Маторін Сергій Ігорович

УДК 681.518 + 658.511

теорІя ТА методИ системологІчНОго моделЮванНя ТА Їх Використання для інформаційно-аналітичного супроводження організаційних систем

01.05.04 – Системний аналіз та теорія оптимальних рішень

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук

Харків – 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України

Бондаренко Михайло Федорович

Харківський національний університет радіоелектроніки, ректор

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Пасічник Володимир Володимирович

Національний університет “Львівська політехніка”, завідувач кафедри Інформаційних систем і мереж.

доктор технічних наук, професор Михайленко Віктор Мефодійович

директор Українського науково-дослідницького центру системних досліджень стабілізації та розвитку економіки при Європейському університеті Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

доктор технічних наук, професор Годлевський Михайло Дмитрович

Національний технічний університет “ХПІ”, завідувач кафедри Автоматизованих систем управління, м. Харків.

Ведуча організація: Національний аерокосмічний університет ім. М.Е. Жуковського, кафедра Інформаційних управляючих систем, м. Харків.

Захист дисертації відбудеться “ 16 ” травня 2003 р. о 14 годині на засіданні Спеціалізованої вченої Ради Д 64.052.01 при Харківському національному університеті радіоелектроніки

Адреса: 61166, Харків-166, пр-т Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки.

Автореферат розісланий “ 14 ” квітня 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої Ради В. І. Саєнко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Зміщення акцентів розвитку суспільства з матеріально-енергетичних на інформаційні призвело до радикальної зміни всієї сфери виробничо-господарської діяльності. Насьогодні подібна діяльність стає основаною на знаннях, що являють собою “інформаційний ресурс”, який безпосередньо забезпечує ефективність виробництва, підприємництва й управлінських рішень. Цілеспрямоване створення та використання інформаційних ресурсів для проектування та перепроектування (реінжинірінга) підприємств та організацій, удосконалення виробництва, прогнозування перспектив розвитку являють собою особливий вид діяльності – коректувальний інформаційно-аналітичний супровід підприємств та організацій (тобто організаційних систем – ОС), який активно формується та розвивається. Основу цього супроводу складають процедури моделювання й аналізу різних аспектів ОС, що перетворюються в даний час у повсякденну виробничу задачу, оскільки на сучасному етапі конкурентноздатна діяльність організації стає неможливою без вирішення задач проектування та реорганізації ділових процесів.

Зазначені обставини свідчать про актуальність створення теорії та методів моделювання для забезпечення інформаційно-аналітичного супроводу організацій та підприємств. Це підтверджується також проведеним в роботі аналізом предметної галузі, з якого виходить, що існуючі методи та інструментальні програмні засоби проектування та реінжинірінгу ОС не відповідають сучасним вимогам, в першу чергу, у зв’язку з недостатнім рівнем автоматизації аналітичної та проектної діяльності.

Рівень, що вимагається, не може бути досягнутий, зокрема, тому, що результати використання системних методів та інструментальних засобів для моделювання організаційних та ділових процесів не можуть безпосередньо використовуватися при об'єктно-орієнтованому проектуванні (OOD) інформаційних систем (ІС). Дана ситуація зумовлена тим, що принципи існуючих системних технологій аналізу та проектування недостатньо сумісні з принципами об’єктно-орієнтованого підходу (ООП) до проектування ІС, що призводить до різноманітних результатів системної та об’єктної декомпозицій об’єкта, що досліджується. Крім того, процедури аналізу та синтезу складних об’єктів як систем значною мірою носять суб’єктивний характер тому, що засоби декомпозиції та агрегації складних об’єктів як систем не мають формальних (математичних) основ.

Суть названої проблеми, по-перше, в тому, що більшість організаційних поліпшень, як правило, зв'язані з розробкою та впровадженням ІС, що, у даний час, проектуються засобами ООП. Однак, об'єктно-орієнтований аналіз (ООА) та мова об'єктного моделювання (UML) з самого початку створювалися для розробки саме програмного забезпечення (ПЗ). Тому вони не достатньо пристосовані до вирішення задач аналізу та моделювання організаційних (виробничих) систем. При цьому такі задачі обов'язково виникають, особливо при створенні складних програмних засобів, оскільки стандартний процес об'єктно-орієнтованої розробки ПЗ (Rational Unified Process – RUP) включає технологічний процес “моделювання виробництва (бізнесу)”. Методи ж та засоби традиційного системно-структурного аналізу (наприклад, SADT; BPwin і т.п.), що з самого початку призначені для моделювання ділових та виробничих процесів, історично орієнтовані на процедурну парадигму програмування. Тому результати їхнього застосування не можуть бути безпосередньо використані при розробці об'єктно-орієнтованого ПЗ.

По-друге, в даний час як в ході системного, так і в ході об'єктного аналізу широко застосовуються візуальні графоаналітичні мови та технології, а також інструментальні програмні CASE-засоби їхньої підтримки. Особливістю даних мов і технологій моделювання є відсутність у їхніх рамках формальних (математичних) методів та засобів опису операцій модифікації й удосконалення створюваних моделей, що й призводить до суб’єктивізму процедур аналізу та синтезу складних систем.

