Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления
Выполнен анализ общих принципов системного подхода к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления. Предложена итерационная логическая схема проектирования, в рамках которой выделены три основных класса задач, решаемых на каждом из этапов. Приведено описание решающих про...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50876 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления / В.Г. Путятин, В.А. Валетчик, В.А. Додонов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 56-72. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50876 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Путятин, В.Г. Валетчик, В.А. Додонов, В.А. 2013-11-05T23:39:55Z 2013-11-05T23:39:55Z 2007 Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления / В.Г. Путятин, В.А. Валетчик, В.А. Додонов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 56-72. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50876 004.91 Выполнен анализ общих принципов системного подхода к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления. Предложена итерационная логическая схема проектирования, в рамках которой выделены три основных класса задач, решаемых на каждом из этапов. Приведено описание решающих процедур, выполняемых в пределах каждого этапа. Виконано аналіз загальних принципів системного підходу до проектування автоматизованих систем обробки інформації та керування. Запропоновано ітераційну логічну схему проектування, в рамках якої виділено три основних класи задач, що розв’язуються на кожному з етапів. Наведено опис вирішальних процедур, що виконуються в межах кожного етапу. The analysis of common principles of the system approach to designing the automated information processing and management systems is executed. The iterative logic circuit of designing, within the framework of which three basic classes of tasks solved on each of stages are allocated is offered. The description of decisive procedures which are carried out within the limits of each stage is given. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Інформаційно-аналітичні системи обробки даних Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления Системний підхід до проектування автоматизованих систем обробки інформації та керування The System Approach to Designing the Automated Information Processing and Management Systems Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления |
| spellingShingle |
Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления Путятин, В.Г. Валетчик, В.А. Додонов, В.А. Інформаційно-аналітичні системи обробки даних |
| title_short |
Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления |
| title_full |
Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления |
| title_fullStr |
Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления |
| title_full_unstemmed |
Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления |
| title_sort |
системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления |
| author |
Путятин, В.Г. Валетчик, В.А. Додонов, В.А. |
| author_facet |
Путятин, В.Г. Валетчик, В.А. Додонов, В.А. |
| topic |
Інформаційно-аналітичні системи обробки даних |
| topic_facet |
Інформаційно-аналітичні системи обробки даних |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| publisher |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Системний підхід до проектування автоматизованих систем обробки інформації та керування The System Approach to Designing the Automated Information Processing and Management Systems |
| description |
Выполнен анализ общих принципов системного подхода к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления. Предложена итерационная логическая схема проектирования, в рамках которой выделены три основных класса задач, решаемых на каждом из этапов. Приведено описание решающих процедур, выполняемых в пределах каждого этапа.
Виконано аналіз загальних принципів системного підходу до проектування автоматизованих систем обробки інформації та керування. Запропоновано ітераційну логічну схему проектування, в рамках якої виділено три основних класи задач, що розв’язуються на кожному з етапів. Наведено опис вирішальних процедур, що виконуються в межах кожного етапу.
The analysis of common principles of the system approach to designing the automated information processing and management systems is executed. The iterative logic circuit of designing, within the framework of which three basic classes of tasks solved on each of stages are allocated is offered. The description of decisive procedures which are carried out within the limits of each stage is given.
|
| issn |
1560-9189 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50876 |
| citation_txt |
Системный подход к проектированию автоматизированных систем обработки информации и управления / В.Г. Путятин, В.А. Валетчик, В.А. Додонов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 56-72. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. |
| work_keys_str_mv |
AT putâtinvg sistemnyipodhodkproektirovaniûavtomatizirovannyhsistemobrabotkiinformaciiiupravleniâ AT valetčikva sistemnyipodhodkproektirovaniûavtomatizirovannyhsistemobrabotkiinformaciiiupravleniâ AT dodonovva sistemnyipodhodkproektirovaniûavtomatizirovannyhsistemobrabotkiinformaciiiupravleniâ AT putâtinvg sistemniipídhíddoproektuvannâavtomatizovanihsistemobrobkiínformacíítakeruvannâ AT valetčikva sistemniipídhíddoproektuvannâavtomatizovanihsistemobrobkiínformacíítakeruvannâ AT dodonovva sistemniipídhíddoproektuvannâavtomatizovanihsistemobrobkiínformacíítakeruvannâ AT putâtinvg thesystemapproachtodesigningtheautomatedinformationprocessingandmanagementsystems AT valetčikva thesystemapproachtodesigningtheautomatedinformationprocessingandmanagementsystems AT dodonovva thesystemapproachtodesigningtheautomatedinformationprocessingandmanagementsystems |
| first_indexed |
2025-11-25T22:42:19Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:42:19Z |
| _version_ |
1850569092936761344 |
| fulltext |
56
УДК 004.91
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
Институт проблем регистрации информации НАН Украины
ул. Н. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки
информации и управления
Выполнен анализ общих принципов системного подхода к проектиро-
ванию автоматизированных систем обработки информации и управ-
ления. Предложена итерационная логическая схема проектирования, в
рамках которой выделены три основных класса задач, решаемых на
каждом из этапов. Приведено описание решающих процедур, выпол-
няемых в пределах каждого этапа.
Ключевые слова: система, системный подход, проектирование, аль-
тернатива, выбор.
В последние годы широкое применение находят автоматизированные систе-
мы обработки информации и управления (АСОИУ), к классу которых относятся
современные пилотажно-навигационные комплексы, радиолокационные комплек-
сы и системы обнаружения и определения координат объектов, электронно-
оптические системы обнаружения и целеуказания, территориальные автоматизи-
рованные системы воздушно-морского и наземного наблюдения, бортовые ин-
формационно-управляющие системы. Проектирование таких систем представляет
сложную в научном плане проблему.
В настоящей работе рассматривается подход к ее решению.
