6.3. Функциональные характеристики сложных систем

К функциональным характеристикам сложных систем отно­сятся показатели эффективности, надежности, качества управления, помехозащищенности и устойчивости. Ос­новным показателем является эффективность. Она характе­ризует качество функционирования сложной системы. Опре­делим цели и задачи функционирования сложной системы.

Выбор системы показателей эффективности производится при определении целей и задач сложной системы. Система показателей эффективности должна определять степень при­способленности сложной системы к выполнению поставлен­ных перед нею задач, учитывать основные особенности слож­ной системы (характер её взаимодействия с внешней средой, условия возникновения и характер воздействия внутренних возмущающих факторов, структуру системы).

Каждый показатель эффективности (R) определяется мно­жеством параметров, но всегда считают, что основными яв­ляются параметры системы  и параметры внешней среды . В результате он может быть представлен в общем виде следующей формулой:

Задача вычисления показателей эффективности сложных систем является весьма сложной, но решается на современ­ных ЭВМ. Значения показателей эффективности выражаются действительными числами.

Сложные системы функционируют при воздействии на них большого количества случайных факторов, поэтому ре­зультаты их функционирования часто носят случайный ха­рактер. В качестве показателей эффективности очень часто пользуются вероятностями некоторых случайных событий или средними значениями (математическими ожиданиями). Так, можно определять среднее число пассажиров, отправляемых из аэропорта в течение суток, среднее число изделий, выпускае­мых предприятием в течение недели. Можно также определять вероятность решения задач, поступающих со средней интен­сивностью на вычислительный центр, если среднее время их решения определено, и т. д.

Поскольку на систему в разное время действуют различ­ные случайные факторы и условия функционирования могут меняться с течением времени, необходимо всегда указывать, в каких условиях и для какого момента времени проведен рас­чет показателя эффективности. Для большинства систем не найден общий, единый показатель эффективности. У многих сложных систем, как правило, существует несколько целей функционирования, каждая из которых характеризуется сво­им показателем эффективности. Желательно использовать такие показатели, которые позволяют согласовать «конфлик­тующие» между собой тенденции в задачах и целях функцио­нирования системы.

Предположим, что надо оценить эффективность такой сложной системы, как комбинат. В качестве критерия эффек­тивности можно принять приведенные затраты:

 ,

где - приведенные затраты;

        — текущие затраты, включая амортизацию (себестоимость про­дукции);

  — капитальные вложения;

- нормативный коэффициент эффективности.

Для уменьшения приведенных затрат необходимо эконо­мить сырье и материалы, уменьшать расходы электроэнергии и топлива, снижать фонд заработной платы, уменьшать ка­питальные вложения до определенного предела и т. д.

Если же в качестве критерия эффективности принять про­изводительность оборудования, то внимание надо сосредото­чить на параметрах, которые влияют на этот показатель. Та­кие параметры, как фонд заработной платы, себестоимость продукции, расход топлива и электроэнергии, отодвигаются на второй план. Эти разнородные тенденции можно согласо­вать, если ввести некоторые ограничения для одного из кри­териев. Можно использовать критерий производительности оборудования, при котором приведенные затраты не превы­шают заданной величины.

Следовательно, приходится либо использовать множество (набор) критериев эффективности, либо общие критерии эф­фективности с ограничениями.

Для получения показателей эффективности результаты функционирования элементов системы необходимо выра­жать в количественной форме. Количественное выражение результатов функционирования элементов системы называют характеристиками функционирования средств системы.

Показатели эффективности функционирования средств системы получаются путем преобразования характеристик функционирования элементов системы. Показатели эффек­тивности функционирования средств системы называются ча­стными показателями. Они не характеризуют роли данной под­системы в достижении целей всей системы. В связи с этим есть смысл рассматривать не сам частный показатель эффективно­сти, а приращение показателя эффективности системы, полу­ченное вследствие функционирования данной подсистемы.