Таким чином назріла гостра необхідність створення теоретичних та інструментальних засобів змістовно, формально та технологічно інтегруючих принципи системного та об’єктного підходів на єдиній методологічній та математичній основі. Створення таких засобів забезпечить підвищення рівня автоматизації аналітичної діяльності, що дозволить забезпечити стабільність та стійкість вітчизняних підприємств та організацій шляхом вирішення за допомогою цих засобів задач проектування та реорганізації ділових процесів.

Методологічним фундаментом даного дослідження є праці Г.П. Мельникова та Ю.А. Шрейдера, які створили основи системного підходу (функціональної системології), що відповідає сучасному, так званому “ноосферному”, етапу розвитку науки. Представлені в даному дослідженні положення запозичають та розвивають окремі ідеї концептуального проектування систем організаційного керування С.П. Никанорова. При розробці та реалізації однієї з ключових ідей дослідження – формально-семантичної нормативної системи, основаної на концептуальній класифікаційній моделі (ККМ) – використаний лексикографічний ефект, відкритий недавно вітчизняними дослідниками А.В. Палагіним та В.А. Широковим. Як формальний інструмент для обґрунтування отриманих в роботі результатів використаний математичний апарат теорії патернів У. Гренандера. Крім того, в роботі використані результати, отримані автором у рамках системологічної когнітивної методології моделювання слабкоструктурованих та слабкоформалізуємих проблемних галузей, що розвивається разом з К.О. Соловйовою понад півтора десятка років.

У ході розвитку й обґрунтування пропонованих теоретичних та практичних положень використані праці М.Ф. Бондаренка, А.Д. Тевяшева, В.П. Гладуна, О.Б. Петровського, Е.В. Попова, В.М Левикіна, М.Д. Годлевського, І.Б. Сироджи, В.М. Михайленка, В.В. Пасічника, Е.Г. Петрова, Ю.П. Шабанова-Кушнаренко, з якими автор мав можливість особисто обговорювати одержувані результати та виникаючі проблеми, що значно позитивно вплинуло на якість роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилося в рамках основних наукових напрямків науково-навчальної лабораторії Придбання знань Харківського національного університету радіоелектроніки, у тому числі по замовленнях Секцій прикладних проблем при Президії НАН України та РАН. В даний час це дослідження пов'язане з проведеними в лабораторії фундаментальними науково-дослідними роботами за замовленням Міністерства освіти і науки України за такими пріоритетними напрямками: 1. "Інформатика і нові інформаційні технології": НДР ГР№0197U014159 –Розробка системних методів та інструментальних засобів моделювання концептуальних знань для автоматизованого проектування комп'ютеризованих систем. 2. "Проблеми нового змісту освіти та методики навчання та виховання": НДР ГР№0198U004446 – Розробка системологічної концепції інформаційно-аналітичної підтримки процесів функціонування складних організаційних об'єктів. 3. "Методи проектування i створення комп'ютеризованих систем i технологій": НДР ГР№0100U001501 – Системологічна інтелектуальна технологія підтримки рішень задач оптимізації ділової активності.

У 2-х НДР автор був відповідальним виконавцем.

Мета та задачі дослідження. Мета дослідження: створення теорії, методів та інструментального засобу системологічного аналізу та моделювання, що забезпечували б безпосереднє використання результатів системного аналізу під час об'єктно-орієнтованого проектування, а також формальне оперування візуальними графоаналітичними моделями в процесі інформаційно-аналітичного супроводу організаційних систем.

Задачі:

-

-

-

-

-

-

-

Об'єкт дослідження: методи та засоби моделювання організаційних систем з метою підвищення ефективності процедур їх коректувального інформаційно-аналітичного супроводу. Предмет дослідження: технології системного графоаналітичного візуального моделювання діяльності організаційних систем для вирішення задач організаційного проектування та перепроектування (реінжинірінга), вдосконалення й оптимізації ділових процесів, а також аналізу функціонування існуючої організації. Методи дослідження: функціональна системологія як загальна методологія дослідження; системний класифікаційний аналіз для створення категоріальної ієрархії класів та формально-семантичного адаптивного алфавіту; нормативний підхід до опису методу системологічного аналізу; аксіоматичний підхід до опису теорії системологічного моделювання; методи теорії патернів для формалізації змістовних положень теорії та процедур методу аналізу та моделювання; вимоги та методики RUP при проектуванні та реалізації CASE-інструментарію.

Наукова новизна отриманих результатів. Розвиток системологічної та об'єктно-орієнтованої методологій дозволили розробити новий інтегральний системно-об'єктний підхід. Технологічні й інструментальні засоби такого підходу дозволяють автоматизувати значну частину аналітичної роботи й істотно підвищити її ефективність. При цьому:

1. Вперше запропоновано змістовні та формальні основи теорії системологічного моделювання. Дана теорія відрізняється від відомих системних теорій тим, що розвиває функціонально-об'єктний підхід до представлення системи на основі математичного апарата теорії патернів. Це дозволило розробити методичні та алгоритмічні засоби аналізу та проектування структури, складу та функціонування ОС за допомогою їх патернових моделей (розділ 3).