1. Постановка задачи системного проектирования АСОИУ
1.1. Особенности АСОИУ как объекта проектирования
В общем случае АСОИУ предназначена для сбора, передачи, хранения, обра-
ботки, отображения, распределения и выдачи информации потребителям. Она
представляет собой интегрированную информационно-управляющую систему,
объединяющую информационные ресурсы и обеспечивающую в рамках единых
стандартов сбор, накопление, обработку, поиск и представление информации в
интересах органов управления.
© В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки информации и управления
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 1 57
Особенности АСОИУ как объекта проектирования определяются в основном
ее назначением и назначением системы более высокого ранга, для которой она
создается. Не останавливаясь на возможных случаях применения АСОИУ, расс-
мотрим особенности ее как структурно-сложной многофункциональной системы.
Это, прежде всего, жесткие ограничения на время готовности и надежность сис-
темы, которые непосредственно влияют на эффективность системы.
При проектировании АСОИУ необходимо учитывать особенности внешней
среды, с которой она соприкасается при эксплуатации, и особенности внешней
обстановки. Важной особенностью АСОИУ является наличие нелинейной реак-
ции системы на различные изменения внешней среды и внешней обстановки, что
приводит к многообразию структур различных контуров управления.
Одной из существенных особенностей АСОИУ является неавтономность ее
информационного контура, жизненная необходимость постоянной связи с внеш-
ней средой (либо с источниками информации о внешней обстановке).
Особенностью АСОИУ являются также сильные перекрестные связи между
контурами управления и органами управления. Наличие иерархии в структуре
системы предусматривает обычный (функциональный) контур управления векто-
ром регулируемых переменных, а также специальный контур управления самим
функциональным контуром (перестройка его структуры, подключение резервных
подсистем и элементов, передача управления персоналу). В системе процесс су-
ществует на трех уровнях (объект, подсистемы, система в целом), причем дейст-
вует принцип подчинения низших уровней высшим. Это означает, что каждая
подсистема по своему составу представляет часть более крупной системы (систе-
мы высшего уровня или ранга), и цели каждой подсистемы подчинены целям сис-
тем более высокого уровня и служат средством их достижения. Иерархия системы
является отражением иерархии целей.
Учет реальных и особых условий функционирования системы приводит к не-
обходимости отработки алгоритмов и аппаратуры системы в полунатурных усло-
виях и проведения натурных (полигонных) испытаний, результаты которых в да-
льнейшем используются в качестве обратных связей, влияющих на процесс прое-
ктирования.
В качестве существенной особенности АСОИУ следует отметить также нево-
зможность проведения целого ряда испытаний системы в реальных условиях. Это,
в свою очередь, определяет высокие требования к обоснованию программ мате-
матического и полунатурного моделирования АСОИУ с целью извлечения на
этих этапах максимального объема информации о поведении системы в реальной
обстановке.
Таким образом, АСОИУ являются ярким представителем класса сложных
иерархических многофункциональных систем. Отличительными особенностями
системы являються: наличие большого числа взаимосвязанных между собой раз-
нородных элементов, объединенных в систему для достижения цели; многомер-
ность, обусловливаемая большим числом взаимно переплетающихся связей меж-
ду подсистемами (элементами); многокритериальность, связанная с разнообрази-
ем требований, предъявляемых к системе; многообразие структур, которое харак-
теризуется разнообразием способов организации подсистем (устройств); многоо-
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
58
бразие природы подсистем, обусловленное их различной физической сущностью;
наличие развитой системы математического и программно-алгоритмического
обеспечения для обработки в реальном масштабе времени больших информаци-
онных потоков; иерархичность структуры, уникальность технических решений;
большая трудоемкость разработки и натурных испытаний; многоплановость в на-
учном отношении. Все эти факторы делают проблему проектирования систем ва-
жной и актуальной, решение которой существенно повысит эффективность их ра-
зработки.
1.2. Общая постановка задачи проектирования АСОИУ
В общем случае АСОИУ представляют собой совокупность сложных много-
функциональных комплексов радиоэлектронных, радиотехнических, электронно-
оптических и цифровых вычислительных средств. Создание таких систем, со-
стоящих из подсистем и устройств на разнородных физических принципах функ-
ционирования, представляет собой сложную комплексную научно-техническую
проблему, связанную с проведением разноплановых прикладных исследований в
области проектирования, разработки, всех видов испытаний и применения систе-
мы по прямому назначению.
Среди большого количества существующих проблем проектирования
АСОИУ большое внимание уделяется проблеме формирования и анализа всех
альтернативных вариантов структуры системы и выбора тех из них, которые наи-
более полно удовлетворяют предъявляемым требованиям. При этом выбор пред-
почтительного варианта системы зависит от возможности количественной оценки
каждой альтернативы. Оптимизация структуры системы является одной из важ-
нейших задач, решаемых на этапах раннего проектирования АСОИУ как сложной
системы.
Рассмотрим подход к формулировке задачи проектирования АСОИУ. Проек-
тирование АСОИУ или ее крупных подсистем (модулей) состоит из двух основ-
ных этапов: внешнего проектирования (обоснование исходных данных для проек-
тирования системы) и внутреннего проектирования (проектирование системы в
соответствии с сформулированными исходными данными).
Исходные данные обосновываются путем всестороннего рассмотрения усло-
вий работы и требований, предъявляемых к АСОИУ, исходя из ее назначения.
При этом одной из наиболее важных и трудоемких задач является установление
основных показателей системы, которые в наибольшей мере определяют ее качес-
тво. Эти показатели часто называют внешними или входными параметрами сис-
темы и обозначают a1, a2, …, an.. К ним относятся, например, среднеквадратичес-
кая ошибка воспроизведения сообщений eэф, рабочая длина волны l, занимаемая
в эфире полоса частот Df, максимальная дальность действия Rmax, среднее время
безотказной работы Dtср, вес G, объем V, время Тр, затрачиваемое на разработку и
ввод системы в эксплуатацию, стоимость С и др.
