Декомпозиція, елемент, функція, структура

Декомпозиція – це поділ системи на компоненти (підсистеми) з метою зробити зручнішими певні операції з нею. Найважливішою суттю декомпозиції є спрощення системи, що надміру складна для розгляду у цілому. Спрощення може призводити до заміни системи іншою, у певному смислі відповідною первинній. Це здійснюється введенням гіпотез та послабленням або відкиданням деяких зв’язків та елементів системи.

Елементом називається деякий об’єкт (матеріальний, енергетичний або інформаційний), що не піддається подальшій декомпозиції при обраному рівні розгляду системи.

Функція системи – це все те, що виконує система або може виконувати згідно свого призначення. Множина функцій системи є перетворення призначення системи у дії. Функцію системи зручно розглядати як сукупність її станів у просторі й часі. При взаємодії функцій часто виникає нова властивість, що не виявляється у кожному окремому елементі системи.

Наприклад, достатньо складно зрозуміти функцію окремої частини автомобіля ізольовано від нього, однак вона стає зрозумілою, коли ми бачимо її у взаємодії з іншою, тобто коли авто рухається. Одна й та ж функція може здійснюватися декількома шляхами.

За ступенем зв’язку та розуміння будови чи сприйняття системи розрізняють форми, сукупності та структури.

Форма –це зовнішній вигляд об’єкта безвідносно до його суті (земна куля та більярдна куля мають форму кулі), геометричне поняття, що стосується з’єднання речей або ідей; спосіб існування та вираження функції системи.

Сукупність – це з’єднання або набір елементів в одну множину безвідносно до форми чи порядку.

Структура – це множина елементів, що знаходяться у взаємодії та необхідному для реалізації функцій специфічному порядку. Функція є первинною щодо структури.

Структура системи – це стійка упорядкованість у просторі та у часі її елементів та зв’язків. Властивістю структури є можливість існування протягом певного часу за допомогою зв’язувального пристосування для збереження елементів та їх відношень приблизно в одному й тому ж порядку, реагуючи при цьому на дії оточення. Структура T формально визначається у вигляді кортежу T = , де - множина підмножини елементів системи = , M_i M_j = Ǿ, (i ≠ j),- множина утворюючих систему відношень між підмножинами її елементів.

Структура системи зберігається та збагачується через її функціональні трансформації, у той же час структура полегшує ці перетворення. В організаціях та у більш широкій соціальній структурі наявні зв’язуючи сили, що підтримують форму структури. З точки зору практики представлення структури бажано спростити, щоб ідентифікувати її елементи та взаємні зв’язки між ними. Структура системи може бути охарактеризована за типами зв’язків, що у ній є або які у ній переважають. Найпростішими зв’язками є паралельне, послідовне з’єднання та зворотний зв’язок.

У залежності від характеру організації у системі елементів та їх зв’язків можна виділити основні типи структур: мережну (а), кістякову (б) та ієрархічну (в), що відображають послідовне підвищення ступеня централізації системи.

Взагалі ж структури можуть бути найрізноманітніші й включати різні комбінації взаємозв’язків елементів (г).

(а) (б) (в) (г)

Рис.4. Основні типи структур

Однією із найпростіших моделей структури є мережа. Мережна модель може використовуватися як для описання фактичних структурних зв’язків між елементами системи (комп’ютерна мережа), або ж є абстрактним функціональним представленням взаємодій між підсистемами (ієрархічне представлення різних рівнів регулювання та управління в організації).

Інколи оновлення структури є тимчасовою „тактичною” реакцією на дії зовнішнього оточення для того, щоб виграти необхідний для формування стратегічної реакції час.

Організаційні структури змінюються наступним чином:

o відповідно до цілей того, хто їх створює, менеджерів та підсистем;

o внаслідок сприймання нових потреб, усвідомлення нових функцій та побудови нових потоків, що відповідають цим функціям;

o внаслідок еволюції шляхом реагування на збурення зовнішнього оточення;

o модифікуючи старі та утворюючи нові структури, що роблять їх менш вразливими до можливих пошкоджень.