2. Вперше розроблено алгебраїчний апарат для оперування системами як функціональними “проточними” об'єктами, який відрізняється тим, що одночасне враховує їх структурні, функціональні та об'єктні характеристики. Це дозволило вперше створити формальні засоби, що описують операції модифікації візуальних графоаналітичних моделей складних систем, та удосконалити CASE-технологію аналізу ОС та ділових процесів (розділ 5).

3. Вперше запропоновано принцип оптимізації, який відрізняється від функціонально аналогічних принципів тим, що використовує формальне визначення системологічного поняття “міра системності” та зменшує суб'єктивізм. Це дозволило врахувати множину вимог до системи (критеріїв) різної природи, розробити конкретні способи удосконалення структурних, функціональних та субстанціальних характеристик ОС (розділ 3, 5).

4. Вперше в теорії патернів з урахуванням нових уведених класів утворюючих та конфігурацій сформульовано та математично обґрунтовано необхідні та достатні умови існування конфігурації відповідної зображенню. Це дозволило розробити алгоритмічні засоби формування внутрішньої/об'єктної моделі ОС, що відповідає її зовнішній/прецедентній моделі, а також формальні засобу формування, перевірки коректності та відповідності предметної галузі бібліотек модельних компонентів, що використовуються при моделюванні ОС (розділ 5).

5. Вперше запропоновано системний підхід („вУзол – Функція – Об’єкт”), що інтегрує функціональну (процедурну) та об'єктну (субстанціальну) декомпозиції системи з урахуванням її взаємодії із середовищем. Це дозволило забезпечити єдність результатів системного й об'єктного аналізу, а також створення технології моделювання, що представляє структурні, функціональні та об'єктні характеристики ОС в одній моделі (розділ 3).

6. Вперше розроблено метод системологічного (системно-об'єктного) аналізу, що відрізняється від відомих методів системного аналізу тим, що описується формально-семантичної нормативної системою та погоджується з вимогами та процедурами ООА и OOD. Це дозволило створити інструментальні засоби аналізу та моделювання ОС (з урахуванням їхнього складу, функціонування та матеріальних і інформаційних потоків, що протікають у них), що забезпечують одержання результатів, яки вперше можуть бути безпосередньо використані в ході OOD складних ІС (розділ 4).

7. Вперше розроблено класифікаційний метод алгоритмічного завдання формально-семантичного адаптивного алфавіту нормативної системи системного аналізу, що відрізняється тим, що забезпечує відповідність алфавіту семантиці заданій предметній галузі. Це дозволяє використовувати для моделювання кожної предметної галузі свій конкретний набір алфавітних символів та підвищити, тим самим, виразні можливості одержуваних моделей, а також розробити універсальний адаптивний формально-семантичний алфавіт для опису ОС та процесів, що відбуваються в них (розділ 4).

8. Удосконалено рішення основної задачі ООА – “виявлення необхідних для моделювання абстракцій (класів)” – при моделюванні ОС. Дане вирішення відрізняється від відомих тим, що використовує формалізовану процедуру виявлення класів та об'єктів предметної галузі. Це дозволило спростити та автоматизувати початкові технологічні процеси об'єктного проектування та забезпечити єдність об'єктного та системного підходів до аналізу та моделювання ОС (розділ 2).

Практичне значення отриманих результатів. Отримані в ході дисертаційного дослідження результати впроваджені в системи та технології, основані на знаннях, що дозволило підвищити їхню адаптивність, ефективність, рівень автоматизації, якість інтерфейсу, об'єктивність рекомендацій, оптимальність прийнятих рішень; зменшило терміни та вартість проектування. Результати використано при виконанні фундаментальних робіт із замовлень різних організацій України та Росії (ІСА РАН, акт от 30.09.2002; СПП при Президії РАН, акт от 23.05.2002; ДП “Завод ім. В.А. Малишева” м. Харків, акт от 13.12.2002), а також у навчальному процесі. При цьому:

1. Розроблено алгоритм системологічного (системно-об'єктного) аналізу та моделювання, що вперше забезпечує можливість безпосереднього використання результатів системного аналізу при створенні об’єктно-орієнтованого ПЗ. Технологія системологічного моделювання апробована та відпрацьована на конкретних прикладах ОС та ІС (сфера обслуговування, складське господарство, система керування) (розділ 4, 7).

2. Проведено порівняльний аналіз запропонованих методів з відомими (SADT, DFD, GPSS, LIA, РДО); показано, що запропоновані методи дозволяють створювати більш адекватні предметної галузі моделі ОС, а також на порядок знизити трудомісткість їхнього проектування, порівняно з традиційними засобами як системного, так і об'єктного підходу (розділ 6).

3. Створена класифікацію контекстних моделей ОС та бібліотека моделей для вирішення ряду практичних задач в ОС виробничої сфери. Це дозволило підвищити ефективність використання нормативних документів з організації діяльності держпідприємств та забезпечити удосконалення матеріальних та інформаційних потоків ряду підрозділів підприємства м. Харкова (ДП “Завод ім. В.А. Малишева”) силами співробітників без залучення високо вартісних фахівців з консалтінгу (розділ 5, 7).

