Software & Systems

В основе исследования любой сложной системы целесообразно использовать системный анализ, который подразумевает: определение системы, то есть выделение ее из среды; определение входов и выходов системы; определение цели; построение математической модели системы; анализ математической модели системы; формализацию цели; формализацию ограничений; выбор решения; анализ решения; декомпозицию системы. Цель разбивается на подцели.

Исходя из постулата о том, что учебно-тренировочные средства (УТС) являются сложной системой и в прямой постановке вопроса вывести математическую модель очень сложно, придется задаваться вопросом «Задача решена или нет». Скорее всего, это будет второй ответ. Следовательно, потребуется декомпозиция задач предметной области для приложения алгоритма системного анализа к конкретным задачам. Причем в основе всего исследования будет находиться вопрос выявления контента.

Для обоснования целесообразности интеграции УТС предлагается методика, разработанная в НИИ «Центрпрограммсистем» (г. Тверь), в его Санкт-Петербургском филиале. В основе методики лежит шесть этапов.

На первом этапе осуществляется проверка учебных программ всех учебных заведений различных уровней (включая и флотские) на соответствие государственным образовательным стандартам, квалификационным требованиям и нормативам боевой подготовки, что должно быть отражено в учебных программах.

На втором этапе выявляется контент предметной области (образовательный процесс различных уровней подготовки в ВМФ РФ). На данном этапе определяются смысловые единицы анализа (СЕА) и собирается эмпирическая информация. В качестве инструмента целесообразно применить метод контент-анализа.

На третьем этапе следует произвести декомпозицию контента. На этом этапе, обеспечивающем общее представление системы (в нашем случае под этим термином будем понимать образовательный процесс ВМФ РФ), осуществляется:

-    определение и декомпозиция общей цели исследования и основной функции системы  как ограничение траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций (наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций);

-    выделение системы из среды (разделение на систему/«несистему») по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы;

-    описание воздействующих факторов;

-    описание тенденций развития, неопределенностей разного рода;

-    описание системы как черного ящика.

-    декомпозиции системы: функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений между элементами).

Глубина декомпозиции ограничивается. Декомпозиция должна прекращаться, если необходимо изменить уровень абстракции – представить элемент как подсистему. Если при декомпозиции выясняется, что модель начинает описывать внутренний алгоритм функционирования элемента вместо закона его функционирования в виде черного ящика, то в этом случае произошло изменение уровня абстракции. Это означает выход за пределы цели исследования системы и, следовательно, вызывает прекращение декомпозиции.

В автоматизированных методиках типичной является декомпозиция модели на глубину 5-6 уровней. На такую глубину декомпозируется обычно одна из подсистем. Функции, которые требуют такого уровня детализации, часто очень важны, и их детальное описание дает ключ к секретам работы всей системы.

Проблема проведения декомпозиции состоит в том, что в сложных системах отсутствует однозначное соответствие между законом функционирования подсистем и алгоритмом, его реализующим. Поэтому осуществляется формирование нескольких вариантов (или одного варианта, если система отображена в виде иерархической структуры) декомпозиции системы.

Наиболее часто применяемыми стратегиями декомпозиции являются следующие.

-    Функциональная декомпозиция. Декомпозиция базируется на анализе функций системы. При этом ставится вопрос, что делает система, независимо от того, как она работает. Основанием разбиения на функциональные подсистемы служит общность функций, выполняемых группами элементов.

-    Декомпозиция по жизненному циклу. Признак выделения подсистем – изменение закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы от рождения до гибели. Рекомендуется применять эту стратегию, когда целью системы является оптимизация процессов и когда можно определить последовательные стадии преобразования входов в выходы.

-    Декомпозиция по физическому процессу. Признак выделения подсистем – шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Хотя эта стратегия полезна при описании существующих процессов, результатом ее может стать слишком последовательное описание системы, которое не будет в полной мере учитывать ограничения, диктуемые функциями друг другу. При этом может оказаться скрытой последовательность управления. Применять эту стратегию следует, только если целью модели является описание физического процесса как такового.