Рассмотрим приращение показателя эффективности сис­темы, которое получается вследствие функционирования i-й подсистемы первого уровня:

,

где l-й показатель эффективности функционирования всей системы;

*  — символ, обозначающий первый иерархический уровень рассматриваемой подсистемы (l), и ее номер (i) на этом иерархическом уровне;

 — индекс показателя эффективности, соответствующий lцели функционирования;

 

    — индекс, означающий, что критерии эффективности отно­сится ко всей системе;

 — показатель эффективности функционирования средств системы при условии, что iподсистема первого уровня совершенно не участвует в достижении l-й цели системы, но все ресурсы системы между остальными подсистемами распределены оптимальным образом.

При таком подходе оказывается возможным выделить вклад каждой системы первого уровня в достижении lцели функционирования системы в целом. Меняя l, можно вы­явить, каким образом данная (1, i)-я подсистема участвует в достижении различных целей системы. Точно таким же об­разом можно определить вклад любой подсистемы второго уровня (2, ij) и т. д. Определенные трудности вызывает раз­мерность критерия. Она может не соответствовать характеру функционирования средств этой подсистемы.

Пусть в качестве системы рассматривается экономика стра­ны, а lцель состоит в производстве угля. В качестве (1, i)-й подсистемы рассматривается Министерство легкой промыш­ленности РФ. В данной ситуации эффективность средств лег­кой промышленности не будет измеряться в тоннах угля. Во избежание подобных недоразумений основными показателями эффективности средств (1, i)-й подсистемы принято выби­рать относительные приращения показателей функционирования всех средств системы, получаемые вследствие функ­ционирования (l, i)-й подсистемы:

                                    (1)

Необходимо пояснить:

1)l-й показатель эффективности средств сис­темы при условии, что средства (1, i)-й подсистемы идеально участвуют в обеспечении lцели системы, а все ресурсы сис­темы распределены оптимальным образом между остальными подсистемами;

2) идеальное участие средств (1, i)-й подсистемы в обеспе­чении l-й цели системы означает, например, что при ресурсах, которые отпускаются Министерству легкой промышленности РФ в соответствии с оптимальным планом функционирования всей экономики страны, оно поставляет продукцию, удовле­творяющую всем требованиям технических условий.

Оценим, в каких пределах будет меняться выбранный кри­терий .


Из формулы (1) можно записать:

,

поэтому

.

Вычисляя критерии эффективности, можно сравнивать разные проекты однотипных сложных систем, выбирать луч­шие подсистемы из ряда предложенных, провести сравни­тельную оценку управляющих алгоритмов или систем пере­дачи информации.

Вариант является эффективным, если вся сложная система оказывается лучшей. В экономических исследованиях обычно считается, что экономическая эффективность определяется как отношение полученного эффекта к затратам.

На практике наиболее высокая эффективность сложной системы достигается с большей вероятностью, если все подсистемы оказываются наиболее эффективными с учетом об­щей эффективности по данному критерию.

На базе показателя эффективности строится критерий на­дежности сложной системы:

,

где   — показатель, характеризующий снижение эффективности системы вследствие возможных отказов ее элементов;

 — показатель эффективности системы при условии, что эле­менты системы абсолютно надежны;

 — показатель эффективности системы при условии, что отка­зы будут происходить при критериях, соответствующих за­данным характеристикам надежности.

Если окажется, что  мал, то это означает, что отказы мало влияют на эффективность всей системы. Если же их влияние оказывается существенным, то надо выбрать наибо­лее эффективный метод повышения надежности: повышение надежности элементов, введение профилактики, уменьшаю­щей вероятность появления отказов, изменение схемы от­дельных технических подсистем, резервирование ненадеж­ных элементов, улучшение работы ремонтных органов по восстановлению элементов и подсистем и т.д.

Такой же подход на базе показателя эффективности пред­лагается для оценки сложных систем по устойчивости, поме­хозащищенности, качеству управления и некоторым другим показателям, существенным для конкретных реальных слож­ных систем.

При оценке функционирования сложной системы каждый руководитель на любом уровне обязан знать и уметь подби­рать соответствующие показатели эффективности и уметь их использовать для повышения качества работы на своем уча­стке. При этом процесс оценки эффективности опирается на исследование операций.