По условиям задачи значения некоторых из параметров a1, a2, …, an должны
быть фиксированными, а остальные могут в процессе проектирования варьиро-
ваться (выбираться). Пусть варьируемые внешние параметры есть a1,…, ai,…, as
(s ≤ n).
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки информации и управления
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 1 59
Рассмотрим влияние на качество системы монотонного увеличения одного из
этих параметров, например ai, при прочих равных условиях, т.е. при неизменных
условиях работы системы и неизменных значениях всех остальных параметров
системы. Очевидно, при этом возможен лишь один из следующих случаев:
1) с ростом ai качество системы улучшается;
2) с ростом ai качество системы ухудшается;
3) с ростом ai качество системы не изменяется;
4) с ростом ai качество системы изменяется немонотонно (т.е. сначала ухуд-
шается, а затем улучшается или, наоборот — сначала улучшается, а затем ухуд-
шается);
5) на данном этапе проектирования не удается по тем или иным причинам
установить характер зависимости качества системы от значений параметра ai.
Очевидно, в третьем случае параметр ai не является внешним (т.е. сущест-
венно влияющим на качество системы) и может при проектировании вообще не
учитываться. В дальнейшем, если при монотонном увеличении параметра ai име-
ет место первый или второй случай, этот параметр называется показателем качес-
тва системы и обозначается Кi. Во всех остальных случаях ai не относится к клас-
су показателей качества и называется просто варьируемым параметром системы.
Качество системы реализуется через совокупность Кi.
Качество системы — совокупность свойств, определяющих степень пригод-
ности системы для использования по назначению.
Показателем качества Кi (i = 1,…, m) системы является такая числовая хара-
ктеристика системы, которая связана с ее качеством строго монотонной зависи-
мостью — чем больше (чем меньше) величина Кi, тем лучше система при прочих
равных условиях. На практике под показателем качества Ki (i = 1,…, m) понимают
количественную характеристику одного или нескольких свойств системы, состав-
ляющих ее качество, рассматриваемую применительно к определенным условиям
проектирования (создания) и эксплуатации системы.
В большинстве случаев, даже не проводя анализ действия системы, можно
сказать, какие из ее варьируемых (выбираемых) внешних параметров могут при
сформулированных исходных данных рассматриваться как показатели качества.
Показатели качества АСОИУ зависят от условий ее функционирования и те-
хнических параметров системы. Если эти условия случайны, то случайны и Кi.
Эффективность АСОИУ зависит от Кi.
Рассмотрим теперь такой показатель системы, как ее стоимость С. Очевидно,
практически всегда можно утверждать, что при прочих равных условиях, чем
меньше С, тем лучше система. Поэтому стоимость С всегда может считаться по-
казателем качества системы.
При решении вопроса о том, может ли данный показатель aі являться показа-
телем качества, влияние этого показателя на качество системы должно рассмат-
риваться при прочих равных условиях, в частности, при сохранении неизменных
значений всех остальных показателей системы. В противном случае, даже в от-
ношении такого показателя как стоимость С, нельзя утверждать, что «чем мень-
ше стоимость, тем лучше система», ибо при уменьшении стоимости С могут уху-
дшаться такие важнейшие Кi, как среднеквадратическая ошибка воспроизведения
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
60
сообщений, среднее время безотказной работы, максимальная дальность действия
и др.
С учетом изложенного, совокупность D = {D1, …, Dп} всех исходных данных
можно разбить на следующие подгруппы:
1) совокупность U = {U1, U2,…, Up} условий;
2) совокупность Os = Os1, Os2,…, Osq} ограничений на структуру и параметры
проектируемой системы;
3) состав совокупности (вектора) К = <К1, К2,…, Кm> показателей качества
системы;
4) совокупность Oк = {Oк1, Oк2,…, Oкr} ограничений, накладываемых на пока-
затели качества.
Ограничения Оs, накладываемые на структуру и параметры проектируемой
системы, содержат, во-первых, ограничения на структуру системы. Эти ограниче-
ния в зависимости от решаемой задачи могут варьироваться от весьма слабых
(нежестких) до весьма сильных (жестких). Ограничения на структуру системы
могут иметь и промежуточные значения.
При сильных ограничениях структура системы задана полностью, за исклю-
чением численных значений ее параметров. Например, может быть полностью
задана принципиальная схема системы, и в процессе проектирования варьируются
лишь численные значения параметров этой схемы.
При слабых ограничениях задается лишь класс систем, к которому должна
принадлежать проектируемая система. Например, требуется, чтобы система при-
надлежала к классу нерандомизированных систем или линейных стационарных
систем и т.д. Если сигнал также должен быть сформулирован, то задают соответс-
твующие ограничения на класс сигналов.
В промежуточном случае одни части системы должны удовлетворять силь-
ным ограничениям, другие — слабым. Соответствующие ограничения формули-
руются математически. Например, если система проектируется в классе линейных
стационарных систем, то это значит, что она определяется передаточной функци-
ей W(p), вид которой должен быть найден в результате проектирования.
Во-вторых, совокупность Оs содержит ограничения на параметры x1,…, xi,…,
xn системы. Эти ограничения могут быть типа равенств (xi = xi0), неравенств
(xi £ xim или xi min £ xi £ xim), дискретности (xi = 1, 2, 3, …), связи [Фj (x1,…, xn) £ 0
или Фj (x1,…, xn) = 0], j = 1, l, и иного характера.
Вектор К = <К1, К2,…, Кm> включает совокупность тех показателей качества
системы, которые должны учитываться в процессе проектирования. При форму-
лировке исходных данных определяется лишь состав этой совокупности, т.е. ука-
зывается, что именно следует понимать под К1, что под К2 и т.д. Численные же
значения составляющих К1, К2,…, Кm вектора К зависят от структуры и парамет-
ров системы и в процессе проектирования варьируются. В дальнейшем символ СК
будет означать, что речь идет не о величине составляющих вектора К, а лишь о
составе этого вектора.
