Jaké typy konstrukčních systémů existují?
To může vyvolat otázku neorganizovaných systémů nebo, přesněji řečeno, agregátů. Jsou to systémy? Ano, a to lze prokázat na základě následujících předpokladů:
neorganizované agregáty se skládají z prvků;
prvky jsou spojeny určitým způsobem;
toto spojení spojuje prvky do souboru určité formy (hromada, dav atd.);
protože v takové totalitě existuje spojení mezi prvky, znamená to, že určité vzorce a následně i časový nebo prostorový řád jsou nevyhnutelné.
Struktura systému
Prvky jakéhokoli obsahu nezbytné k implementaci funkce se budou nazývat části nebo součásti systému. Souhrn částí (složek) systému tvoří jeho elementární (komponentní) složení. V tomto případě budou ty prvky systému, které jsou považovány za nedělitelné, nazývány elementárními. Část systému skládající se z více než jednoho prvku tvoří subsystém. Zároveň lze každý ze subsystémů, které implementují určitou funkci, považovat za nový systém atd. Uspořádaný soubor vztahů mezi částmi, podstatný ve vztahu k cíli, nezbytný pro realizaci funkce, formuláře struktura systémy.
Pojem struktura pochází z latinského slova struktura, což znamená struktura, uspořádání, řád, a nejpřesnější definice struktury je následující: „Struktura je chápána jako soubor prvků systému a vztahů mezi nimi. Navíc pojem „spojení“ může současně charakterizovat jak strukturu (statiku), tak fungování (dynamiku) systému. Kromě toho analýza používá dva definující koncepty struktury: materiálovou strukturu a formální strukturu.
Obecně je formální struktura chápána jako soubor funkčních prvků a jejich vztahů, které jsou nezbytné a postačující k tomu, aby systém dosáhl svých cílů. Z definice vyplývá, že formální struktura popisuje něco běžného, co je vlastní systémům stejného typu.
Materiálová struktura je zase nositelem konkrétních typů a parametrů prvků systému a jejich vztahů.
Výše uvedená úvaha nám umožňuje vyvodit dva závěry ohledně podstaty formálních struktur: zpravidla jedna a pouze jedna formální struktura odpovídá pevnému cíli; Jedna formální struktura může odpovídat mnoha materiálovým strukturám.
Při provádění systémové analýzy ve fázi studia formálních a materiálních struktur systému analytici obvykle řeší následující úkoly:
zda stávající struktura odpovídá novým cílům a funkcím systému;
je nutné reorganizovat stávající strukturu nebo je nutné navrhnout zásadně novou strukturu;
jak rozdělit (přerozdělit) nové a staré funkce systému mezi prvky struktury.
Všechny tyto úkoly do značné míry závisí na typech struktur používaných v systému. V tomto ohledu se krátce zamyslíme nad řadou typických systémových struktur používaných k popisu organizačních, ekonomických, výrobních a technických objektů (obr. 2.1).
Obr. 2.1. Typy (typy) konstrukcí
Lineární struktura (obr. 2.1, a) se vyznačuje tím, že každý vrchol je spojen se dvěma sousedními. Pokud selže alespoň jeden prvek (spojení), struktura je zničena.
Prstencová struktura (obr. 2.1, b) je uzavřená dva libovolné prvky mají dva směry připojení. To zvyšuje rychlost komunikace a činí strukturu odolnější.
Buněčná struktura (obr. 2.1, c) se vyznačuje přítomností záložních spojení, což zvyšuje spolehlivost (přežití) fungování struktury, ale vede ke zvýšení její ceny.
Vícenásobně spojená struktura (obr. 2.1d) má strukturu úplného grafu. Provozní spolehlivost je maximální, provozní účinnost je vysoká, vzhledem k přítomnosti nejkratších cest jsou náklady maximální. Speciálním případem vícenásobně propojené konstrukce je „kolo“ – (obr. 2.1, e).
Hierarchická struktura (obr. 2.1, e) se nejvíce používá při návrhu řídicích systémů, čím vyšší úroveň hierarchie, tím méně vazeb její prvky mají. Všechny prvky kromě horní a spodní úrovně mají jak příkazové, tak podřízené ovládací funkce. Každá úroveň takového systému je charakterizována úrovní hierarchie, která je definována jako poměr počtu odchozích spojení k počtu příchozích.
