Главная | Обратная связь

Неформальные этапы разработки систем

Одной из важнейших специфических особенностей, отличающих АСУ от технических систем любой сложности, является значительно более тесная связь с внешней средой. Обеспеченная ресурсами техническая система может длительное время функционировать без существенных связей с внешней средой, т.е. в достаточной степени автономна. АСУ в этом смысле гораздо ближе к живым объектам, которые просто не могут существовать без непрерывного взаимообмена с внешней средой веществом, энергией и информацией. Во многих случаях внешняя среда влияет на алгоритмы и процедуры принимаемых решений, а часто и на цель и критерии эффективности, заставляя перестраивать или видоизменять внутреннее содержание системы. Это же относится к накладываемым на систему внешней средой ограничениям, изменения которых могут быть настолько радикальными, что требуют перестройки функционирования всей системы. Теснотой связи с внешней средой во многом и определяются требования гибкости и адаптивности АСУ к изменениям, которые должны учитываться с самого начала ее разработки.

Поэтому наряду с официальными стадиями разработки АСУ, рассмотренными выше, выделяют логические этапы – внешнее и внутреннее проектирование или соответственно проектирование на макро- и микроуровнях. В принципе такие этапы существуют и при разработке любой технической системы. Первый из них заключается в определении требований к разрабатываемой системе исходя из ее целесообразного использования в определенных условиях, а второй – в собственно проектировании системы. В АСУ эти этапы четче выделены, имеют гораздо большее значение, а реализация их порой требует специалистов разного профиля.

При внешнем проектировании в максимальной степени применяется методология системного анализа. Локализуется сама система, определяются ее границы; выявляются факторы внешней среды, влияющие на систему или находящиеся под ее влиянием; определяются входные воздействия, на которые она должна реагировать, и связь ее выходов с внешней средой; устанавливается требуемая реакция системы на входные воздействия; определяются цель ее функционирования, критерии эффективности и системные ограничения. Иными словами, это этап выяснения взаимодейстия системы с внешней средой, на котором определяется, что и зачем будет делать система и почему она должна действовать так, а не иначе.

Внутреннее проектирование определяет содержание самой системы, оно отвечает на остальные системные вопросы: как, какими методами, способами и средствами будет выполнять система свои функции, кто, где и когда будет выполнять необходимые для этого операции и процедуры.

Внешнее и внутреннее проектирование связаны между собой. Может оказаться, что задачи, сформулированные при внешнем проектировании, не могут быть эффективно решены ввиду отсутствия адекватных методов и моделей либо технических средств с необходимыми характеристиками, причем ни те, ни другие не могут быть получены за приемлемое время или стоимость. Поэтому требуется, по крайней мере, одна, а иногда и больше итераций.

Начинать разработку надо всегда с внешнего проектирования, определяя максимальные требования к системе и игнорируя возможные внутренние ограничения, как если бы она обладала идеальными возможностями бесконечной мощности. Затем определяют, можно ли удовлетворить эти требования известными методами и техническими средствами независимо от того, располагает ли разработчик такими возможностями в настоящий момент. При положительном прогнозе оценивают реальность использования этих методов и средств в системе. Если имеются значительные трудности, выясняют, какие наиболее близкие по характеристикам реально допустимые средства могут быть использованы, в какой степени при этом видоизменяются требования к системе, насколько они должны быть снижены и являются ли эти сниженные требования приемлемыми для того, чтобы АСУ была достаточно эффективной. Ясно, что при отрицательном ответе дальнейшая работа над системой не имеет смысла, пока не будут выявлены пути преодоления возникших трудностей. Во всяком случае, нельзя идти от обратного, т.е. определять характеристики системы по тем возможностям, которые есть в распоряжении разработчика, даже если они достаточно велики. Это равносильно тому, когда постановка задачи подгоняется под известный метод решения, например путем линеаризации нелинейных зависимостей, снижения размерности и т.п. Задача будет решена, но полученные результаты практической ценности в большинстве случаев иметь не будут.

Арсенал методов, используемых на этапе внутреннего проектирования, достаточно богат. Вместе с тем практика показывает, что весьма продуктивными являются методы: единичной нити, большой нагрузки и состязательных или конфликтных ситуаций, особенно при их совместном использовании.

Метод единичной нити. Он заключается в анализе и последующем синтезе для разрабатываемой системы реакции системы в целом и ее элементов на каждый возможный вид входных воздействий в отдельности. Результат анализа удобно представить в виде цепочки последовательных реакций или комплекса процедур различных подразделений и других элементов системы, обеспечивающих нужную реакцию системы в целом. В отдельных случаях целесообразно прослеживать цепочку реакций в обратном направлении - от выхода к входу. Например, анализ хода изготовления одного вида готовой продукции полезно начинать с выхода, определяя последовательно, какие узлы поступают на сборку, какие детали нужны для сборки узлов и какие материалы нужны для изготовления деталей. Информационные потоки чаще лучше изучать начиная со входа, выясняя, например, какие внутренние документы порождаются системой при появлении на ее входе одного заказа, что происходит в отдельных подразделениях вплоть до выпуска заказанной продукции и сопровождающей финансовой и технической документации. Метод единичной нити помогает четче структуризовать систему, оценить времена реакций подразделений и системы в целом на различного рода воздействия.