Ограничения Ок, накладываемые на величины показателей качества К1, К2,…,
Кm, могут быть типа равенства (Кi = Кio), неравенства (Кi £ Кim, (Кi ³ 0) и связи
(например, Фj = (К1, К2,…, Кm) £ 0).
Следует отметить, что деление исходных данных на условия U, ограничения
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки информации и управления
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 1 61
Оs и показатели качества К1, К2,…, Кm является в известной мере условным, так
как в зависимости от постановки задачи проектирования одну и ту же числовую
характеристику можно рассматривать или как показатель качества, или как усло-
вие, или как ограничение. Например, диапазон температур (Tmin – Tmax) можно
рассматривать как условие работы системы, а разность температур DТ = Tmin –
– Tmax, при которых система способна функционировать, можно рассматривать
как один из Кi (так как при прочих равных условиях, чем больше DТ, тем лучше
система).
Ряд показателей качества (например, стоимость С, объем V и др.) в процессе
проектирования часто приходится переводить в разряд ограничений (типа ра-
венств или неравенств). Однако, несмотря на некоторую условность деления ис-
ходных данных на условия, ограничения и показатели качества, такое деление в
большинстве случаев оказывается полезным.
Система (вариант построения системы) S, удовлетворяющая совокупности
{U, Os} исходных данных, называется допустимой. В общем случае может суще-
ствовать не одна допустимая система, а некоторое множество Mд допустимых
систем. Допустимая система, удовлетворяющая совокупность ограничений Ок,
называется строго допустимой. Иначе говоря, строго допустимой называется сис-
тема, удовлетворяющая всей совокупности D = {U, Os, СК, Ок} исходных данных.
В общем случае может существовать не одна, а некоторое множество Мсд строго
допустимых систем.
Из всех строго допустимых систем оптимальной (наилучшей) считается та
система Sopt, которая обладает наилучшими (в заранее установленном смысле)
значением вектора К показателей качества. Следовательно, для выбора оптималь-
ной системы Sopt должен быть предварительно выбран (обоснован) критерий
предпочтения (критерий оптимальности), т.е. правило, на основании которого од-
но значение вектора К следует считать лучшим (или худшим) другого его значе-
ния.
Еще сравнительно недавно при проектировании не стремились к отысканию
обязательно оптимальной системы: задача проектирования считалась успешно
решенной, если удавалось найти (разработать) какую-либо строго допустимую
систему. Однако в последние годы становится все более актуальной задачей соз-
дание не только строго допустимых, но и оптимальных систем. Это объясняется
тем, что с каждым годом возрастают требования, предъявляемые к АСОИУ, уве-
личиваются сроки и расход средств, затрачиваемые на их разработку и изготовле-
ние.
Поэтому оказывается весьма существенным не просто удовлетворить требо-
ваниям Ок, предъявляемым к показателям качества системы, но и перевыполнить
эти требования — уменьшить по сравнению с запланированными стоимость С
системы и время Тр ее разработки, и повысить вероятность Рус успешного выпол-
нения системой основной задачи.
Задачу оптимального проектирования системы сформулируем следующим
образом: найти такую систему Sopt, которая удовлетворяет совокупности {U, Os,
СК, Ок} исходных данных и обладает при этом значением совокупности (вектора)
К = <К1, К2,…, Кm> показателей качества, наилучшим в смысле заранее выбран-
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
62
ного критерия предпочтения (критерия оптимальности системы).
Вообще говоря, в техническое задание для проектирования системы целесоо-
бразно включать и критерий предпочтения. Однако на практике выбрать достато-
чно обоснованно критерий предпочтения удается лишь в процессе самого проек-
тирования конкретной системы высокой технической сложности. Поэтому при
разработке АСОИУ и ее составных частей на этапе эскизно-технического проек-
тирования математическая формулировка задачи оптимального проектирования
АСОИУ (ее подсистем, устройств) будет конкретизирована с учетом поэтапного
уточнения совместно с заказчиком требований и ограничений к условиям функ-
ционирования АСОИУ, тактико-технических характеристик и параметров
АСОИУ и ее составных частей.
Наиболее перспективным в настоящее время можно считать поэлементное
оптимальное проектирование. Это позволит сформулировать и решить ряд задач
оптимального проектирования элементов системы и их составных частей в усло-
виях многокритериальности, что даст возможность выбора рационального по со-
вокупности показателей качества варианта технической реализации системы. Под
рациональным вариантом будем понимать такой вариант системы, который, не
являясь строго оптимальным ни по одному показателю качества, обладает прием-
лемой для заказчика разработки эффективностью в целом диапазоне изменения
показателей качества.
1.3. Сущность системного подхода к проектированию АСОИУ
При создании АСОИУ как сложных иерархических многофункциональных
систем сохраняется многоэтапный характер процесса их разработки, но требуется
коренной пересмотр подхода и методов решения проблемных задач, возникаю-
щих на каждом этапе проектирования, изготовления и испытаний. Современные
АСОИУ столь сложны и решают столь ответственные задачи, что успех при их
разработке и испытаниях возможен лишь при широком использовании принципов
системного подхода (СП) и системотехники [1–7]. Принцип системности в иссле-
дованиях сложных технических систем (СТС) предполагает выделение системо-
образующих связей и отношений, которые не выводятся из характеристик отдель-
ных элементов. Значительное повышение роли системных исследований в задачах
разработки и испытаний АСОИУ вызывается усложнением функций, выполняе-
мых функциональными устройствами и приборами, а также ужесточением требо-
ваний к качеству и эффективности функционирования системы.