Наприклад, фірми децентралізують свою структуру із більшою імовірністю у випадку швидких змін зовнішніх умов як реакцію на них (наприклад, сильна конкуренція, зміна економічних умов, поява на ринку нової продукції). За відносно статичних умов оточення більш імовірно, що утвориться більш жорстка централізована ієрархічна структура.

При дослідженні складних систем у більшості випадків вони є або достатньо жорстко централізовані (ієрархії), або ж мають малий ступінь централізації (нечітка мережа малих систем). В залежності від призначення та властивостей зовнішнього оточення більш або менш ефективними можуть бути або ієрархії, або мережі. У процесі створення системи та планування її діяльності врешті-решт розглядається компроміс між роботою великої, добре об’єднаної ієрархічної системи з доволі простим призначенням та багатоелементною багатоцільовою мережею достатньо малих систем із розподіленими та нечіткими взаємними зв’язками. Ієрархії є не чим іншим, як різновид мереж.

Незважаючи на те, що ієрархії мають певні обумовлені простішою формою недоліки, ієрархічна побудова більш поширена ніж мережна. Окрім того ієрархії є прозорими структурами для ефективного відображення проблем.

Ієрархія – це структура з підпорядкованістю, тобто із нерівноправними зв’язками – дії в одному напрямку виявляють набагато більший вплив, аніж в оберненому. В більшості випадків прямий зв’язок – це керування та керуюча інформація, зворотний – інформація про виконання та відхилення.

Існують два основні типи ієрархічних структур: деревоподібна та ромбовидна.

Деревоподібна структура є найпростішою для аналізу та реалізації. У майже всіх випадках у ній виділяються ієрархічні рівні – групи елементів, що знаходяться на однаковій віддалі (вимірюваної як кількість гілок) від головного елемента (кореня дерева). Структури цього типу є надзвичайно поширеними (наприклад, ієрархія проектування складної програмної системи, ієрархія цілей у складній організаційній системі, ієрархія за ознакою керованості процесів у живому організмі, ієрархія у зграї тварин).

Ромбовидна структура приводить до множинної (частковий випадок – подвійної) підпорядкованості, належності елементів нижнього рівня.

Приклади – участь одного технічного елемента у роботі більш ніж одного вузла, блока; використання одних й тих самих даних або результатів вимірювань у різних завданнях тощо.

Головний елемент (j - 1)-й рівень ієрархії

1-й рівень ієрархії

2-й рівень ієрархії

…. j-й рівень ієрархії

.... ....

....... (j + 1)-й рівень ієрархії

Деревоподібна ієрархічна структура Ромбовидна структура

Керуючі зв’язки

Обернені інформаційні зв’язки

Рис.5. Види ієрархічних структур

Усяка ієрархія звужує можливість та гнучкість системи. Елементи нижнього рівня обмежуються домінуванням верхнього рівня, вони здатні впливати на це домінування лише частково та, зазвичай, із певною затримкою. Однак, введення ієрархії різко спрощує створення та функціонування системи. Недарма той чи інший ступінь ієрархії спостерігається практично в усіх складних природних системах. Негативні наслідки ієрархії багато у чому долаються шляхом зменшення жорсткості підпорядкування, можливістю самостійно реагувати на деякі дії без жорсткої регламентації згори.

Структура є стійким взаємним зв’язком між елементами системи, що забезпечує її цілісність. Вона є найконсервативнішою характеристикою системи: хоча стан системи змінюється, структура її зберігається незмінною іноді дуже тривалий час. Якщо розглядати поняття „структура” у взаємозв’язку із поняттям „мета”, то під структурою розуміють спосіб досягнення мети.

Зараз багато говорять про „кінець ієрархії”. Це просто нісенітниця. У кожній організації повинен існувати безперечний авторитет, „бос”, - той, хто приймає остаточне рішення й якому беззаперечно підкорюється решта співробітників. У ситуації підвищеного ризику, а у такій ситуації рано чи пізно може опинитися усяка організація, - від чіткого керівництва залежить саме існування організації. Коли на кораблі пожежа, капітан не скликає збори, а видає накази. І в ім’я спасіння корабля кожний повинен підкорятися наказам й точно знати, куди бігти та що робити, причому усе це без заперечень та міркування про ступінь своєї участі. „Ієрархія” та її абсолютне визнання кожним членом організації – єдина надія на спасіння у кризовій ситуації.