4. Виконано прототипування та проектування програмного CASE-інструментарію, що автоматизує процедури запропонованого методу системологічного аналізу та моделювання. Це дозволяє говорити про створення в рамках CASE-технології нового класу інструментальних CASE-засобів, що вперше можуть розглядатися як програмні системи, основані на знаннях (розділ 6).

5. Виконано реалізацію CASE-інструментарію, що автоматизує процедури системологічного аналізу. Реалізований програмний інструментарій дозволяє створювати моделі, що відображають структуру, склад та функціонування ОС, а також потоки інформаційних та матеріальних елементів, що зв'язують її з іншими системами, а також її підсистеми. При цьому даний інструментарій являє собою перший вітчизняний конкурентноздатний програмний пакет даного класу, оскільки він забезпечує простоту побудови візуальних моделей ОС різного рівня абстракції, що вперше представляють одночасно функціональну й об'єктну структуру системи; можливість створення та використання бібліотек модельних компонентів для різних предметних галузей; простоту адаптації моделей систем до конкретної предметної галузі (облік семантики предметної галузі).

Результати дисертації впроваджені в навчальний процес ХНУРЕ, у тому числі в лекційні курси “Інформаційні технології оптимізації ділової активності”, “Основи проектування систем ШІ”, “Об'єктне моделювання й онтологічні системи”, “Експертні системи”, “Методи проектування експертних систем”; лабораторні практикуми, курсове та дипломне проектування (довідка от 20.12.03). За матеріалами дисертації також видано 3 навчальні посібники.

Особистий внесок здобувача. У наукових працях, опублікованих з питань, що стосується даного дисертаційного дослідження, у співавторстві, автору дисертації належать результати адаптації функціональної системологии до потреб моделювання інформаційних систем [13]; результати адаптації системологического класифікаційного аналізу для побудови категоріальної концептуальної моделі системних компонентів і їхніх властивостей з урахуванням закономірностей природної класифікації [14, 17]; методика імітаційного моделювання на основі системно-об'єктної моделі і модель ОС сфери обслуговування [15]; аналіз потреб користувачів, постановка задачі на розробку прототипу CASE-інструментарію, аналіз результатів прототипирования, функціональна специфікація програмної системи, алгоритм її функціонування [16, 21, 24]; аналіз змісту коригувального інформаційно-аналітичного супроводу ОС, результати дослідження проблем існуючих методів системного аналізу, спосіб побудови нормативної системи методу аналізу на основі ККМ [18, 23, 25]; результати апробації технології системологического моделювання при об'єктному проектуванні системи керування [19, 20]; ідея і результати формалізації системологического моделювання і системи як функціонального "проточного" об'єкта засобами теорії патернів [22], тобто всі наукові результати, що виносяться на захист, за винятком інструментальних програмних засобів, розроблених разом зі студентами в лабораторії Придбання знань ХНУРЕ.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертації апробовані на таких конференціях: 1. International Conference: "Knowledge -Dialogue - Solution" (KDS-98). Szczecin, 1998. 2. VIII-а Міжнародна конференція “Знання - діалог - рішення”. Кацивели, 1999. 3. 5-а – 8-а Міжнародні конференції "Теорія і техніка передачі, прийому й обробки інформації". Туапсе, 1999 – 2002. 4. Всеукраїнська науково-методична конференція “Гуманізація і гуманітарізація вищої технічної освіти”. Харків, 2000. 5. Міжнародна конференція під егідою Організації НЕС “НС: попередження і ліквідація наслідків”. Харків, 2000. 6. 5s1 International Conference: Information Theories and Applications' (ITA-2001). Sofia, 2001. 7. ІХ-а Міжнародна конференція “Знання - діалог - рішення”. Санкт-Петербург, 2001. 8. 1st International Conference: Information Systems Technology and its Applications' (ISTA'2001). Kharkov, 2001. 9. 3-а Міжнародна науково-практична конференція по програмуванню “УкрПРОГ-2002”. Київ, 2002. 10. Міжнародна наукова конференція “Інтелектуальна обробка інформації - 2002 (ІОІ-2002)”. Алушта, 2002. 11. 1-й Міжнародний радіоелектронний форум “Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку” (МРФ-2002). Харків, 2002. 12. 3-а Міжнародна науково-практична конференція “Інформація, аналіз, прогноз – стратегічні важелі ефективного державного керування”. Київ, 2002. 13. 3-а Міжнародна науково-практична конференція “Штучний інтелект - 2002” (ШІ-2002), Кацивели. 2002.

Публікації. Результати дисертації опубліковані: у монографії [1] (без співавторів), 3-х навчальних посібниках (зі співавторами) [26 – 28], один з яких одержав гриф Міністерства освіти України; у 24 статтях видань, рекомендованих ВАК України (11 без співавторів) [2 – 25]; у 15-и статтях закордонних видань (6 без співавторів) [29 – 43]; а також у матеріалах конференцій.

Дисертація містить у собі: вступ, 7 розділів та 6 додатків. Повний обсяг дисертації складає 406 с. (основний текст – 282 с.). При цьому вступ займає 12с.; висновки – 10 с.; ілюстрації – 37 с.; таблиці – 21 с.; додатка – 28 с.; список використаних літературних джерел у кількості 250 найменувань – 10 с.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи та представлені її загальна характеристика, мета і завдання дослідження, отримані нові наукові результати.