Hvězdicová struktura (obr. 2.1, g) má centrální uzel, který hraje roli středu, všechny ostatní prvky systému jsou podřízené.
Struktura grafu (obr. 2.1, h) je vzhledem k hierarchické neměnná a obvykle se používá při popisu výrobních a technologických systémů.
Obecně je struktura materiálním nositelem cílených činností k odstranění problémové situace a na její efektivitě do značné míry závisí konečný výsledek této činnosti. V tomto případě se při výběru jedné nebo druhé možnosti struktury doporučuje použít některé ukazatele výkonnosti, například: účinnost, centralizace, perifernost, přežití, objem.
Účinnost se posuzuje dobou odezvy systému na vliv vnějšího prostředí nebo rychlostí jeho změny a závisí především na obecném schématu zapojení prvků a jejich umístění.
Centralizace určuje možnost výkonu jednoho z prvků systému vedoucích funkcí. Numericky je centralizace určena průměrným počtem spojení mezi centrálním (vedoucím) prvkem a všemi ostatními.
Periferie charakterizuje prostorové vlastnosti struktur. Číselně je perifernost charakterizována ukazatelem těžiště konstrukce, zatímco „relativní váha“ prvku konstrukce působí jako jediné posouzení míry konektivity.
Životnost systému určuje schopnost udržovat hodnoty indikátorů, když je část systému poškozena. Tento indikátor lze charakterizovat relativním počtem prvků (nebo spojení), při zničení zbývající indikátory nepřekračují přijatelné limity.
Objem je kvantitativní charakteristika struktury a je obvykle určena celkovým počtem prvků nebo průměrnou hustotou.
Problém optimalizace struktury za účelem získání co největší účinnosti systému je aktuální a vyžaduje pro své řešení určitý matematický aparát. Jako takové zařízení se obvykle používá teorie grafů a celočíselné programování.
Struktura odráží určité vztahy, vzájemné postavení složek systému, jeho strukturu (strukturu).
Struktura sítě, neboli síť, je rozklad systému v průběhu času. Takové struktury mohou odrážet pořadí provozu technického systému (telefonní síť, elektrická síť atd.), fáze lidské činnosti (ve výrobě – schéma sítě, v návrhu – model sítě, v plánování – plán sítě atd.) .).
Hierarchické struktury představují rozklad systému v prostoru. Všechny komponenty (vrcholy, uzly) a spoje (oblouky, spoje uzlů) existují v těchto strukturách současně (časově neoddělené). Takové struktury mohou mít několik úrovní rozkladu (strukturování).
Struktury, ve kterých je každý prvek nižší úrovně podřízen jednomu uzlu (jednomu vrcholu) vyšší úrovně (a to platí pro všechny úrovně hierarchie), se nazývají stromové struktury, struktury typu „strom“, na kterých je splněna relace stromového řádu, hierarchické struktury se „silnými“ vazbami.
Struktury, ve kterých může být prvek nižší úrovně podřízen dvěma nebo více uzlům (vrcholům) vyšší úrovně, se nazývají hierarchické struktury se „slabými“ vazbami.
Maticové struktury. Maticové struktury odpovídají hierarchickým strukturám. Vztahy v podobě „slabých“ spojení mezi dvěma úrovněmi jsou podobné vztahům v matici tvořené ze složek těchto dvou úrovní.
Víceúrovňové hierarchické struktury. V teorii systémů byly navrženy speciální třídy hierarchických struktur, které se vyznačují různými principy vztahů mezi prvky v rámci úrovně a různými právy zásahu vyšší úrovně do organizace vztahů mezi prvky nižší úrovně: „vrstvy“, „ vrstvy“, „echalony“.
