Входы и выходы - материальные или информационные потоки входящие и выходящие из системы.

Под целью понимается совокупность результатов, определяемых назначением системы. Важнейшим свойством системы является её целостность.

Целостность означает принципиальную несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих её элементов. Взаимодействие элементов системы порождает качественно новые функции и свойства системы, которых не было у отдельных элементов.

Множество элементов, составляющих систему, нельзя разбить на несвязанные подмножества. Удаление из системы одного или нескольких элементов приведёт к изменению свойств в направлении, отличном от цели. Искусственные (инженерные) системы описывают путём определения их функций и структур.

Функция системы – это правило получения результатов, предписанных целью системы. Функция устанавливает, что делает система для достижения поставленной цели и не определяет, как устроена система.

Структура системы – это фиксированная совокупность элементов системы и связей между ними.

Наиболее часто структура изображается в виде графа, где элементы – вершины, а связи – дуги.

Граф – это математическое отображение структуры. Инженерной формой изображения структуры является схема. В отличие от графа в схемах элементы и связи системы изображаются любыми фигурами.

Внешняя среда. Под внешней средой понимается множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы.

Система, как правило, взаимодействует с другими системами (F_i, i=1,2,…), которые для нее являются внешней средой, связь осуществляется между некоторыми (или всеми) элементами, принадлежащими данной системе, и элементами других систем (см. рис. 1). Другие системы – это внешняя среда для системы S.

Множество переменных (координат), через которые система S взаимодействует с внешней средой, часто разделяют на подмножества входных X={x_i, i=1,2…} и выходных Y={y_j; j=1,2…} координат системы.

Взаимодействие систем носит разноплановый характер, поэтому существенным вопросом является определение границ системы и выделение переменных Х,Y. Причем значение имеют только связи, определяющие интегративное качество, т.е. «имидж» системы.

Рис. 1 - Графическое представление системы и среды

Исследование системы, включает такие этапы, как анализ и синтез.

Анализ – процесс определения свойств, присущих системе. Типичная задача анализа состоит в следующем: известны функции и характеристики элементов, входящих в систему, и определена структура системы. Необходимо определить функции и характеристики, присущие системе в целом.

Синтез – процесс порождения функций и структур, необходимых и достаточных для получения определённых результатов. Выявляя функции, выполняемые системой, определяют некоторую абстрактную систему, о которой известно только то, что она будет делать. В связи с этим этап синтеза функции называется абстрактным синтезом, а этап порождения структуры, реализующей заданную функцию, называют структурным синтезом.

Эффективность – степень соответствия системы своему назначению. Оценка эффективности системы – это одна из задач анализа систем.

Показатель эффективности (качества) – это мера одного свойства (характеристики системы). Он всегда имеет количественный смысл, т.е. является измерением некоторого свойства. Поэтому использование некоторого показателя эффективности предполагает наличие способа измерения или оценки значения этого показателя.

В качестве показателей эффективности могут применяться:

· производительность

· надёжность

· стоимость

Критерий эффективности – это мера эффективности системы. Он имеет количественный смысл и измеряет степень эффективности системы, обобщая все её свойства в одной оценке – значении критерия эффективности.

Если при увеличении эффективности значение критерия возрастает, то критерий называется прямым, а если уменьшается, то критерий называется инверсным.

Оптимальнаясистема – это система, которой соответствует максимальное (минимальное) значение прямого (инверсного) критерия эффективности на множестве мыслимых вариантов построения системы.

Основным методом исследования системы является моделирование.

Модель – физическая или абстрактная система, адекватно представляющая объект исследования. Физические модели образуются из совокупности материальных объектов. Примерами физических моделей являются макеты, лабораторные установки.

Абстрактная модель – описание объекта исследований на некотором языке. Компонентами абстрактной модели являются понятия, а не физические элементы (словесные описания, чертежи, схемы).

Необходимое условие для перехода от исследования объекта к исследованию модели – это адекватность модели объекту.