В настоящее время признано [1–3], что пути повышения эффективности раз-
работок СТС в основном лежат в направлении совершенствования методов и мо-
делей их проектирования и испытаний, а создание систем невозможно сегодня без
привлечения системных методов и реализации принципов СП. Именно по этим
причинам с ростом сложности и многогранности АСОИУ в научном отношении
становится очевидной необходимость СП к проектированию перспективных
АСОИУ или, по крайней мере, наиболее крупных ее подсистем. Следует отме-
тить, что такого рода вопросам в отечественной и зарубежной литературе придае-
тся существенное значение [4–6].
Достаточно полная и четко определенная методология системных исследова-
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки информации и управления
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 1 63
ний практически отсутствует. По этой причине у разных авторов приводится раз-
личное толкование СП и его принципов применительно к задачам исследования и
проектирования определенных классов систем на ранних этапах их создания. Под
системным подходом, являющимся общей методологией исследования, проекти-
рования, материальной реализации и испытаний АСОИУ будем понимать совоку-
пность методов, рассматривающих АСОИУ в виде некоторого множества взаимо-
связанных подсистем, выступающих как единое целое. При этом он характеризуе-
тся не усложнением методов анализа, а выдвижением новых принципов к объекту
исследования, новой ориентацией всего направления исследований. Основные
задачи системного подхода при проектировании АСОИУ сводятся к следующему:
— формированию альтернативных путей построения системы;
— формированию критериев оценки системы;
— выбору компромиссного варианта построения системы;
— сокращению числа вариантов системы за счет отсева решений, заведомо
не удовлетворяющих тем или иным требованиям к системе.
Суть системного подхода к проектированию АСОИУ состоит в анализе зада-
чи проектирования системы в целом с развитием этой задачи до уровня отдельной
подсистемы при максимально полном учете всех доминирующих альтернативных
проектных решений, часто конфликтных и плохо определенных. Рассматривая
исследуемые и проектируемые АСОИУ как сложные системы, СП основывается
на ряде положений, которые условно называют «принципами» системного подхо-
да. Среди большого количества существующих принципов выделим наиболее ва-
жные: целостность, организованность, подходы от частей к целому и от целого к
частям, комплексность подхода, иерархическая стратификация и декомпозиция,
выявление и исследование всех возможных альтернатив.
1.4. Методология системного подхода
Методология системного подхода при решении задач анализа систем сводит-
ся к тому, что исследования объекта ориентируются на раскрытие его интегра-
тивных качеств, на выявление многообразных связей и механизмов, обеспечи-
вающих эти качества. Методология системного подхода при решении задач про-
ектирования систем состоит в следующем. Задача проектирования системы рас-
членяется на подзадачи проектирования ее подсистем (элементов). Причем, каж-
дая подсистема (элемент) должна рассматриваться не сама по себе, а во взаимо-
действии с другими подсистемами (элементами). Решение подзадач должно про-
исходить при условии обеспечения интегративных качеств функционирования
всей системы. Для выполнения этого требования необходим единый идеологиче-
ский и организационный план проектирования, связывающий все фазы в целом,
начиная от исследовательской проработки до фазы изготовления и эксплуатации.
Основные черты методики системного проектирования — системность и оп-
тимизационность, использование имитационного моделирования и вычислитель-
ной техники (ВТ). Обычно задача проектирования на данном уровне развития
науки и ВТ чаще всего осуществляется как многократно решаемая задача анализа
множества вариантов проекта системы.
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
64
Суть СП можно описать с помощью формализованной структуры, которая
может быть применена в практике решения задач анализа, синтеза и проектирова-
ния [4, 7]:
S = <G, W, M, Q, Str(Org), Ier, P, R, a, E, B, I, C>,
где S — совокупность методологических требований системного подхода;
G — формулирование цели проектирования, синтеза системы или ее выявле-
ние при решении задачи анализа;
W — определение интегративных качеств системы как целого и (или) мето-
дов их установления;
M — членение системы на множество ее составляющих подсистем;
Q — установление цели функционирования свойств каждой подсистемы и
изучение образования механизма обеспечения цели системы как целого и ее инте-
гративных свойств;
Str(Org) — анализ структуры (организации) системы, изучение ее влияния на
интегративные качества системы в целом;
Ier — определение уровня иерархии данной системы и ее подсистем в иерар-
хической структуре систем, куда входит данная система;
P, R, a — влияние свойств (P) системы на другие системы, а также выявление
отношений (R) связей (a) данной системы и ее подсистем с другими системами
(внешней средой);
Е — изучение влияния внешней среды на систему;
В — анализ процесса функционирования системы, в том числе, ее развития;
I — анализ информационных потоков, циркулирующих в системе и поступа-
ющих из вне для целей управления ею;
С — описание принципов управления и процесса управления системой.
Приведенная структура алгоритма системного подхода не является единст-
венной. Они достаточно многочисленны, однако принципиальных различий нет,
отличия проявляются только в деталях [7].
Отметим, что в практике использования алгоритма системного подхода к
проектированию возможен циклический, итерационный характер его применения
как в целом, так и отдельных его этапов.
1.5. Специфика системного подхода к исследованию
и проектированию АСОИУ
Системный подход требует построения укрупненных моделей, позволяющих
прежде чем приступить к проектированию АСОИУ, провести моделирование (ма-
тематическое, полунатурное, имитационное). Системный подход к проектирова-
нию АСОИУ включает в качестве основных компонентов решение задачи сравни-
тельного анализа и выбора рациональных по совокупности показателей качества
(ПК) вариантов системы, а также построение логической схемы проектирования
(ЛСП), отражающей принцип учета последующих стадий существования систе-
мы.
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки информации и управления
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 1 65
2. Основные принципы построения АСОИУ
В основу построения АСОИУ положен информационно-технологический
подход, который базируется на следующих основных принципах.
