СИСТЕМОТЕХНИКА
— направление в кибернетике, изучающее вопросы планирования, проектирования, конструирования и поведения сложных информационных систем, основу которых составляют универсальные средства преобразования информации — электронные вычислительные машины. Термин «системотехника» возник в 60-х гг. 20 в. в связи с развитием автоматизированных систем управления предприятием и отраслями нар. х-ва. С. находит применение в автоматизации проектирования, автоматизации сложных научно-экспериментальных работ, автоматизации управления производством, отраслями пром-сти и эконом, процессами, автоматизации административных работ и т. д. (см. Автоматизированная система обработки экспериментальных данных, Автоматизация проектирования ЦВМ).
С. является прикладной научной отраслью, теор. фундамент которой составляет систем общая теория (СОТ). Она использует средства и методы СОТ, в частности, метод синтеза сложных целенаправленных искусственно организуемых человеком систем — метод системного проектирования. Системное проектирование, как и СОТ в целом, охватывает различные области науки и техники. Чтобы отразить специфику отдельных классов систем, вводят дополнительные характеристики, уточняющие область применения этого метода. В частности, термин «системотехника» употребляется в соответствии
с тем направлением системного проектирования, которое связано с разработкой и исследованием автоматизированных систем обработки данных. Такие системы, как предмет изучения С., по их функциональному назначению подразделяют на несколько классов. Информационно-измерительные системы — предназначены для сбора, индикации и систематизации данных, а также информации потребителя о ходе изучаемого процесса по графику или при выходе значений параметров за установленные пределы. Информационно-справочные системы — системы для автоматизации поиска необходимых сведений в массивах систематизированных данных в соответствии с запросами, сформулированными на спец. языке. Информационно-моделирующие системы — системы для моделирования, прогнозирования и планирования развития изучаемого процесса на основе имеющихся данных. Информационно-управляющие системы предназначены для формирования оптим. программ использования оперативных ресурсов для достижения целей, поставленных в результате планирования.
Системы рассматриваемого класса состоят из следующих осн. частей: тех. комплекса, матем. аппарата и обслуживающего персонала. В состав тех. комплекса входят одна или несколько вычисл. машин, периферийное оборудование разного назначения: датчики измеряемых величин, средства передачи данных, аппаратура сигнализации, индикации, диспетчеризации, средства отображения результатов обработки и ситуаций. Матем. аппарат включает общее матем. обеспечение системы, математическое обеспечение ЦВМ, инструкции, схемы и прочую документацию. Персонал, обслуживающий систему, обеспечивает нормальный режим ее функционирования и дальнейшее развитие этой системы.
Хотя С., как и системное проектирование в целом, широко использует достижения других наук, в ней выработан и свой метод — системный подход. Этот подход отличается от традиционного подхода, предусматривающего расчленение изучаемого объекта на составные элементы и определение поведения сложного объекта как результата объединения свойств входящих в него частей. Системный подход основывается на принципе целостности проектируемого объекта, т. е. исследовании его свойств как единого целого, единой системы. Этот принцип исходит из того, что целое обладает такими качествами, которых нет у его частей. Наличием этих качеств целое, собственно, и отличается от своих частей. Чтобы в макс. степени было использовано качество целостности, системный подход требует непрерывной интеграции представлений о системе с разных точек зрения на каждом этапе ее создания, подчинения частных целей общей цели системы. Рассматриваемый подход проявляется в некоторых общих принципах проектирования систем, которыми руководствуются их создатели.
Главным, фундаментальным принципом С. является принцип максимума эффективности, точнее максимума ее математического ожидания. Критерием эффективности является соотношение или разность между показателями ценности результатов, получаемых в процессе функционирования системы, и показателем затрат на ее создание. При определении показателей ценности С. исходит из следующих двух теоретически доказанных положений: во-первых, функция ценности существует; во-вторых, функция ценности ограничена по величине. Эти положения делают правомерной постановку вопроса о количественном определении показателя эффективности в каждом отдельном случае проектирования системы.
Определяют этот показатель чаще всего с помощью методов операций исследования, количественно обосновывающих выбор способа организации системы принятия решений, направленных на достижение определенной цели. Исследование операций дает некоторые методы решения проблемы многокритериальности. Сложность задачи определения показателя эффективности вызывается, в частности, тем обстоятельством, что он вытекает из задач системы более высокого уровня и задается ею. Поэтому конструктор конкретной системы должен хорошо ориентироваться в проблеме более высокого ранга, чем рассматриваемая, правильно оценивать результаты выполняемой работы. На этапе формулирования критерия эффективности нужна тесная совместная работа с заказчиком системы.
Существует несколько методов для оценки эффективности: метод аналогий, экспертных оценок метод, метод прямых расчетов, метод моделирования математического и др. Наиболее точным из них является последний, поэтому его широко применяют в практике системо-тех. исследований.