Адекватность предполагает воспроизведение моделью с необходимой полнотой всех свойств объекта, существенных для цели данного исследования. Модель должна отображать только сущность исследуемого процесса, соответствовать цели исследования, давать все необходимые данные для вычисления критерия эффективности и не содержать второстепенных ненужных связей.

Моделирование – это процесс представления объекта исследований адекватной ему моделью и проведение эксперимента с моделью с целью получения информации об объекте исследования. Моделирование – это косвенный метод исследования, потому что исследование производится не над объектом, а над моделью.

Отличительная особенность моделирования как метода исследований заключается в возможности исследования таких объектов, прямой эксперимент с которыми трудно выполним, экономически не выгоден или вообще невозможен.

Общими функциями моделирования являются описание, объяснение и прогнозирование поведения реальной системы.

Типовыми целями моделирования могут быть поиск оптимальных или близких к оптимальным решений, оценка эффективности решений, определение свойств системы, установление взаимосвязей между характеристиками системы.

Сложные системы характеризуются выполняемыми процессами (функциями), структурой и поведением во времени. Для моделирования этих аспектов в информационных системах различают функциональные, информационные и поведенческие модели, пересекающиеся друг с другом.

Функциональнаямодель системы описывает совокупность выполняемых системой функций, характеризует морфологию системы (ее построение) – состав функциональных подсистем, их взаимосвязи.

Информационнаямодель отражает отношения между элементами системы в виде структуры данных (состав и взаимосвязи).

Поведенческая (событийная) модель описывает информационные процессы (динамику функционирования), в ней фигурируют такие категории, как состояние системы, событие, переход из одного состояния в другое, условия перехода, последовательность событий.

Абстрактные модели делят на концептуальные и математические.

Концептуальная модель – это абстрактная модель, выявляющая причинно-следственные связи, присущие анализируемому объекту и существующие в рамках определённого исследования. Один и тот же объект может представляться различными концептуальными моделями в зависимости от поставленной цели исследования. Например, одна модель может отражать временные аспекты функционирования системы, а другая – влияние отказов на работоспособность системы.

Математическая модель – это абстрактная модель, представленная на языке математических отношений. Она имеет форму функциональных зависимостей между параметрами, учитываемыми соответствующей концептуальной моделью. Эти зависимости конкретизируют причинно-следственные связи, выявленные в концептуальной модели, и характеризуют их количественно. Математическая модель имеет форму функциональной зависимости Y=F(X), где и – соответственно характеристики и параметры моделируемой системы и F – функция, воспроизводимая моделью. Построение модели сводится к выявлению функции F и представлению ее в форме, пригодной для вычисления значений Y=F(X). Модель позволяет оценивать характеристики Y для заданных параметров X и выбирать значения параметров, обеспечивающие требуемые характеристики, с использованием процедур оптимизации.

Модель создается исходя из цели исследования, устанавливающей:

1)состав воспроизводимых характеристик ,

2)состав параметров , изменение которых должно влиять на характеристики Y;

3) область изменения параметров , – область определения модели.

4) точность – предельная допустимая погрешность оценки характеристик Y на основе модели.

Состав характеристик Y определяется в зависимости от исследуемых свойств системы – производительности, надежности и других и должен гарантировать полноту отображения этих свойств. Состав параметров X должен охватывать все существенные аспекты организации системы, изучение влияния которых на качество функционирования составляет цель исследования, производимого с помощью модели. Область определения модели характеризует диапазон исследуемых вариантов организации систем. Чем обширнее состав характеристик и параметров, а также область определения модели, тем универсальнее модель в отношении задач, которые можно решать с ее использованием. Предельные допустимые погрешности оценки характеристик и точность задания параметров определяют требования к точности модели. Так, если изменения характеристик в пределах 10% несущественны для выбора того или другого варианта построения системы, то точность определения характеристик должна составлять ±5%. В большинстве случаев параметры, в первую очередь параметры рабочей нагрузки, могут быть заданы лишь приблизительно, с относительной погрешностью 10–25%. В таких случаях нет смысла предъявлять высокие требования к точности воспроизведения моделью характеристик системы и погрешности их оценки на уровне 5–15 % вполне приемлемы.