Принцип системного подхода к проектированию АСОИУ. Системный подход
является методологической основой решения проблем на всех этапах разработки
АСОИУ. СП означает, в частности, что должны быть определены цели и критерии
функционирования АСОИУ и рассмотрен весь комплекс вопросов, решение кото-
рых необходимо для наилучшего соответствия проектируемой системы установ-
ленным целям и критериям.
Принцип новых задач. Суть принципа новых задач состоит в том, чтобы не
просто переносить на новую техническую основу традиционные методы и прие-
мы обработки и управления информацией, а перестраивать эти методы и менять
организацию работы в соответствии с новыми возможностями, предоставляемы-
ми ВТ.
Принцип комплексности задач. Многие задачи, которые должны решаться в
рамках создаваемой АСОИУ, носят комплексный характер. Они должны решаться
взаимоувязанно с другими задачами.
Принцип единой информационной базы. Взаимосвязанность и упорядочен-
ность комплекса решаемых в АСОИУ задач определяется, прежде всего, инфор-
мацией, составляющей входные и выходные данные для каждой такой задачи.
Часто результат решения одной задачи является исходными данными для другой,
или несколько различных задач используют общий массив исходных данных. Из
этого следует принцип единой информационной базы системы. АСОИУ должна
содержать базу данных, в которой накапливается и по мере необходимости об-
новляется вся информация, требующаяся для решения не отдельных, а всех задач
данной АСОИУ. Эта база образует информационную модель объекта управления
или предметной области, в которой функционирует АСОИУ.
Принцип непрерывного развития. Принцип непрерывного развития системы
означает, что система должна иметь открытый характер, позволяющий вносить
изменения в постановки и алгоритмы решения уже включенных в ее состав задач,
а также добавлять новые задачи, развивать и модифицировать информационную
модель предметной области.
Принцип первого лица. Разработка системы оказывается успешной, и ее вне-
дрение дает ожидаемый эффект только, если эта работа проходит под непосредст-
венным заинтересованным руководством первого руководителя организации или
объекта.
Принцип открытых систем (открытость архитектурных решений). Система
должна быть открытой, что в данном случае подразумевает: простоту наращива-
ния системы новыми компонентами; возможность переноса системы на новые ап-
паратно-программные платформы; возможность информационной связи с систе-
мами телекоммуникаций; возможность обмена данными с существующими сис-
темами обработки информации.
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
66
Принцип модульности и иерархичности системы. Система должна строиться
из модулей. При этом изменение отдельных модулей и задач не должно приво-
дить к изменению других компонентов системы. АСОИУ формируется как мо-
дульная система из совокупности структурно-автономных сегментов с возможно-
стью их расширения и развития без нарушения функционирования.
Принцип живучести требует повышения надежности функционирования
системы в условиях риска и опасности. Это достигается физической защитой и
резервированием системных компонентов, применением средств организацион-
ного и программно-аппаратного контроля их состояния и быстрого восстанов-
ления при сбойных ситуациях.
Принцип совместимости базируется на внедрении единых для всех
компонентов системы интерфейсов и обеспечивает оперативное и согласованное
взаимодействие составных частей системы.
3. Реализация системного подхода в задачах
проектирования АСОИУ
3.1. Логическая схема системного проектирования
Конструктивной программой ведения процесса системного проектирования
АСОИУ призвана служить логическая схема проектирования (ЛСП). Она опреде-
ляет широкий круг задач проектирования: определение общей структуры
АСОИУ, организацию взаимодействия между подсистемами и элементами, учет
влияния внешней среды, выбор оптимальных режимов функционирования и
управления АСОИУ, оценку эффективности системы.
Логическая схема проектирования приведена на рис. 1.
Начальной структурной границей рассматриваемой ЛСП является тактико-
техническое задание (ТТЗ), конечной — конструкторская (КД) и эксплуатацион-
ная (ЭД) документация опытного образца. В основу построения ЛСП положена
схема проектирования, включающая последовательность стадий, соответствую-
щих уровням проработки системы: ТЗ; техническое предложение; эскизное прое-
ктирование; техническое проектирование; разработка рабочей технической доку-
ментации (рабочий проект).
В основу построения ЛСП положены следующие принципы:
— этапы представляют линейную схему последовательной разработки проек-
та системы;
— возврат на предыдущий этап возможен лишь при отрицательном результа-
те этапа;
— результатом этапа является решение, сужающее область возможной реали-
зации АСОИУ;
— выбор проектного решения осуществляется в соответствии с ЛСП.
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки информации и управления
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 1 67
Изготовление
S1
3S1
2S1
1
S 2
3S 2
2S 2
1
S 3
3S 3
2S3
1
S 4
3S 4
2S 4
1
A1
3A1
2A1
1
A2
3A2
2A2
1
A3
3A3
2A3
1
A4
3A4
2A4
1
Конструкторская и эксплуатацион-
ная документация
Тактико-техническое
задание
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
Уровень 4
Рис. 1. Логическая схема проектирования системы
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
68
На каждом из уровней (стадий, страт) ( )4,1=jj решается упорядоченное
множество проектных задач:
}{ ,4,1;3,1, === jiSS j
i
j
где }{ SSSS 1
3
1
2
1
1
1 ,,= — проектные задачи 1-го уровня:
S1
1 — определение архитектуры системы;
S1
2 — формирование вариантов структурного построения системы;
S1
3 — оценка вариантов, выбор принципиального пути построения системы.
}{ SSSS 2
3
2
2
2
1
2 ,,= — проектные задачи 2-го уровня:
S 2
1 — определение способов функциональной реализации;
S 2
2 — формирование вариантов алгоритмов и функциональных схем;
S 2
3 — оценка вариантов, выбор рационального варианта функциональной
структуры.