У 1-му розділі обґрунтовано, що знанняорієнтований розвиток інформаційних систем та технологій призводить до істотного підвищення ролі аналітичної та моделюючої діяльності як для забезпечення ефективного функціонування організаційних систем, так і при створенні програмних продуктів, що підтримують це функціонування. У зв'язку з розвитком та специфічними особливостями об’єктно-орієнтованого підходу стають актуальними такі проблеми системного аналізу: непогодженість результатів системного аналізу з вимогами OOD; евристичність методів моделювання систем високого рівня складності, необхідного в даний час; обмеженість виразних можливостей та сфер застосування; відсутність засобів адекватного опису власне системних властивостей та відносин.

Для рішення даних проблем мають бути вирішені наступні власне наукові проблеми. Першою з них є проблема створення теоретичних і методичних засобів, що враховують розходження понять “система” та “множина”. Це обумовлено тим, що для узгодження системного й об'єктного підходів необхідно на етапі системного аналізу забезпечити так звану “інкапсуляцію”, що є одним з основних принципів об'єктного підходу. Крім того, для узгодження системного й об'єктного аналізу необхідне впровадження в процедуру системного аналізу процедури виявлення ієрархії класів предметної галузі, тобто ККМ. Це необхідно для обліку на етапі системного аналізу принципів “абстрагування” та “ієрархії”, властивому об'єктному підходу. Далі випливає проблема узгодження результатів системної й об'єктної декомпозицій, оскільки, у даний час, вони спрямовані на виявлення різних характеристик системи (функціональних та субстанціальних відповідно). І, нарешті, мав бути вирішена проблема створення формалізованих засобів для опису операцій з візуальними графоаналітичними моделями, що широко застосовуються як у системному, так і в об'єктному аналізі та проектуванні.

Проаналізовані проблеми дозволили сформулювати об'єкт, предмет, мету та задачі дослідження.

В 2-му розділі для вирішення поставлених задач обрана системна концепція, а саме функціональна системологія, що є різновидом системного підходу та розглядає систему як функціональний об'єкт, функція якого обумовлена функцією об'єкта більш високого ярусу. При цьому в рамках даного системологічного підходу існує можливість розглядати як систему не тільки об'єкти, але і класи об'єктів. Крім того, функціональна системологія на концептуальному рівні добре погодиться як з об’єктно-орієнтованим світоглядом, так і з комплексом сучасних науково-практичних дисциплін, що займаються питаннями вивчення й удосконалювання ОС: теорією організації; логістикою; інжинірингом бізнесу.

Відповідно до поставлених задач у даному розділі, в першу чергу, запропоновано засіб для виявлення класів, необхідних у ході ООА предметної галузі. Запропонований засіб є класифікаційною моделлю, що враховує зв'язок, елементи, відносини та функції ОС. Дана таксономічна параметрична класифікація виконує роль “категоріальної” сітки, через яку аналітик дивиться на предметну галузь, та може бути спеціалізована до будь-якої предметної галузі з необхідним ступенем конкретності. Вона дозволяє сформувати бібліотеку алфавітних класів з метою об'єктного моделювання. Дана ієрархія забезпечує можливість більш обґрунтованої декомпозиції предметної галузі в порівнянні з існуючими підходами та дозволяє використовувати при вирішенні кожної конкретної задачі свій конкретний набір засобів моделювання відповідно до основного методологічного принципу системного аналізу – принципом типової структуризації.

Для моделювання організацій відповідно до вимог так називаного “організмічного” підходу до бізнесу, який розвивається сьогодні, в даному розділі розроблено модель рівнів ділової активності (рис. 1), у якій функціонування організації представлене в тому вигляді, у якому може бути представлене функціонування живого організму. У рамках даного підходу організації та підприємства розглядаються як живі організми, що прагнуть вижити у своєму середовищі шляхом пристосування й адаптації до неї. При цьому в залежності від еволюційного ступеня, на якому знаходиться організм чи організація, вони можуть бути описані за допомогою різної кількості рівнів (сенсомоторний чи діловий) активності. Наприклад, для опису простих видів бізнесу досить одного рівня, що охоплює фізичні чи фізіологічні процеси. Для опису підприємства, що працює відповідно до класичної теорії організації та характеризується вертикальною ієрархічною структурою, досить двох рівнів, тобто фізичного рівня та рівня жорстко заданих програм, іменованих безумовними рефлексами. Для опису підприємства, що використовує сучасну теорію організації, орієнтованого на задоволення клієнта, і якому властива горизонтальна структура самокерованих команд-процесів, досить трьох рівнів: перших двох та ще рівня умовних рефлексів, тобто здатності навчатися та використовувати свій минулий досвід. Дана модель використана при впровадженні результатів дисертації для аналізу якості нормативної документації, що регламентує діяльність виробничого підприємства. Вона розвиває відому “Європейську модель ідеального підприємства” (“Європейську модель якості”).