-    Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция). Признак выделения подсистем – сильная связь между элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе. Силу связи, например, по информации можно оценить коэффициентом информационной взаимосвязи подсистем k=N/N0, где N – количество взаимоиспользуемых информационных массивов в подсистемах, N0 – общее количество информационных массивов. Для описания всей системы должна быть построена составная модель, объединяющая все отдельные модели. Целесообразно использовать разложение на подсистемы, только когда такое разделение на основные части системы не изменяется. Нестабильность границ подсистем быстро обесценит как отдельные модели, так и их объединение.

В НИР «Дебют-К» при исследовании путей оснащения военно-морских институтов УТС для тактической подготовки курсантов была применена стратегия функциональной декомпозиции. При этом выявленные главные единицы анализа были распределены по уровням образовательного процесса. В качестве главных СЕА предлагалось использовать разделы учебных программ: СЕА 1 уровня – темы занятий, СЕА 2 уровня – вопросы тем, СЕА 3 уровня – содержание вопросов тем. Декомпозиция производилась для более детального исследования контента и позволила получить перечень задач общим количеством более 1500 для подготовки выпускника по четырем дисциплинам из 5–7 дисциплин общевоенного блока для пяти военно-морских институтов.

На четвертом этапе следует определить сходимость контента; сравнить повторяемость задач по всей предметной области и определить процентное совпадение контента. По результатам исследования в НИР «Дебют-К» полученный перечень задач был подвергнут исследованию на сходимость содержания программ. Для количественного анализа сходимости за базовый уровень отсчета взято содержание программ теоретического и практического обучения выпускника командного профиля для надводных кораблей. Результаты исследования показали, что сходимость общего содержания подготовки в пяти военно-морских институтах по четырем дисциплинам общевоенного блока составила 64,13%, по теоретическому обучению – 82,25%, а по практическому – 46,14%.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о целесообразности и возможности создания компьютерной системы обучения и тренажа для военно-морских институтов, центральным звеном которой будет универсальный тактический тренажер. Именно этот этап является основным в методике при определении целесообразности интеграции УТС.

На пятом этапе выявляется степень интеграции контента. Содержанием данного этапа является определение перечня приоритетных задач для автоматизации на УТС. Результатом этой работы будет перечень приоритетных задач для УТС.

Аппарат системного анализа предлагается применять к определенным в этом перечне задачам.

На шестом этапе можно приступать к обоснованию облика интегрированного УТС. На этом этапе следует обосновать следующие положения: назначение; классификацию (в соответствии с ГОСТ); специальности обучения для всех уровней подготовки; формы обучения; методы обучения; режимы подготовки; организационно-функцио­нальную структуру; сопряжение.

Результатом применения данной методики в НИР «Дебют-К» явился облик универсального тактического тренажера для военно-морских институтов.

Методика внедрена в НИР «Дебют-К» и апробирована. Можно с достаточной степенью уверенности говорить о целесообразности ее применения для обоснования интеграции УТС образовательного процесса.

Системный анализ – наиболее конструктивное направление, используемое для практических приложений теории систем к задачам автоматизации. Конструктивность предложенной методики в рамках системного анализа заключается в том, что она позволяет не упустить из рассмотрения существенные факторы, определяющие построение интегрированных УТС в конкретных условиях, на основе выявления и интеграции контента образовательного процесса ВМФ России.

Список литературы

1.  Анфилатов В.С., Емельянов А.А., Кукушкин А.А. Системный анализ в управлении. - М.: Финансы и статистика, 2003. - С.66-71.

2.  Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1998. - С.167-171.

3.  Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. - М.: Высш. шк., 1989. - С.269-304.

4.  Отчет по НИР: Определение путей оснащения военно-морских институтов тренажерами для тактической подготовки курсантов, шифр «Дебют-К». - СПб.: ВСОК ВМФ, 2005. - С.42-125.