}{ SSSS 3
3
3
2
3
1
3 ,,= — проектные задачи 3-го уровня:
S3
1 — определение способов и средств технической реализации системы;
S 3
2 — формирование вариантов принципиальных схем;
S3
3 — оценка вариантов, выбор варианта технической реализации структуры
системы.
}{ SSSS 4
3
4
2
4
1
4 ,,= — проектные задачи 4-го уровня,
S 4
1 — определение принципов конструктивной реализации системы;
S 4
2 — формирование вариантов конструктивного построения системы;
S 4
3 — оценка вариантов, выбор конструктивной и технологической базы сис-
темы.
}{ 4,1;3,1, === jiAA j
i
j — множество исходных данных задач.
Разработанные методы системного проектирования АСОИУ позволяют тео-
ретически обосновать этап предварительного проектирования первичного иерар-
хического контура системы. При этом должны быть решены следующие задачи.
1. Формирование иерархической структуры АСОИУ для декомпозиции ее на
подсистемы и установления связи между ними с учетом требований, заданных в
техническом задании (ТЗ), и принятых принципов построения иерархической
структуры системы.
2. Формирование базовых (идеализированных) моделей выделенных подсис-
тем (с учетом состава выделенных подсистем и внутренних возмущений).
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки информации и управления
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 1 69
3. Оценка качества базовых моделей выделенных подсистем — расчет коли-
чественных показателей оценки базовых алгоритмов с целью проверки их на удо-
влетворение дисциплинирующим условиям (ДУ), заданным в ТЗ, с учетом внеш-
них и внутренних типовых возмущений).
4. Формирование множества возможных идеализированных вариантов каж-
дой из выделенных подсистем на основе базовых моделей — совокупности воз-
можных алгоритмов их действия без учета технической реализации.
5. Оценка качества моделей возможных вариантов подсистем — расчет коли-
чественных показателей оценки возможных идеализированных вариантов алгори-
тмов с целью проверки их на удовлетворение дисциплинирующим условиям, за-
данным в ТЗ.
6. Выделение множества вариантов алгоритмически допустимых моделей
(алгоритмов работы) подсистем, удовлетворяющих ДУ.
7. Формирование множества вариантов технической реализации (ТР) по каж-
дому из отобранных алгоритмов работы каждой подсистемы (формирование ва-
риантов схемной реализации — структурной избыточности подсистем; формиро-
вание вариантов технического воплощения элементов подсистем), при заданных
типах резервирования, максимальной избыточности, характеристиках элементов
для каждого состава подсистем.
8. Определение значений показателей качества (ПК) — оценка качества лю-
бого из вариантов технической реализации подсистем.
9. Выделение допустимых возможных вариантов ТР подсистем, удовлетво-
ряющих требованиям ТЗ.
10. Формирование возможных вариантов технического облика (ТО) системы.
11. Формирование обобщенных критериев оценки эффективности системы
(при заданных допустимых вариантах подсистем, ПК вариантов подсистем, усло-
виях применения системы) и их количественная оценка.
12. Выделение совокупности альтернативных вариантов системы для деталь-
ного исследования на этапе эскизного проектирования (множество рациональных
вариантов).
13. Принятие сложного решения по выбору технического облика проектного
варианта системы в условиях многокритериальности (векторная оптимизация при
заданных требованиях к весовым функциям и заданных показателях целевых фу-
нкций).
Структура процесса выбора ТО системы представлена на рис. 2, где введены
следующие обозначения: Vc.опт. — оптимальный вариант системы; ΣVс.рац. — мно-
жество рациональных вариантов системы.
Для создания теоретической базы, полностью удовлетворяющей потребнос-
тям системного проектирования АСОИУ, необходима разработка современных
методов и алгоритмов системного проектирования контуров вторичного иерархи-
ческого уровня.
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
70
V c
.о
пт
.
БЗ
БД
БЗ
П
К
Д
У
П
К
Д
У
ТЗ
∑
V c
.р
ац
.
Ф
ор
ми
ро
ва
ни
е
ие
ра
рх
ич
ес
ко
й
ст
ру
кт
ур
ы
си
ст
ем
ы
О
це
нк
а
ка
че
ст
ва
ва
ри
ан
то
в
те
хн
ич
ес
ко
й
ре
ал
из
ац
ии
по
дс
ис
те
м
В
ы
де
ле
ни
е
до
пу
ст
им
ых
во
зм
ож
ны
х
ва
ри
ан
то
в
те
хн
ич
ес
ко
й
ре
ал
из
ац
ии
по
дс
ис
те
м
Ф
ор
ми
ро
ва
-
ни
е
в
ар
иа
н-
то
в
те
хн
и-
че
ск
ог
о
об
ли
ка
с
ис
-
те
мы
Ф
ор
ми
ро
ва
-
ни
е
це
ле
вы
х
фу
нк
ци
й
В
ы
де
ле
ни
е
ва
ри
ан
то
в
си
ст
ем
ы
д
ля
пр
ор
аб
от
ки
П
ри
ня
ти
е
сл
ож
но
го
пр
ое
кт
но
го
ре
ш
ен
ия
Ф
ор
ми
ро
ва
ни
е
ба
зо
вы
х
мо
де
ле
й
по
дс
ис
те
м
Ф
ор
ми
ро
ва
ни
е
мн
ож
ес
тв
а
во
зм
ож
ны
х
ва
ри
ан
то
в
мо
де
ле
й
по
дс
ис
те
м
О
це
нк
а
ка
че
ст
ва
ба
зо
вы
х
мо
де
ле
й
по
дс
ис
те
м
О
це
нк
а
ка
че
ст
ва
мо
де
ле
й
во
зм
ож
ны
х
ва
ри
ан
то
в
по
дс
ис
те
м
Ф
ор
ми
ро
ва
ни
е
мн
ож
ес
тв
а
ва
ри
ан
то
в
ТР
по
дс
ис
те
м
В
ы
де
ле
ни
е
мн
ож
ес
тв
а
ва
ри
ан
то
в
ал
го
ри
тм
ов
до
пу
ст
им
ых
мо
де
ле
й
по
дс
ис
те
м
Ф
ор
ми
ро
ва
-
ни
е
сх
ем
но
й
ре
ал
из
ац
ии
по
дс
ис
те
м
Ф
ор
ми
ро
-
ва
ни
е
ва
ри
ан
то
в
те
хн
ич
ес
ко
-
го
в
оп
ло
щ
е-
ни
я
эл
ем
ен
-
то
в
по
дс
ис
-
те
м
П
К
Д
У
Ри
с.
