приложения системного анализа

¹Будылина Е.А., ²Гарькина И.А., ²Данилов А.М.

¹Московский государственный машиностроительный университет

²Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

В связи с размытостью представлений об идентификации как об особом типе человеческой деятельности идентификационный подход к настоящему времени еще окончательно не оформился: здесь доминирует математический уровень строгости; математический язык рассматривается как наилучшее средство представления системы (хотя теоретически роль человека при определении целей идентификации во многом не сформулирована). В большинстве работ ограничиваются лишь постановкой и исследованием математических задач и не затрагиваются содержательные и человеческие аспекты практической идентификации.

Как правило, синтез сложной системы начинается с когнитивного моделирования. В качестве субъекта идентификации выступает группа специалистов, способная выполнить необходимые операции для реализации процесса идентификации. При определении отдельных фрагментов системы межэлементные связи определяются группой в целом при доминирующей роли каждого из специалистов различного профиля (связано с междисциплинарным характером исследований). Операциональная модель субъекта идентификации (физические и мысленные операции) имеет ярко выраженный феноменологический характер без объяснения механизмов выполнения субъектом операций. Когнитивная модель позволяет произвести декомпозицию материала до определенного уровня и приближенно свести синтез целостной системы к синтезу подсистем. Далее выбирается класс математических моделей. Входящие в состав системы отдельные фрагменты рассматриваются как подсистемы (с указанием способов измерения свойств каждой из подсистем). Возникает задача описания системы на основе формализации ее свойств (определяют и ее структуру). Выбор математической модели связан со структурной идентификацией (выбор класса моделей), решением общей задачи идентификации в выбранном классе моделей с последующим решением частной задачи идентификации – параметрической. Одно из главных требований к моделям - простота интерпретаций физического смысла входящих в модели коэффициентов.

Идентификация относится к классу некорректных задач: при приближенном решении обратной задачи по некоторому классическому алгоритму формально без учета некорректности возможно получение результата, не имеющего ни научной, ни прикладной ценности. Для преодоления некорректности имеются два пути: корректная постановка задачи, основанная на привлечении дополнительной информации об искомом решении (сравнение результатов экспериментальных исследований с теоретическими); управление классическими алгоритмами некорректно поставленной задачи. Обычно используется первый путь.

При практической реализации обсуждаемого идентификационного подхода естественно предполагается комплексное, системное решение задачи идентификации при должном осознании роли и функций человека в процессе идентификации. В основе лежит иерархическая структура критериев эффективности системы. Декомпозиция системы в рамках этой иерархии продолжается до получения на нижнем уровне иерархии элементов, принадлежащих разработанным типам (в необходимых случаях должны быть сформулированы технические задачи по разработке дополнительных элементов). На основе принятой после когнитивного моделирования иерархической структуры критериев качества строится иерархическая структура собственно системы с оценками её элементов (основа перспективного планирования всего комплекса разработок и отдельных систем).

Некоторое упрощение математической модели системы возможно при минимизации критериального пространства (например, методом главных компонент). При синтезе сложных систем используются различные способы оптимизации параметров, в том числе векторной (преодоление неопределенностей целей с использованием линейной свертки, введением контрольных показателей, построением множеств Парето и т.д.). При таком подходе к разработке систем в той или иной степени используются модификации методики ПАТТЕРН.

Так, при идентификации серных композиционных материалов как систем по совокупности частных критериев, выбранных в соответствии с техническим заданием, использовались модели подвижности смеси, прочности, пористости, радиационного разогрева, долговечности; эффективно применялось описание структуры и свойств радиационно-защитных композитов по характеристикам кинетических процессов.

В случае эргатических систем идентификация многократно осложняется трудностями формализации деятельности оператора по управлению объектом, оценки переноса навыков управления с имитатора на реальный объект. Это требует решения комплекса взаимосвязанных задач: формализации управляющих движений оператора (параметры непрерывного, дискретного, импульсного процессов, потока заявок, временного ряда и др.); разработки функционалов качества для описания оценки оператором характеристик объекта; определения связи между техническими параметрами объекта и частными функционалами качества и т.д. Используется и концепция последнего десятилетия – модульность конструкции и программно-математического обеспечения.

В указанных приложениях [1,2] методов системного анализа для анализа и синтеза сложных систем различной природы подтвердилась эффективность их использования.

Литература

1. Данилов А.М., Гарькина И.А. Сложные системы: идентификация, синтез, управление: монография. - Пенза: ПГУАС, 2011. – 308 с.

2. Данилов А.М.,Гарькина И.А., Домке Э.Р. Математическое и компьютерное моделирование сложных систем. - Пенза: ПГУАС, 2011. -296 с.