При создании информационной системы возникает зада­ча объективной оценки качества ее функционирования. Такая оценка особенно актуальна потому, что современные инфор­мационные системы — это сложные и дорогостоящие проекты, на их создание расходуются значительные ресурсы.

Критерии могут быть разными, если определить соответствие реально достигнутых в ходе внедрения результатов тому ожидаемому эффекту, который фигурировал на стадии технического проектирования и формирования проектных предположений. Внедрение можно считать успешным, если большинство предложенных  к автоматизации функций и бизнес-процессов реализованы в системе и дают тот эффект, какой от них ожидался. Это могут быть не все бизнес-процессы, но подавляющая их часть – две трети, три четверти, по крайней мере, все ключевые. Когда речь идет об автоматизации задач, сформулированных достаточно конкретно (например, учет, где понятно какие показатели и насколько надо улучшить), это одно. Если задача ставится шире – скажем, реорганизовать управление предприятием, построить его оргштатную структуру, изменить бизнес-процессы – тогда сама задача является более емкой и прогнозировать результат на этом этапе ее формулирования можно. При комплексном же процессе это сделать еще труднее.

Можно пойти по другому пути: оценивать успешность внедрения ЭИС по обычным показателям эффективности самого предприятия. Если оно стало работать лучше или продолжает работать устойчиво (хотя в принципе система могла и не повлиять на эти процессы), то можно считать проект внедрения удавшимся. В любом случае критерии оценки успеха должны быть сформулированы пользователем. Пользователь – это

предприятие, имеющее свои проблемы, «узкие места», которые оно сегодня осознает. Если система помогает решить эти проблемы, внедрение можно считать успешным.

А.И. Мишенин предполагает, что эффективность работы информационной системы выра­жается при помощи набора числовых характеристик, называ­емых критериями эффективности. Каждый критерий количе­ственно определяет степень соответствия между результатами проектирования или функционирования ЭИС и поставленны­ми перед ней целями.

Величина, выбранная в качестве критерия, должна удов­летворять ряду требований:

• должна прямо зависеть от процесса проектирования (функционирования) системы,

• давать наглядное представление об одной из целей сис­темы,

• иметь сравнительно простой алгоритм расчета,

• допускать приближенную оценку по экспериментальным данным.

ЭИС обычно оценивается по комплексу критериев. Оцен­ке подлежат:

§ система в целом,

§ отдельные составляющие этапа проектирования систе­мы, например проекты информационного, программно­го и технического обеспечения,

§ важнейшие компоненты этапа эксплуатации системы, например подготовка информации, ее обработка, веде­ние информационных массивов.

Как правило, функционирование ЭИС направлено на ус­пешную реализацию нескольких целей.

Типичный перечень может включать следующие цели.

1) Повышение эффективности управления объектом (цели С1-СЗ):

С1 — максимальную полноту информации для обеспечения принимаемых решений;

С2 — представление информации с максимально возмож­ной скоростью;

СЗ — максимальное удобство взаимодействия информаци­онной системы с потребителями.

2) Эффективное использование ресурсов ЭИС (цели С4 — С6):

С4 — сокращение расходов на создание, эксплуатацию и раз­витие ЭИС;

С5 — максимальное извлечение выходной информации из имеющегося объема данных;

С6 — сокращение избыточности в базе данных.

Критериями для названных целей будут:

К1 — отношение объема информации в базе данных к объе­му информации на объекте управления;

К2 — время обработки информации в ЭИС;

КЗ — время, которое потребители расходуют на запрос не­обходимой информации и ее использование в управлении;

К4 — сумма капитальных вложений и текущих затрат на создание, эксплуатацию и развитие ЭИС;

К5 — отношение объемов входной и выходной информации;

К6 -доля избыточной информации в общем объеме данных.

Одновременное достижение указанных целей практически неосуществимо. Например, повышение эффективности ЭИС по критериям К1 и КЗ вызывает увеличение К4 и достигнутое состояние системы противоречит С4.