3-й розділ. З метою розробки теорії системологічного моделювання виконано уточнення підходу до системи як функціональному об'єкту з метою його наступної формалізації. При цьому запропоновано представляти систему у вигляді цілісної триелементної конструкції: перехрестя вхідних та вихідних зв'язків, що визначає контекст системи і називаного далі вузлом, функціонального процесу, що балансує “приплив” та “відтік” по цих зв'язках (переводить входи у виходи) і називаного далі функцією, а також об'єкта (субстанції), що реалізує дану функцію (даний процес). Таке цілісне представлення системи не враховує її внутрішні склад, структуру і стан, але враховує як її зовнішні структурні (система є структурним елементом надсистеми), так і загальні функціональні, а також об'єктні характеристики.

Запропоноване представлення системи призводить до концептуальної моделі предметної галузі у вигляді класифікації вузлів, функцій і об'єктів, що отримана шляхом модифікації категоріальної концептуальної моделі. Дана ієрархія, іменована далі базовою (рис. 2), являє собою класифікацію, у якій

об'єкти систематизовані в залежності від того, які вони реалізують функції, функції – у залежності від того, які вони балансують вузли, а вузли визначаються тим, перехрестями яких зв'язків (рис. 3) вони є. Базова ієрархія класів як концептуальна модель предметної галузі дозволяє запропонувати формальне

визначення системи як функціонального “проточного” об'єкта.

В основі даного визначення лежить представлення системи як пари детермінант, що є символічним записом того факту, що будь-яка система є наслідком деякої причини: S = <Dex, Din>, де S – клас “Система”, Dex – клас “Зовнішня детермінанта” (запит надсистеми), Din – клас “Внутрішня детермінанта” (функціонування системи). При цьому формально-логічне родо-видове визначення будь-якого поняття (чи класу) відбиває в родовій ознаці надсистему для системи-класу, відбитої в даному понятті, тобто Dex даної системи-класу, а у видовій відмінності – функціональні властивості даної системи в надсистемі, тобто Din цієї системи-класу. Тоді, з урахуванням позначень рис. 2 і позначення класів курсивом, а їхніх екземплярів - звичайним шрифтом, справедливо S = <L, R, Ll*, L(L)*>. При цьому L = <Co, R>; R = <R, Ч>; Ll* = <Co, L(L)*>; L(L)* = <L(L)*, Ц> і Ч Ц = (L)L; R L(L)* = L(L); Co = Ll.

Отже, S = <Ll, L(L), (L)L>, де (L)L - конкретний вузол, утворений множиною вхідних зв'язків (L) і множиною вихідних зв'язків L; L(L) - клас функцій з множиною аргументів (L) і множиною значень функцій L; Ll - клас об'єктів із множиною входів l і множиною виходів L. Дане визначення системи і дозволяє, зрештою, здійснити узгодження системного й об'єктного підходів.

Логіко-математичний опис базової ієрархії класів розглядається в пропонованій теорії як її аксіоматика: ! S = {Ll, Pr}: Pr = {L(L), Qp} Ll = <S, L(L)> Pr = <S, Qp>; (L)L Qp L(L) = <Pr, (L)L>, де S – система; Ll – функціональний Об'єкт; Pr – властивість; L(L) – Функція (гранична властивість); Qp – якісна властивість, (L)L – вУзол. При цьому дані аксіоми являють собою високорівневу аналітичну концептуальну модель предметної галузі.

Для одержання на їхній основі аналітичних концептуальних моделей конкретних предметних галузей розроблено правило та методику спеціалізації аксіом. При цьому з обліком правила: Yx Ll, Yx = <Ll, Y(X)> Y(X) L(L), Y(X) = <L(L), (X)Y> (X)Y (L)L, наприклад для Y = M, X = I, матимемо наступну модель системи з вихідними матеріальними та вхідними інформаційними зв'язками: Mi Ll, Mi = <Ll, M(I) > M(I) L(L), M(I) = <L(L), (I)M> (I)M (L)L. Облік більш конкретних видів зв'язків, тобто видів матеріальних зв'язків: речовинних та енергетичних; і видів інформаційних зв'язків: даних та керуючої інформації здійснюється шляхом заміни, наприклад, Ll, L(L), (L)L на Mi, M(I), (I)M і т.д. Дані правила та методика дозволяють описати в термінах вузлів, функцій та об'єктів обрану проблему й одержати формалізованим способом для цієї проблеми (чи предметної галузі) набір необхідних чи алфавітних символів.

Правило спеціалізації аксіом, крім того, дозволяє формально записати розроблені в дисертації правила системної декомпозиції, що є правилами маніпулювання символами алфавіту, одержуваного при спеціалізації аксіом.

Правило приєднання (ПП): (Xi)Yj (Yk)Xi , де i = 1, … n; j = 1, … m, ; k = 1, … s... Дане правило означає, що система повинна використовуватися у відповідності зі своєю зовнішньою детермінантою Dex, що представляє її вузол.

Правило балансу (ПБ): (Xi)Yj Yj(Xi), де i = 1, … n; j = 1, … m, тобто для будь-якої Dex існує відповідна внутрішня детермінанта Din. Дане правило означає, що у вузлах структури мають знаходитися такі системи, функціональність яких буде забезпечувати якісний та кількісний баланс “притоку” та “відтоку” по вхідних та вихідних функціональних зв'язках.