2
. С
хе
ма
в
ы
бо
ра
т
ех
ни
че
ск
ог
о
об
ли
ка
с
ис
те
мы
Системный подход к проектированию
автоматизированных систем обработки информации и управления
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 1 71
Выводы
1. Исследуемые АСОИУ характеризуются большим количеством составляю-
щих ее элементов, структурной сложностью, функциональной и элементной из-
быточностью, многомерным критерием качества. Всесторонний учет таких осо-
бенностей требует анализа и коренного пересмотра сложившегося традиционного
подхода к проектированию. Рассмотрены основные факторы, существенно влия-
ющие на процесс проектирования АСОИУ и требующие совершенствования ме-
тодов их проектирования.
2. Анализ практики проектирования АСОИУ как сложных многофункциона-
льных систем показал, что традиционные методы разработки, базирующиеся на
автономном проектировании подсистем, не удовлетворяют потребностей созда-
ния системы, а также содержащих ее систем более высокого ранга. При традици-
онных методах проектирования АСОИУ в недостаточной степени учитывались
требования их системного применения, недостаточно строго обосновывалась
структура системы. Признано целесообразным использовать для этих целей ме-
тод, основанный на последовательном применении системного подхода. Реализа-
ция методов системного проектирования в практику разработки АСОИУ позволя-
ет теоретически обосновать этап предварительного проектирования технического
облика системы. Приведены задачи, решаемые при выборе технического облика
системы, и блок-схема процесса выбора технического облика проектного вариан-
та системы, увязывающего эти задачи.
3. Выполнен анализ общих принципов системного подхода к исследованию,
проектированию и испытаниям АСОИУ, дано обоснование необходимости его
применения при разработке системы, раскрыта сущность системного подхода к
проектированию АСОИУ, состоящая в анализе задачи проектирования системы в
целом с развитием этой задачи до уровня отдельной подсистемы при максимально
полном учете всех доминирующих альтернативных проектных решений, часто
конфликтных и плохо определенных.
4. Системный подход к проектированию АСОИУ включает в качестве основ-
ных компонентов решение задачи сравнительного анализа и выбора рациональ-
ных по совокупности показателей качества вариантов системы, а также построе-
ние логической схемы проектирования, отражающей принцип учета последую-
щих стадий существования АСОИУ. Предложена итерационная ЛСП, в рамках
которой выделены три основных класса задач, решаемых на каждом из этапов:
построение (генерирование) вариантов системы; задачи анализа, связанные с изу-
чением свойств и поведения системы; задачи синтеза, сводящиеся к выбору вари-
анта системы, исходя из заданных ее свойств. В данном случае задача анализа ин-
терпретируется как оценка построения множества вариантов системы по совокуп-
ности показателей качества. Практическая реализация системного подхода к про-
ектированию осуществляется путем перехода к локальным задачам оптимизации
подсистем с сохранением связей, свойственных АСОИУ в целом.
5. Приведено описание решающих процедур, выполняемых в пределах каж-
дого этапа ЛСП: декомпозиция; построение вариантов, их анализ и оценка: приня-
В. Г. Путятин, В. А. Валетчик, В. А. Додонов
72
тие (выбор) решения. СП, как методология ранних стадий проектирования
АСОИУ, связанных с выбором технического облика системы, обеспечивает соп-
ряжение задач локальной оптимизации функциональных подсистем и интеграль-
ного процесса оптимизации системы в целом.
1. Конторов Д.С., Голубев-Новожилов Ю.С. Введение в радиолокационную системотехнику.
— М.: Сов.радио, 1981. — 368 с.
2. Холл А.Д. Опыт методологии для системотехніки / Пер. с англ.; Под ред. Г.Н. Поварова. —
М.: Радио и связь, 1988. — 488 с.
3. Окунев Ю.Б., Плотников В.Г. Принципы системного подхода к проектированию в технике
связи. — М.: Связь, 1976. — 184 с.
4. Овчинников В.Г. Методология проектирования автоматизированных информационных сис-
тем: основы системного подхода. — М.: Компания Спутник+, 2005. — 285 с.
5. Рейнгольд Л.Д. Структурирование информации. Системный подход. — М.: Наука, 2004. —
200 с.
6. Шумский А.А., Шелупанов А.А. Системный анализ в защите информации. — М.: Из-во «Ге-
лиос АРВ», 2005. — 224 с.
7. Щедровицкий Г.П. Принципы и общая схема методологической организации системно-
структурных исследований и разработок. — В книге Системные исследования. — М: Наука. —
Ежегодник. Системные исследования, 1981. — С. 192–227.
Поступила в редакцию 17.01.2007
УДК 004.91
1. Постановка задачи системного проектирования АСОИУ
1.1. Особенности АСОИУ как объекта проектирования
1.2. Общая постановка задачи проектирования АСОИУ
1.3. Сущность системного подхода к проектированию АСОИУ
1.4. Методология системного подхода
1.5. Специфика системного подхода к исследованию
и проектированию АСОИУ
2. Основные принципы построения АСОИУ
3. Реализация системного подхода в задачах
проектирования АСОИУ
3.1. Логическая схема системного проектирования
Выводы
|