1.5. Организационная структура систем с управлением 1.5.1. Понятие структуры системы

Создание системы с управлением требует выявления таких элементов и отношений между ними (внутреннего устройства системы), которые реализуют целенаправленное функционирование системы.

Понятие структуры происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок, а наиболее точное определение структуры выглядит, как известно из системного анализа, следующим образом: «Под структурой понимается совокупность элементов системы и взаимосвязей между ними». Понятие «связи» может характеризовать одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Кро- ме того, при проведении анализа используются два определяющих понятия структуры: материальная структура и формальная структура.

В общем случае под формальной структурой понимается совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для достижения системой поставленных целей. Из определения следует, что формальная структура описывает нечто общее, присущее системам одного типа. В свою очередь, материальная структура является носителем конкретных типов и параметров элементов системы и их взаимосвязей.

Приведенные рассуждения позволяют сделать два вывода относительно сущности формальных структур: фиксированной цели соответствует, как правило, одна и только одна формальная структура; одной формальной структуре может соответствовать множество материальных структур.

При проведении системного анализа на этапе изучения формальных и материальных структур системы аналитики решают обычно следующие задачи: •

соответствует ли существующая структура основным целям и функциям системы; •

требуется ли реорганизация существующей структуры либо необходимо спроектировать принципиально новую структуру; •

каким образом распределить (перераспределить) новые и старые функции системы по элементам структуры.

Все эти задачи во многом зависят от типов применяемых в системе структур.

Типовыми структурами систем являются линейная, кольцевая, сотовая, многосвязная, иерархическая, звездная, графовая.

Линейная структура характеризуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними. При выходе из строя хотя бы одного элемента (связи) структура разрушается.

Кольцевая структура отличается замкнутостью, любые два элемента обладают двумя направлениями связи. Это повышает скорость общения, делает структуру более живучей.

Сотовая структура характеризуется наличием резервных связей, что повышает надежность (живучесть) функционирования структуры, но приводит к повышению ее стоимости.

Многосвязная структура имеет структуру полного графа. Надежность функционирования максимальная, эффективность функционирования высокая за счет наличия кратчайших путей, стоимость максимальная. Частным случаем многосвязной структуры является колесо.

Иерархическая структура получила наиболее широкое распространение при проектировании систем управления. В ней все элементы кроме верхнего и нижнего уровней обладают как командными, так и подчиненными функциями управления.

Поскольку иерархические структуры имеют важное значение в практике управления, дадим основные формальные определения.

Пусть X={X1, ..., Xn} - конечное множество. Тогда иерархией s на Xназывается система подмножеств (классов) {S:S^X}, такая, что 1)

Xes; 2)

{Xi}es, i=1,..., n; 3)

если классы S и S' из s имеют не пустое пересечение, то S oS" либо S'dS.

Например, X={X1, ..., X7}. Тогда система подмножеств s={{Xi}, i=1, ..., n, {Xj, X2}, {X3, X4, X5}, {XJ, X2, X6}, X} является иерархией на X.

Графом G=G(s) иерархии s на X называется ориентированный граф (V,E), вершины ve V которого соответствуют множествам Ses, а ребра eeE - парам (S', S), таким, что S'^S, S'^S и в s не существует S''^S, для которого S'cS''cS.

Ребро e=(S', S) изображается стрелкой с началом S' и концом S. Так, граф G=(V, Е) иерархии s из представленного примера имеет множество вершин:

V={Vi={Xi}, i=1, ..., n; v8={Xb X2}; V9={X3, X4, X5}; v^={Xb X2, X6}, VH=X}.

В графе иерархии вершина может быть концом нескольких стрелок, но является началом только одной стрелки. В случаях когда смысл понятен, ребра графа стрелками могут не помечаться.

Звездная структура имеет центральный узел, который играет роль центра, все остальные элементы системы являются подчиненными.

Графовая структура инвариантна по отношению к иерархической и используется обычно при описании производственно-технологических систем.