Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Структуры, виды и формы их представления





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

3.1. Понятие структуры. Типы структур

При анализе систем значительный интерес представ­ляет изучение их структуры. Структура отражает наиболее существенные, устойчивые связи между эле­ментами системы и их группами, которые обеспечива­ют основные свойства системы. Иначе говоря, структу­ра — это форма организации системы, скелет, костяк су­ществования системы. Вместе с тем структура системы может претерпевать определенные изменения в зависи­мости от факторов (причин) внутренней или внешней природы, от времени. Одна и та же система может быть представлена разными струк­турами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели создания.

Рассмотрим ряд типовых структур систем, использующихся при описании организационно-экономических, производственных и технических объектов.

Линейная (последовательная) структура (рис. 2) характери­зуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними. При выходе из строя хотя бы одного элемента (связи) структура разру­шается. Примером такой структуры является конвейер.

О-О-О-О-О-О-О

Рис. 2. Линейная структура

Кольцевая структура (рис. 3) отличается замкнутостью, лю­бые два элемента обладают двумя направлениями связи. Это по­вышает скорость общения, делает структуру более живучей.

Сотовая структура (рис. 4) характеризуется наличием резерв­ных связей, что повышает надежность (живучесть) функциониро­вания структуры, но приводит к повышению ее стоимости.

Рис. 3. Кольцевая структура Рис. 4. Сотовая структура

Многосвязная структура (рис. 5) имеет структуру полного графа. Надежность функционирования максимальная, эффективность функционирования высокая за счет наличия кратчайших пу­тей, стоимость — максимальная.

Рис. 5. Многосвязная структура

Звездная структура (рис. 6) имеет центральный узел, кото­рый выполняет роль центра, все остальные элементы системы яв­ляются подчиненными.

Рис. 6. Звездная структура

Графовая структура (рис. 7) используется обычно при описа­нии производственно-технологических систем.

Рис. 7. Графовая структура

Сетевая структура (сеть) — разновидность графовой структу­ры, представляющая собой декомпозицию системы во времени.

Рис.8.Сетевая структура

Например, сетевая структура может отображать порядок дей­ствия технической системы (телефонная сеть, электрическая сеть и т. п.), этапы деятельности человека (при производстве продукции — сетевой график, при проектировании — сетевая модель, при планиро­вании — сетевая модель, сетевой план и т. д.).

Для анализа сложных сетей существует математический аппарат теории графов, прикладная теория сетевого планирования и управления.

 

Иерархическая структура получила наиболее широкое рас­пространение при проектировании систем управления, чем выше уровень иерархии, тем меньшим числом связей обладают его эле­менты. Все элементы кроме верхнего и нижнего уровней обладают как командными, так и подчиненными функциями управления.

Иерархические структуры представляют собой декомпозицию си­стемы в пространстве. Все вершины (узлы) и связи (дуги, ребра) суще­ствуют в этих структурах одновременно (не разнесены во времени).

Иерархические структуры, в которых каждый элемент ниже­лежащего уровня подчинен одному узлу (одной вершине) вышестоящего (и это справедливо для всех уровней иерархии), называют древовидными структурами (структурами типа "дерева"; иерархическими структурами с сильными связями) (рис. 9, а).

Наибольшее распространение имеют древовидные иерархические структуры, с помощью которых представляются конструкции сложных технических изделий и комплексов (рис.9,б), структуры классификаторов и словарей, структуры целей и функций, производственные структуры (рис. 9,в), организационные структуры предприятий.

Структуры, в которых элемент нижележащего уровня может быть подчинен двум и более узлам (вершинам) вышестоящего уров­ня, называют иерархическими структурами со слабыми связями (рис. 9, г).

а б в г

 

Рис. 9. Иерархические структуры

В виде иерархических структур представляются конструкции сложных технических изделий и комплексов, структуры классифи­каторов и словарей, структуры целей и функций, производствен­ные структуры, организационные структуры предприятий.

В иерархических структурах важно лишь вы­деление уровней соподчиненности, а между уровнями и компонен­тами в пределах уровня могут быть любые взаимоотношения. В соответствии с этим существуют структуры, использующие иерар­хический принцип, но имеющие специфические особенности, и их целесообразно выделить особо.

В общем случае термин иерархия (соподчиненность) означает порядок подчинения низших по должности и чину лиц высшим, широко применяется для характеристик взаимоотношений в аппарате управления государством, армией и т.д., кроме того, концепция иерархии распространяется на любой согласованный по подчиненности порядок объектов. Поэтому, в принципе, в иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчинения, а между уровнями и между компонентами в пределах уровня могут быть любые взаимоотношения. В связи с этим существуют структуры, использующие иерархические принципы, но имеющие специфические особенности.