Правило реалізації (ПР): Yj(Xi) Yjxi , де i = 1, … n; j = 1, … m, тобто для будь-якої Din існує підтримуючий дане функціонування об'єкт як вихідний матеріал. Це правило означає, що функціональність системи має забезпечуватися підтримуючими властивостями об'єктів, що реалізують відповідну функцію.

З наведених правил випливає просте твердження про те, що об'єкт як вихідний матеріал має відповідати зовнішній детермінанті Dex, що представляє проточний вузол, тобто (Xi)Yj Yjxi, де i = 1, … n; j = 1, … m... З цього твердження випливає логіко-математичний опис використовуваного в системології поняття “адаптованої системи”, як системи, об'єкт якої відповідає її функціональності та займаному їй вузлу, тобто для якої справедливий вираз: (Xi)Yj Yj(Xi) Yjxi. При цьому вихідною причиною наявності в системі її функціональних властивостей є займаний їй вузол, а об'єктних характеристик – функція. Отже, адаптована система це система, об'єктна характеристика якої має вигляд Yixi при наявності внутрішньої детермінанти Din = Yi(Xi) і зовнішньої детермінанти Dex = (Xi)Yi .

Формалізоване уявлення про адаптовану систему забезпечує можливість формального опису також використовуваного в системології поняття “міри системності”, як відносини галузі необхідних функціональних станів системи до галузі її можливих функціональних станів:

S = | Yi(Xi)| | Yixi| / (| Yi(Xi)| | Yixi| ),

де m n, k n; (Xi) чи xi – вхідні зв'язки системи S, Yi – вихідні зв'язки системи S з ієрархії класів зв'язків.

Пропонована логіко-математична інтерпретація даного поняття дозволяє використовувати його надалі як принцип оптимізації, що враховує множину критеріїв різної природи, для визначення „більш правильних” системно-об'єктних моделей організаційних систем. При цьому, як видно з представленого виразу, чим ближче функціонування системи до вимог (тобто до вузла), тим міра ближче до 1.

У завершенні розділу у вигляді твердження обґрунтована справедливість системологічного представлення про замкнутість внутрішніх потоків (зв'язків).

4-й розділ. З метою розробки методу системологічного аналізу та моделювання виконана побудова відповідної нормативної системи, тобто завдання алфавіту та правил маніпулювання ним.

Механізм формування алфавіту є єдиною класифікацією вузлів, функцій та об'єктів, отриману в результаті суміщення ізоморфних галузей базової ієрархії на рівні бінарних комбінацій чотирьох видів зв'язків (див. рис. 3): V- речовинних, E- енергетичних, D- за даними та C- по керуванню. Результатом використання цього механізму є формування алфавіту нормативної системи чи бібліотечного набору так званих JAO/УФО-елементів (“Junction/вУзол – Activity/Функція – Object/Об'єкт”), що представляються своїми вузловими, функціональними й об'єктними характеристиками.

Знаки даного алфавіту відповідають усім вимогам, пропонованим до формальної системи з погляду явного та строгого опису засобами самої формальної системи усіх властивостей та відносин використовуваних символів, а також з погляду розпізнавання всіх символів тільки за їхньою формою. Істотною особливістю запропонованого алфавіту є наявність родо-видових визначень усіх символів. Об'єкти визначаються через функції, функції – через вузли, вузли – через зв'язки. Це дозволяє розглядати даний алфавіт як формально-семантичний, тобто володіючий предметно-орієнтованою семантикою, а з урахуванням можливості спеціалізації даної ієрархії і як адаптивний. Таким чином, класифікація JAO-елементів являє собою конструктивний алгоритмічний спосіб завдання семантики розглянутого алфавіту.

Можливість моделювати не тільки системи з одним входом та одним виходом, функції однієї перемінної та бінарні вузли забезпечується застосуванням розробленого формального правила комбінування вузлів з метою розгляду складних JAO-елементів. Дані правила дозволяють описувати можливі комбінації класів JAO-елементів, обумовлених своїми вузлами, (X1)Y1, (X2)Y2, …, (Xi)Yi,…, (Xn)Yn таким способом:

1. (X1, X2, … , Xi, …, Xn) Y1, Y2, … , Yi, …, Yn (Xi) Yi... 2. Якщо Xi = Xj, то (X1, …, Xi, …, Xj-1, Xj, Xj+1, …, Xn) = (X1, …, Xi, …, Xj-1, Xj+1, …, Xn)... 3. Якщо Yi = Yj, то Y1, … , Yi, …, Yj-1, Yj, Yj+1, … Yn = Y1, … , Yi, …, Yj-1, Yj+1, … Yn...

Відповідно до даних правил, наприклад, із класів вузлів (V)V і (E)D, що визначають алфавітні JAO-елементи (з базової JAO-ієрархії), можна одержати комбінований клас вузлів (V, E) V, D (V)V (E)D, що визначить новий комбінований JAO-елемент.