Синтез структуры, поиск возможных решений по отдельным элементам системы с использованием метода единичной нити остается искусством и пока не поддается строгой формализации. Поэтому по возможности для синтеза следует использовать более мощные средства, если они имеются. Однако для анализа, сопоставления возможных вариантов простой и наглядный метод единичной нити оказывается часто весьма полезным. При этом следует помнить, что при построении единичной нити игнорируется поступление в систему многих как однотипных, так и разнотипных сигналов (в дальнейшем термины сигнал и воздействие будут использоваться как синонимы).

Не вызывает особых затруднений обслуживание одного заказа, но если их поступает несколько тысяч в день, то возникает совсем другая и чрезвычайно трудная проблема – большая нагрузка.

Метод большой нагрузки. Как и при исследовании единичной нити, в качестве инструмента используется модель – аналитическая, графоаналитическая или графическая - движения материальных и информационных потоков. Однако если при анализе единичной нити используют в основном логические методы, то при анализе большой нагрузки важное значение имеют методы и модели теории массового обслуживания. Это объясняется тем, что большая нагрузка всегда связана с появлением очереди – либо система не успевает обрабатывать поступающие входные сигналы и они выстраиваются в очередь, либо система или ее элементы простаивают в ожидании входных сигналов, образуя очередь блоков обслуживания. В полностью детерминированной системе работа блоков обслуживания согласована, с потоком поступающих требований и проблема очереди не возникает, но в АСУ управляемые процессы стохастичны по своей природе, чем и объясняется неизбежное появление очередей. Если время ожидания и другие характеристики очереди оказываются неудовлетворительными, то можно сократить время ответной реакции элементов, заменив их на более быстродействующие, или изменить структуру прохождения заказа через систему, т.е. единичную нить. Другим способом является введение параллельных каналов обслуживания, т.е. установка дополнительных элементов системы. Наконец, улучшить характеристики системы можно путем введения буферного, накопительного хранения промежуточных результатов между элементами, чтобы сгладить пиковые нагрузки. На практике обычно применяется сочетание указанных методов.

Таким образом, время отклика системы на одиночное входное воздействие определяется принятым вариантом единичной нити и характеристиками блоков обслуживания, а число обслуживающих блоков, емкость, расположение и тип промежуточных хранилищ устанавливаются при решении задач большой нагрузки.

На этапах единичной нити и большой нагрузки предполагается, что система работает в некотором предусмотренном разработчиками нормальном режиме, отклонения от которого не рассматриваются, как если бы они не существовали. На самом деле всегда существуют случайные изменения, которые нарушают работу системы, понижают ее эффективность, а в некоторых случаях могут вовсе вывести ее из строя. Входные воздействия могут быть непредусмотренного типа, поступать слишком рано или слишком поздно. Элемент системы может либо выйти из строя, либо действовать не оптимальным образом. Персонал системы или ее пользователи могут предпринимать действия, препятствующие нормальной работе, а порой дискредитирующие или выводящие ее из строя.

Метод конфликтных ситуаций. При анализе конфликтных ситуаций основная трудность - в их выявлении. Разработчик системы должен суметь предугадать возможные случаи отклонений от нормального режима работы. Наилучшие результаты дает хотя и не очень изящный, но достаточно надежный путь перебора всех предусмотренных проектом входных воздействий, элементов и реакций системы. Предварительно желательно определить, какие отклонения типичны для входных воздействий. Например, если на вход системы поступает документ, возможны следующие отклонения: поступление документа до или после установленного срока; число копий меньше требуемого; отсутствие необходимых подписей и (или) печатей; ошибки заполнения - некоторые графы пропущены, не сходятся контрольные суммы по строкам или колонкам, записаны не предназначенные данному пользователю позиции. Фактически рассматривают каждую составную часть входного документа и путем логического анализа выявляют возможные существенные отклонения.

Таким же образом определяют возможные отклонения от нормального режима для каждого элемента системы и ее выходов.

Затем необходимо принять решение о поведении системы в случае каждого типа выявленных отклонений. Наиболее простым является игнорирование сигналов с отклонениями, для чего достаточно иметь специальный блок обнаружения. Однако в большинстве случаев это недопустимо. Тогда надо считать каждый тип отклонений особым сигналом и определять реакцию на него системы теми же методами, которые применялись к обычным входным воздействиям.

Внешнее и внутреннее проектирование АСУ осуществляют в виде последовательных итераций, уточняя и детализируя результаты по мере расширения знаний о системе на различных стадиях проектирования.