 

3.2. Многоуровневые иерархические структуры

В теории систем М. Месаровича предложены особые классы иерархических структур (страты, слои, эшелоны), отличающиеся различными принципами взаимоотношений элементов в пределах уровня и различным правом вмешательства вышестоящего уровня в организацию взаимоотношений между элементами нижележащего.

Учитывая важность этих видов структур рассмотрим их подробнее.

 

Страты

При отображении сложных систем основная проблема состоит в том, чтобы найти компромисс между простотой описания, позволяющей составить и сохранять целостное представление об исследуемом или проектируемом объекте, и детализацией описания, позволяющей отобразить многочисленные особенности конкретного объекта. Один из путей решения этой проблемы – задание системы семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зрения соответствующего уровня абстрагирования. Для каждого уровня существуют характерные особенности, законы и принципы, с помощью которых описывается поведение системы на этом уровне.

Стратификация — представление системы семейством моделей, каждая из которых описывает поведение системы с точки зре­ния соответствующего уровня абстрагирования. Такое представ­ление названо стратифицированным, а уровни абстрагирования — стратами.

В качестве простейшего примера стратифицированного описания проведем отображение ЭВМ в виде двух страт, нижняя – физические операции (система описывается на языке физических законов управления работой механических и электронных элементов; верхняя – математические и логические операции).

Примером стратифицированного описания может служить и выделение уровней абстрагирования системы от философского или теоретико-познавательного описания ее замысла до материального воплощения (рис. 10).

Такое представление помогает понять, что одну и ту же систему на разных стадиях познания и проектирования можно описывать различными средствами, т.е. как бы на разных языках.

Страты могут выделяться по разным принципам. Например, при представлении системы управления предприятием страты могут соответствовать сложившимся уровням управления: управление технологическими процессами и организационное управление предприятием. Если предприятие входит в объединение, то к этим двум стратам может быть добавлен уровень управления объединением.

Стратифицированное представление может использоваться и как средство последовательного углубления представления о системе, ее детализации (рис. 11): чем ниже опускаемся по иерархии страт, тем более детальным становится раскрытие системы; чем выше поднимаемся, тем яснее становится смысл и значение всей системы.

Начинать изучение системы можно с любой страты. В процессе исследования могут добавляться новые страты, изменяться подход к выделению страт. На каждой страте может использоваться свое описание, своя модель, но система сохраняется до тех пор, пока не изменяется представление на верхней страте – ее концепция, замысел, который нужно стремиться не исказить при раскрытии на каждой страте.

 

Основные уровни (страты) изучения систем: макроскопический и микроскопический анализы.

Макроскопический анализ заключается в игнорирова­нии деталей структуры системы и наблюдении только общего поведения системы как целого.

Цель макроскопического анализа состоит в создании модели изучаемой системы в ее взаимодействии с окружением (модель "вход-выход" — модель типа "черный ящик"). Сюда относится тип струк­туры и границы системы, характер взаимодействия "вход-выход", особенности функционирования и т. д.

Микроскопический анализ детально описывает каждый из компонентов системы. Центральным при этом является понятие элемента. Изучаются связи и функции элементов, структура системы и т. д.

Можно назвать следующие задачи микроанализа:

· выделение элементов в системе;

· изучение каждого из элементов;

· установление структуры системы;

· выявление связи между элементами.

Однако для описания сложных систем двух страт недостаточ­но. В этом случае используется иерархическая структура описания системы, при котором более высокий уровень иерархии выступает в качестве макроописания для нижнего (микроуровня).

Примеры:

1. В стратифицированном описании изображение ЭВМ можно рассмотреть
в виде двух страт:

нижняя - страта физических операций. Здесь система описывается на языке физических законов;

верхняя - страта математических и логических операций. Здесь описыва­ется программирование и реализация программ, осуществляемые с помощью абстрактных, нефизических понятий, информационные потоки, команды языков программирования и т. д.

2. При разработке баз данных принято выделять концептуальный, логиче­ский и физический уровни.

Страты могут выделяться по разным принципам. Например, при представлении системы управления предприятием страты мо­гут соответствовать сложившимся уровням управления: управле­ние технологическими процессами (собственно производственным процессом) и организационное управление предприятием.

Стратифицированное представление может использоваться и как средство последовательного углубления представления о си­стеме, ее детализации:

чем ниже опускаемся по иерархии страт, тем более деталь­ным становится раскрытие системы;

чем выше поднимаемся, тем яснее становится смысл и значе­ние всей системы.

Слои

Для организации системы управления и принятия решений в сложных системах используется многослойные (многоуровневые) иерархические структуры. При этом задача управления разделя­ется на уровни компетентности (ответственности) — слои (рис. 9): на верхних слоях (уровнях) принимаются более общие решения, которые детализируются на нижних. Решение вышестоящего уров­ня выступает в качестве постановки задачи для нижестоящего (при постановке задачи задаются цели и ограничения управления).