При цьому необхідність розгляду складних елементів призводить до появи в рамках родовидової ієрархії відносин множинного успадкування, що утруднює візуальне моделювання, наприклад, складної бібліотеки цих елементів у вигляді таксономії. Для забезпечення ефективного візуального моделювання при створенні таких бібліотек запропоновано використовувати фасетну класифікацію JAO-елементів, що представляється у вигляді таблиці, рядки якої відповідають вхідним зв'язкам, а стовпці - вихідним. При цьому навіть на тому рівні абстракції, на якому вузли є комбінаціями чотирьох видів зв'язків, виходить важко доступна для огляду таблиця. Очевидно, що подальша конкретизація видів зв'язків може призвести до надмірного розростання даної таблиці. Тому в дисертації на підставі основних фізичних закономірностей обґрунтовані доцільність та достатність розгляду не всіх можливих комбінацій зв’язків (вузлів).

Це приводить до наступним базовим категоріям комбінацій зв'язків, які можуть бути на вході і виході JAO-елементів: V- речовина; VE (E) - енергія на носії; VD (D) - дані на речовинному (паперовому) носії, VDC (C) - керування за допомогою речовинного (паперового) носія; VED (G) - дані на електронному носії; VEDС (Q) - керування за допомогою електронного носія (в дужках зазначені скорочені позначення комбінацій зв’язків).

Розроблена нормативна система дозволяє сформулювати етапи методу системологічного аналізу та моделювання. Суть цих етапів полягає у виявленні:

-

-

-

Проведення системного аналізу відповідно до даного алгоритму дозволяє одержувати результати аналізу, що погодяться з вимогами OOD ІС. Запропонований алгоритм аналізу покладений в основу проектування та реалізації відповідного CASE-інструментарію.

Метод системологічного аналізу може розглядатися як складова частини компонентних технологій та технології бізнесів-об'єктів CORBA (Business Object Facility – BOF), оскільки процедури системологічного аналізу можуть використовуватися у відповідності зі специфікацією BOCA (Business Object Component Architecture). Таким чином, даний метод відповідає міжнародній концепції, що розвивається, організацією OMG переходу на якісно нову технологію створення ІС, що повинні не програмуватися класичним способом, а конструюватися з готових спеціалізованих компонентів („бізнес-об'єктів”). Крім того, даний метод добре погодиться з CALS-технологією за умови опису алфавітом JAO-елементів технічних об'єктів.

5-й розділ присвячений математичному моделюванню процедур системологічного аналізу в термінах теорії патернів.

Вибір даного математичного апарата обумовлений тим, що його принципи та поняття добре погодяться з принципами системологічного аналізу. Зокрема в даній теорії також використовуються принцип атомістичності, графічні формалізми та нормативний спосіб побудови. Застосування теорії патернів дозволило вирішити задачу розробки формальних засобів опису операцій модифікації й удосконалення візуальних графоаналітичних системно-об'єктних моделей.

Атомарним поняттям теорії патернів (патерном першого рівня) є “утворююча”. Під утворюючою в цій теорії розуміється іменований об'єкт, що володіє деякими ознаками , а також вхідними та вихідними зв'язками (у свою чергу характеризуються деякими показниками ) (рис. 4.).

Подання системи як вузла, функції й об'єкта дозволяє розглядати екземпляр класу об'єктів Ll – L2l1 – як ім'я утворюючої, екземпляр класу функцій L(L) – L2(L1) – як ознака утворюючої, а зв'язку вузла (L) і L – (L1) і L2 – як зв'язку утворюючої, показники яких є типи L (див. класифікацію зв'язків на рис. 3).Таким чином, утворююча gi (відповідно до прийнятого в теорії патернів позначеннями) як екземпляр JAO-елемента (для бінарного випадку) має вигляд: gi = <Li2li1, Li2(Li1), (Li1)Li2>.

Теорія патернів припускає наявність джерела, що генерує множину утворюючих G = {gi}. У нашому випадку таким джерелом, що генерує JAO-елементи (утворюючі), є базова ієрархія класів чи JAO-класифікація.

У теорії патернів розглядаються перетворення подібності, тобто відображення G у себе, що не виводять утворюючу зі свого класу. Перетворення подібності має вид: f: G G; f(gi) = gj і використовується для формалізації поняття “схожість” утворюючих. Конкретний вид f визначається конкретною предметною галуззю аналізу і моделювання та являє собою напівгрупу чи групу перетворень. У нашому випадку варто говорити про три види перетворення подібності, що на прикладі бінарних JAO-елементів можуть бути визначені таким чином, як представлено далі. Перетворення, при якому не міняються вузлові (структурні), але змінюються функціональні й об'єктні характеристики JAO-елемента (наприклад, автоматизація): fу(gi) = gj, де gi і gj такі, що (L1i)L2i = (L1j)L2j. Перетворення, при якому не міняються функціональні, але змінюються об'єктні характеристики JAO-елемента (наприклад, удосконалення): fф(gi) = gj, де gi і gj такі, що L2i (L1i) = L2j (L1j). Перетворення, при якому не міняються об'єктні характеристики JAO-елемента, але міняється екземпляр об'єкта (наприклад, ремонт): fо(gi) = gj, де gi і gj такі, що L2il1i = L2jl1j. При цьому: fо fф fу.

Формалізація процесів побудови й удосконалення системно-об'єктних моделей засобами теорії патернів можлива шляхом інтерпретації нормативної системи системологічного аналізу та моделювання мовою даної теорії. В основі такої інтерпретації лежить представлення