Strata. Při zobrazování složitých systémů je hlavním problémem najít kompromis mezi jednoduchostí popisu, který umožňuje vytvořit a udržovat holistický pohled na studovaný nebo navrhovaný objekt, a podrobností popisu, která umožňuje reflektovat četné vlastnosti konkrétního objektu. Řešením problému je definování systému pomocí rodiny modelů, z nichž každý popisuje chování systému z hlediska odpovídající úrovně abstrakce, pro každý z nich existují charakteristické rysy, zákony a principy pomocí kterým je popsáno chování systému na této úrovni. Tato reprezentace se nazývá stratifikovanéa úrovně abstrakce jsou vrstvy. Například problém modelování textu lze prezentovat ve stratifikované podobě: písmena – slova – věty – odstavce – lze identifikovat pravidla pro transformaci prvků jedné úrovně do druhé;
Stratifikovanou reprezentaci lze použít jako prostředek k důslednému prohlubování porozumění systému, jeho detailování (čím níže sestupujeme v hierarchii vrstev, tím detailnější je odhalení systému; čím výše stoupáme, tím jasnější je význam a význam celého systému se stává).
Vrstvy. Typ víceúrovňového strukturování navrženého pro organizaci rozhodovacích procesů. Aby se snížila nejistota situace, rozlišují se úrovně složitosti přijatého rozhodnutí – vrstvy, tj. je určena množina postupně řešených problémů. Problémy jsou identifikovány tak, že řešení nadložního problému by určilo omezení (přípustná míra zjednodušení) při modelování na podkladové úrovni, tzn. by snížilo nejistotu základního problému, aniž by ztratilo záměr řešit celkový problém.
Příklad: Počítačový systém s operačním systémem založeným na jádře lze považovat za systém sestávající ze tří hierarchicky uspořádaných vrstev: spodní vrstva je tvořena hardwarem, prostřední vrstvou je jádro a obslužné programy, které zpracovávají programy a aplikace, tvoří vrchní vrstva systému (obr. 5). Vrstvená struktura výpočetního systému je obvykle znázorněna jako systém soustředných kruhů, což ilustruje skutečnost, že každá vrstva může interagovat pouze se sousedními vrstvami. Ve skutečnosti s touto organizací OS nemohou aplikace přímo interagovat s hardwarem, ale pouze prostřednictvím vrstvy jádra.
Obr. 5. Třívrstvý obvod výpočetního systému
Vícevrstvý přístup je univerzální a efektivní způsob, jak rozložit složité systémy jakéhokoli typu, včetně softwarových. Podle tohoto přístupu se systém skládá z hierarchie vrstev. Každá vrstva slouží nadložní vrstvě a vykonává pro ni určitou sadu funkcí, které tvoří mezivrstvové rozhraní (obr. 3.7). Na základě funkcí podkladové vrstvy staví další vrstva (v hierarchii výše) své funkce – složitější a výkonnější, které se zase ukazují jako primitiva pro vytváření ještě výkonnějších funkcí nadložní vrstvy. Přísná pravidla platí pouze pro interakci mezi vrstvami systému a mezi moduly v rámci vrstvy mohou být spojení libovolné. Jednotlivé moduly mohou vykonávat svou práci buď samostatně, nebo kontaktovat jiný modul ve své vrstvě, nebo vyhledat pomoc od podkladové vrstvy prostřednictvím mezivrstvového rozhraní.
Echelons. pojem vícevrstvý Hierarchická struktura je zavedena následovně: systém je prezentován ve formě relativně nezávislých subsystémů, které se vzájemně ovlivňují: některé subsystémy mají rozhodovací práva a hierarchické uspořádání subsystémů (víceúrovňová struktura) je dáno tím, že někteří z nich jsou ovlivňováni nebo kontrolováni svými nadřízenými. (obr. 6)
Charakteristickým rysem víceúrovňové struktury je to, že subsystémy na všech úrovních dostávají určitou svobodu ve výběru vlastních řešení a tato rozhodnutí nemusí být řešeními, která by zvolila vyšší úroveň. Subsystémy dostávají určitou volnost ve výběru cílů – říká se jim víceúčelové struktury.
Zadání: Zapište si základní pojmy a definice.
Uveďte příklad systému. Popsat:
– množina A je množina jejích prvků;
– množina Z – množina vlastností každého prvku;
– spojení mezi prvky systému;
– struktura systému;