Рис. 12. Слои

Многослойные системы управления (принятия решений) ши­роко используются для решения задач планирования и управле­ния промышленными предприятиями, концернами и т. п.

Эшелоны

Если система представляется иерархической структурой с от­носительно независимыми, взаимодействующими между собой эле­ментами, то такую структуру называют многоэшелонной. При этом, с одной стороны, отдельные (или все) элементы имеют права при­нятия решений, а с другой — некоторые их них находятся под влия­нием или управляются вышестоящими (рис. 10). Уровень такой иерархии называется эшелоном.

Основной отличительной особенностью многоэшелонной струк­туры является предоставление элементам всех уровней определен­ной свободы в выборе их собственных решений, что повышает эф­фективность функционирования системы. Поскольку элементы также в таких системах имеют определенную свободу в выборе своих целей, то многоэшелонные структуры называют многоцелевыми.

Рис. 13. Многоэшелонная структура: ЭПР — элемент,

принимающий решение; ОС — обратная связь;

ИОС — информационная ОС

В связи с предоставлением прав самостоятельности в приня­тии решений элементы могут формировать противоречащие друг другу ("конфликтные") цели и решения, что затрудняет управле­ние. Разрешение конфликтов достигается путем вмешательства вышестоящего эшелона. Управляющие воздействия для разреше­ния этих противоречий со стороны вышестоящих уровней иерархии могут быть разной силы: в частности, разделяют понятия "управ­ление" и "координация". При этом координация может иметь разную силу воздействия ("вмешательства") и осуществляется в раз­ной форме. В связи с этим теорию многоуровневых систем М. Месаровича иногда называют теорией координации. В этой теории содержатся рекомендации о том, чтобы в процессе принятия решений подсистемы не всегда стремились бы отстаивать свои интере­сы, доводя дело до конфликтных ситуаций, а вступали бы в коалиции.

В зависимости от принятых принципов, силы и форм вмеша­тельства вышестоящих эшелонов в дела нижестоящих процесс принятия решения может происходить по-разному, т. е. по-разному может быть организована система управления принятием реше­ний, поэтому многоэшелонные, многоцелевые иерархические струк­туры называют также организационной иерархией.

Пример. Отношения, подобные принятым в эшелонированных структурах, реализуются в практике управления в форме так называемых холдинговых струк­тур или холдингов.

Матричные структуры

Как говорилось выше, структуры систем можно представлять не только в графическом виде, но и, в частности, в табличном (мат­ричном). В форме матричного представления могут быть представле­ны взаимоотношения между уровнями иерархической структуры.

Например, иерархическая структура с сильными связями, может быть представлена в виде матричной структуры, показан­ной на рис. 11, а.

Такое представление удобно использовать на практике, на­пример, при оформлении планов, поскольку в нем нужно еще ука­зать исполнителей, сроки выполнения, формы отчетности и другие сведения, необходимые для контроля выполнения плана.

Взаимоотношения между уровнями иерархии со "слабыми" связями могут быть представлены в виде двумерной матричной структуры (рис. 11, б).

Рис. 11. Табличное представление иерархических структур с сильными (а) и

слабыми (б) связями

Смешанные иерархические структуры с вертикальными и горизонтальными связями

В реальных системах организационного управления (особенно на уровне региона, корпорации, государства) могут быть использо­ваны одновременно несколько видов иерархических структур — от древовидных до многоэшелонных. Такие иерархические структуры можно назвать смешанными. При этом основой объединения струк­тур могут служить страты, и поэтому, в принципе, можно считать их развитием стратифицированного представления.

В таких смешанных иерархических структурах могут быть как вертикальные связи разной силы (управление, координация), так и горизонтальные взаимодействия между элементами (подсистема­ми) одного уровня.

3.3. Оценка структур

При выборе того либо иного варианта структур целесообразно использовать некоторые показатели эффективности, например: оперативность, централизацию, периферийность, живу­честь, объем.

Оперативность оценивается временем реакции системы на воз­действие внешней среды либо скоростью ее изменения и зависит в основном от общей схемы соединения элементов и их расположения.

Централизацияопределяет возможность выполнения одним из элементов системы руководящих функций. Численно централи­зация определяется средним числом связей центрального (руково­дящего) элемента со всеми остальными.

Периферийностьхарактеризует пространственные свойства структур. Численно периферийность характеризуется показателем "центра тяжести структуры", при этом в качестве единичной оценки меры связности выступает "относительный вес" элемента структуры.

Живучесть системы определяется способностью сохранять основные свойства системы при повреждении ее части. Этот показатель может характеризоваться относительным числом элементов (или связей), при уничтожении которых показатели системы не выходят за допустимые пределы.

Объемявляется количественной характеристикой структуры и определяется обычно общим количеством элементов либо их сред­ней плотностью.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.