Друга ситуація в тій же організації вимагає обговорення, а третя – колективної праці.

Проте існують деякі „принципи” організації.

Принцип перший: організація, без сумніву, повинна бути прозорою. Службовці повинні знати й розуміти структуру установи, де вони працюють.

Другий принцип вже обговорювався: в організації обов’язково повинна бути особа, яка приймає остаточне рішення у сфері своєї компетенції, й повинен бути хтось, хто бере на себе керівництво у кризовій ситуації. Однак, об’єм влади повинен відповідати об’єму відповідальності.

Третій важливий принцип говорить: кожний працюючий повинен мати лише одного „хазяїна”. З часів римського права дійшла приказка про те, що раб, у якого три хазяїна, вже не раб, а вільний чоловік.

5.1. Види потоків в системах. Статика та динаміка системи

Зв’язок (потік) – це важливий з точки зору розгляду системи обмін речовиною, енергією, інформацією між елементами системи та зовнішнім оточенням.

Функції системи реалізуються через людей, потоки енергії, матеріальні та інформаційні потоки. Структуру можна розглядати також як множину обмежень на потоки у просторі та часі. Структура ініціює потоки, спрямовуючи їх вздовж певних шляхів (каналів), перетворює їх з певною затримкою в часі (час перетворення), у певних випадках припускає регулювання та зворотний зв’язок. Структура може змінюватися у часі самостійно, а також під впливом потоків, впливає на потоки і є системою у межах системи. Потоки, що є необхідними для збереження первісної структури, називаються підтримуючими, а ті, що є результатами дії системи та її структури – потоками продукції.

Комунікаційний потік в ієрархічній системі може бути закріплений жорстко за певними „каналами”, межі яких не визначені у чітких фізичних термінах, однак вплив цих „каналів” може бути дуже реальним. Так, традиції організації, норми поведінки та неписані правила утворюють „канали”, тобто організаційна структура накладає обмеження на комунікаційні потоки та сприяє ефективній роботі системи. У кожній структурі існує певна ієрархія потоків (потоки між елементами, підсистемами, системою та зовнішнім оточенням).

Інформаційні потоки у складних штучних системах мають особливе значення:

- по-перше, інформаційні потоки та інформаційні зв’язки у багатьох випадках є домінуючими та визначальними в системі;

- по-друге, зазвичай, інформаційні потоки супроводжують й інші – матеріальні, енергетичні та людські – дії цих потоків фіксуються у вигляді інформації.

Інформація у системі вивчається як з точки зору її отримання, вимірювання, зберігання, передачі, фільтрації та перетворення.

Практично у складних інформаційних системах класична універсальна міра інформації – ентропія використовується не часто. Значно частіше використовуються вужчі чи інші способи її кількісного оцінювання: число повідомлень, число операторів, число файлів, об’єм інформації у знаках або кодах тощо.

Інформаційним потокам ставлять у відповідність певного виду структурні схеми (наприклад, діаграми потоків даних), що мають певні спільні риси: вказані джерела та споживачі інформації, об’єм, форми представлення, напрямок передачі, місця та вид зберігання тощо. Ці структурні схеми використовуються для аналізу та мінімізації потоків даних та зменшення їх об’єму, виявлення дублювання інформації і шляхів її перетворення тощо. В загальному смислі функціонування системи можна розглядати як перетворення вхідної інформації у вихідну шляхом прийняття певних рішень у системі.

Потужність речовинних та енергетичних зв’язків оцінюється за інтенсивністю потоку речовини чи енергії. Для інформаційних зв’язків оцінкою потенційної потужності служить її пропускна спроможність, а реальної потужності – дійсна величина потоку інформації. Проте у загальному випадку при оцінці потужності інформаційних зв’язків необхідно враховувати якісні характеристики переданої інформації (цінність, корисність, вчасність тощо).

Елемент системи може бути переміщений у системі з одного місця в інше, або може бути виключений із неї. Ці всі ситуації стосуються зміни структури системи. Можливі й інші перетворення: елемент має певні властивості, характеристики, що можуть змінюватися у процесі розгляду системи.