственным этапом исследования СТС и заключается в выборе таких показателей эффективности и качества СТС и такого правила принятия рекомендаций, чтобы по численному значению показателей можно было судить об успешности решения задачи.

Разработка математической модели — центральный этап иссле­дования любой системы. От качества модели зависит судьба всего исследования. Этап разработки модели может быть подразделен на три подэтажа:

построение модели;

нахождение приближенного численного метода решения задачи, т. е. разработка алгоритма ее решения, например алгоритма оптимизации;

программирование модели и вычислительного алгоритма для ЭВМ.

К этому же этапу можно отнести подготовку исходных данных, необходимых как для построения модели, так и для про­ведения последующих вычислений.

Исследование модели выполняется на ЭВМ путем вычислений в пакетном или диалоговом режиме.

В литературе еще не установились общепринятые названия для этапов разработки и исследования моделей. Так, разработку моде­лей называют математическим моделированием или просто модели­рованием. Эти термины используются также для обобщенного наи­менования этапов разработки и исследования моделей. Совокуп­ность этих двух этапов называют еще математическим (машинным, вычислительным) экспериментом, а также имитационным модели­рованием (см. гл. 5).

Выработка рекомендаций.

Часто указанные этапы исследования трудно четко отграничить друг от друга, так как исследование может проходить путем параллельного выполнения некото­рых этапов и неоднократных повторений пройденных этапов — итеративным пу­тем. Например, на каждом из этапов мо­жет потребоваться уточнение постановки задачи; при разработке алгоритма опти­мизации— уточнение модели, при вы­работке рекомендаций — корректировка цели СТО и т. д. В таких случаях цикл исследований повторяется (рис. 1.2). Про­цессы построения модели, разработки ал­горитма вычислений и программирова­ния часто идут параллельно, взаимодей­ствуя друг с другом.

Анализ и синтез систем

Термины анализ и синтез в приложении к СТС имеют не­сколько значений.

Как известно, метод научного исследования подразделяется на анализ и синтез. Под анализом понимается метод исследования пу­тем логического (мысленного) разложения целого (системы, проб­лемы, процесса) на составные части и изучения отдельных сторон и свойств целого и его составных частей. Как видно, основным прин­ципом, принимаемым при проведении анализа, является разделение сложной проблемы на частные задачи, которые легче поддаются ре­шению, а также расчленение СТС или процесса ее функционирова­ния на компоненты.

Синтез — это метод исследования системы (или процесса) путем воссоединения целого из частей, обобщение и сведение в единое це­лое данных, добытых анализом. По словам Энгельса: «Мышле­ние состоит столько же в разложении предметов сознания на их элементы, сколько в объединении связанных друг с другом элемен­тов в единство. Без анализа нет синтеза» *.

Другое значение рассматриваемых терминов связано с двумя противоположными задачами исследований СТС.

Задача анализа состоит в определении свойств СТС по ее струк­туре и значениям параметров; задача синтеза — в определении структуры и значений параметров СТС по заданным свойствам.

Анализ СТС осуществляется с помощью расчетов для серии ва­риантов структуры и параметров СТС — вариантных расчетов. Прямой (непосредственный) синтез СТС является проблемой чрезвы­чайной сложности. На практике задача синтеза СТС обычно реша­ется путем изучения и обобщения данных, добытых анализом. (Вспомним слова Энгельса: «Без анализа нет синтеза»). Оценив ре­зультаты вариантных расчетов с помощью критериев принятия ре­комендаций, выбирают предпочтительный вариант структуры и па­раметров СТС.

В последние годы благодаря развитию математических методов оптимизации и средств вычислительной техники стало возможным решать некоторые частные задачи синтеза СТС — синтеза парамет­ров СТС при заданной ее структуре, путем оптимизации парамет­ров, не прибегая к вариантным расчетам.

Будем называть синтезом сложной технической системы иссле­дование, имеющее результатом рекомендации, необходимые для принятия решений по выбору структуры и параметров СТС.

Системный подход

Системный подход — это методология науки на уровне общенаучных принципов и форм исследования, применяемых в са­мых различных отраслях науки. Он основывается на диалектико-материалистических принципах системности и познания.

В основе системного подхода лежит стремление изучить объект (систему, проблему, явление, процесс) как нечто целостное и орга­низованное, во всей его полноте и во всем многообразии связей в объекте. Этот общий принцип ориентирует исследователя на рас­смотрение объектов как систем.

На уровне конкретной научной методологии принципы систем­ного подхода, применяемые при исследовании и разработке СТС, •формулируются более конкретно. Так, например, согласно систем­ному подходу каждый компонент СТС должен разрабатываться так, чтобы для СТС в целом обеспечить достижение поставленной перед нею цели и при этом с требуемой эффективностью. Чтобы лучше вонять сущность этого принципа, укажем его альтернативу: несис­темный подход — это стремление разрабатывать элементы СТС как самостоятельные и не связанные между собой.

Принцип системного подхода можно развить далее, если при­нять во внимание, кроме системности объекта исследования, еще и системность мышления

Системный подход пред­полагает, что основные элементы, исследования: цели компонентов СТС, показатели эффективности и стоимости, модели и результаты исследований формируются как иерархические системы, соответст­вующие иерархической структуре СТС.

При рассмотрении основных этапов исследования системы по существу изложены принципы системного подхода к исследованию СТС: процедура и ключевые задачи исследования.

Организация исследования как системы начинается с выявления и четкого формулирования его конечных целей. Кроме конечных целей, существуют цели промежуточные. Принцип системного под­хода в этом случае состоит в том, чтобы промежуточные цели были подчинены конечным целям. Поэтому системный подход иногда на­зывают целевым подходом. Причина многих ошибочных решений — ориентация на промежуточные цели, т. е. когда принимают реше­ния, часто забывают о конечной цели.

Системотехника и синтез систем

Системотехника — научно-техническое направление, охва­тывающее решение комплекса теоретических и практических задач, возникающих при планировании, проектировании и разработке сложных технических систем, например таких, как космические комплексы и системы, системы ПВО и др.

Одним из разделов системотехники является синтез сложных технических систем — научная дисциплина, разрабатывающая ме­тоды синтеза систем на основе изучения объективных закономерно­стей процессов функционирования систем. Синтез систем опирается на математическое моделирование и на ряд прикладных математи­ческих дисциплин, в первую очередь на математическое программи­рование. Техническими средствами синтеза СТС служат ЭВМ и сис­темы на основе ЭВМ: информационные, имитационные, автоматизи­рованного проектирования.

Анализом систем иногда называют раздел системотехники, ох­ватывающий комплекс теоретических и практических задач, решае­мых при планировании сложных систем.