С. имеет дело с большими системами, в которых, помимо материальных, тех. и энерг. факторов, значительное место занимает информационный фактор, удельный вес которого возрастает по мере роста масштабов системы Поэтому при проектировании систем осн. внимание уделяется информационному аспекту, и он становится определяющим по отношению к другим. В связи с этим показатель эффективности системы часто относят к информации, используя термины «ценность информации» и «стоимость информации». Под информацией понимают неизвестные ранее получателю сведения, пополняющие его знания, уточняющие предположения и утверждающие в убеждениях. Информация, содержащаяся в данных, извлекается из них в ходе обработки и побуждает получателя к определенному поведению. Ценность информации зависит от точности, своевременности, полноты, соответствия рассматриваемому вопросу (релевантность), активности восприятия. Последнее качество относится к способу представления данных, который должен способствовать принятию правильных и своевременных решений. Эта сторона
С. составляет предмет психологии инженерной — науки об эффективности взаимодействия человека и машины. С помощью принципа эффективности можно сформулировать осн. метод проектирования систем. Он заключается в том, что единая система разделяется на отдельные части по функциональному признаку, устанавливаются возможные варианты реализации этих частей, связей между ними и на заданном множестве вариантов выбирается структура системы, отвечающая требованиям максимума матем. ожидания эффективности. В этом случае принципиальное значение имеет установление связей (отношений) между частями системы, поэтому С. можно определить как науку об управлении связями (отношениями).
Процесс деления систем на части (подсистемы) выполняется в соответствии с декомпозиции методом и относится к области С. В результате этого деления получается некоторая иерархическая структура, дерево системы, показывающее «(подчиненность ее частей. Такое деление может быть произвольным и используется как способ преодоления трудностей, связанных со сбором и обработкой информации. Но оно должно производиться на основе принципа эффективности.
Принцип согласования (субоптимизации) частных (локальных) критериев эффективности между собой и с общим (глобальным) критерием гласит, что для оптим. функционирования системы в целом не обязательно требуется оптимизация работы каждой из ее подсистем. Для достижения общей цели должны быть согласованы между собой критерии эффективности каждой подсистемы (причем эти частные критерии могут не совпадать с частными оптимумами). В связи с этим улучшение работы одной из подсистем, не согласованное в общесистемном плане, может привести к снижению эффективности системы в целом. Принцип согласования частных критериев эффективности является одним из важнейших проявлений системного подхода в работе по созданию систем.
Из общего принципа эффективности вытекают принцип оптимума автоматизации и принцип централизации информации. Из принципа оптимума автоматизации вытекает, что не все задачи, особенно для частных случаев, должны решаться автоматически. Уровень автоматизации обосновывают, исходя из критерия эффективности. Принцип централизации информации заключается в том, что система управления и принятия решений эффективна тогда, когда информация собирается, хранится и обрабатывается централизовано, на основе единых массивов, единого «банка данных».
Системный подход проявляется не только при проектировании системы, но и при планировании последовательности работ, конструировании элементов, организации эксплуатации ее и т. д. Создание системы, сложного человеко-машинного комплекса — длительный, многоэтапный процесс, организация которого во многом определяет ценность полученных конечных результатов (см. Система «человек — машина»). В С. сформулирован наиболее целесообразный порядок выполнения осн. этапов работ. На 1-м этапе производится общее, всестороннее исследование проблемы, формулируются цели создания системы, определяются критерии эффективности ее, устанавливаются главные задачи. Итогом 1-го этапа должна быть некоторая общая концепция системы, представление об «идеально организованном процессе». 2-й этап — этап разработки алгоритм. моделей процессов, протекающих в системе. Здесь важное значение имеют методы построения моделей и языки моделирования. Главное внимание уделяется определению состава алгоритмов и языку описания моделей, поскольку от этого во многом зависит эффективность всей системы. Модель строится для системы в целом, а не для ее частей. Это принципиальное требование, которому С. следует неукоснительно. 3-й этап связан с построением схем информационного обеспечения системы в целом и лиц, принимающих решения. На этом этапе важную роль играет правильная организация документооборота. Схема движения документов, их содержание являются видимым, осязаемым воплощением алгоритм. модели, оптимальной для данной системы. С. ставит этот вопрос именно таким образом, что для создаваемой системы нужно строить свои оптим. алгоритм, модели, а не переносить их из старой системы. На 2 и 3-м этапах обычно осуществляются принципы централизации информации (создается единая информационная база, единый банк данных), согласования частных и общего критериев эффективности, принцип взаимосвязанности задач управления, принцип устойчивости осн. структуры, заключающийся в возможности дальнейшего развития и, в известных пределах, совершенствования системы. 4-й этап — этап выбора оптим. структуры системы. Здесь особенное значение приобретает принцип подчинения частных интересов подсистем задаче достижения общей цели создания системы. На 4-м этапе производится согласование схем информационного обеспечения с возможностями тех. средств. На 5-м, завершающем этапе, осуществляется детальная разработка системы на базе принятой структуры: уточняется схема информационного обеспечения, проектируются массивы, выбирается способ организации вычисл. процессов (см. Вычислительных работ методы организации), создается матем. обеспечение, производится монтаж оборудования. Этот этап связан с переподготовкой кадров, перестройкой организационной структуры аппарата управления, внедрением и освоением системы в целом. На этом этапе последовательно проводятся в жизнь принцип блочности, означающий, что система в технической и программной частях должна состоять из блоков, отвечающих требованиям типизации и стандартизации. Большое внимание уделяется обеспечению надежности функционирования системы, проблемам построения надежной системы из ненадежных элементов. Особенно тщательно
разрабатывается вопрос о сохранности массивов данных, реализуется принцип «неуничто-жаемости» массивов, состоящий в гарантии полной сохранности информации при нарушениях в работе системы.
Лит.: Гуд Г. X., Макол Р. Э. Системотехника. Введение в проектирование больших систем. Пер. с англ. М., 1962; Грегори Р., Ван Горн Р. Система автоматической обработки данных. Пер. с англ. М., 1965; Исследования по общей теории систем. М., 1969; Справочник по системотехнике. Пер. с англ. М., 1970. В. И. Скурихин.
