Лекция 6
«Структурный анализ и структурные модели сложных систем»
Цели и задачи структурного анализа
Основные виды структур и структурные характеристики систем
Цели и задачи структурного анализа
Одной изважнейших характеристик всякой системы является ееструктура. Под структурой системы, как ужотмечено, будем понимать совокупность элементов и связеймежду ними, которые определяются исходя из распределения функций и целей, поставленных перед системой. Большие системы управления обладают большим числом и разнообразием элементов и связей между ними. Поэтому одной из главных задач структурного 
анализа является построение наглядной формальной модели, отображающей существующую систему отношений элементов как между собой, так и с внешней средой. Структурная модель БСУ чаще всего является многоуровневой, причем конкретизация структуры дается на стольких уровнях, сколько их требуется для создания полного представления об основных свойствах системы (рис.1).
При создании АСУП структурная модель рассматривается на нескольких крупных уровнях: организации; функций управления; технических средств. В связи с этим вводятся понятия организационной, функциональной и технической структур.
При анализе организационной структур ы предприятия как объекта управления решаются следующие задачи:
1) описание состава организации и построение ее структурной схемы;
2) определение функций отдельных подразделений, раскрытие их структурной схемы;
3) описание материальных, вещественных и информационных связей;
4) построение обобщенной структурной информационной модели предприятия.
При анализе функциональной структур ы:
1) изучаются функции управления в структурных подразделениях существующей системы;
2) выбирается состав автоматизируемых функций;
3) определяются их взаимосвязи;
4) составляется обобщенная функциональная структура задач управления АСУП.
При анализе технической структуры:
1) определяются основные элементы, участвующие в основных информационных процессах: регистрации и подготовке информации, сборе и передаче, хранении и обработке, воспроизведении и выдаче информации;
2) составляется формальная структурная модель системы технических средств с учетом топологии расположения элементов системы и информационного и энергетического взаимодействия их как между собой, так и с внешней средой.
Рис. 1.Многоуровневое представление структуры большой системы управления.
Независимо от уровня рассмотрения общая задача структурного анализа состоит в том, чтобы исходя из заданного описания элементов системы и непосредственных связей между ними получить заключение о структурных свойствах системы в целом и основных ее подсистем. При решении практических задач структурного анализа БСУ обычно принимаются три уровня описания связей между элементами:
1) наличие связи;
2) направление связи;
3) вид и направление сигналов, определяющих*"взаимодействий элементов.
На первом уровне, когда исходят лишь из наличия или отсутствия связей между элементами, изучаемой системе может соответствовать неориентированный граф, вершинами которого являются элементы системы, а ребрами — существующие непосредственные связи между элементами. Основные задачи структурного анализа на этом уровне сводятся к следующим:
1) определение связности (целостности) системы; если система не является связной, то ставят задачу выделения изолированных связных подсистем со списками входящих в них элементов;
2) выделение циклов;
3) определение минимальных и максимальных последовательностей элементов (цепей), разделяющих элементы друг от друга.
На втором уровне, когда задано направление связи, системе соответствует ориентированный граф, направления дуг которого совпадают с направлениями связей. На этом уровне результаты структурного анализа оказываются более содержательными. К задачам структурного анализа в этом случае относят:
1) определение связности системы;
2) топологическую декомпозицию с выделением сильно связных подсистем;
3) перечисление входных и выходных полюсов и в соответствии с этим выделение узлов приема и выдачи информации;
4) выделение уровней в структуре и определение их взаимосвязи;
5) определение максимальных и минимальных путей;
6) определение характеристик топологической значимости элементов;
7) получение информации о слабых местах структуры и др.
На третьем уровне описания связей между элементами системы учитывается не только направленность связи, но и раскрываются состав и характер сигналов взаимодействия элементов (входные, выходные и управляющие).
Указанные выше задачи структурного анализа первого и второго уровней расширяются за счет включения следующих:
1) выделение местных и общих контуров управления;
2) при многорежимном характере функционирования выделение типичных структурных конфигураций для каждого из режимов;
3) выделение путей непосредственной передачи входных сигналов и путей передачи управляющих сигналов и др.
Задачи структурного анализа при минимальном объеме априорной информации о структуре системы, когда учитывается только факт наличия связи и ее направленность решаются с использованием теории графов.