4. Hệ thống hoạt động
4.4. Mạng hệ thống hoạt động
Trong trạng thỏi thực tồn tại một nhúm cỏc hệ thống khỏc nhau cú quan hệ hoạt động bởi quan hệ đảm bảo trực tiếp và dảm bảo giỏn tiếp.
MHH = S, Trong đú : S - tập hợp hệ thống hoạt động
quan hệ đảm bảo trực tiếp hệ thống Trong thực tế cú thể lấy thớ dụ, đặc biệt chỳ ý:
- chuỗi hệ thống hoạt động - phõn nhỏnh hệ thống hoạt động - mạng phỏt triển hệ thống
Vớ dụ: chuỗi hệ thống hoạt động cú thể là:
Hệ thống khai thỏc kỹ thuật hệ thống sử dụng kỹ thuật hệ thống phục vụ kỹ thuật hệ thống cung cấp kỹ thuật hệ thống sản xuất kỹ thuật hệ thống thiết kế kỹ thuật.
Vớ dụ: chuỗi hệ thống hoạt động cú thể là: - hệ thống thụng tin nhiều cấp
- hệ thống quyết định nhiều cấp - hệ thống sửa chữa nhiều cấp - hệ thống cung ứng nhiều cấp S4 S3 S2 S1 S3 S2 S1 S3 S2 S1
Vớ dụ: Một mạng phỏt triển hệ thống hoạt động cú thể là sự phõn nhúm hệ thống hoạt động thể hiện trờn hỡnh vẽ sau:
Chỳ ý rằng, mỗi hệ thống thuộc một sự phõn nhúm nào đú, cú một vị trớ khỏc nhau. Cú thể đú là hệ thống tiếp trước, hệ thống trung gian và hệ thống tiếp sau. Hệ thống tiếp trước sẽ tham gia trực tiếp trong thực hiện cỏc nhiệm vụ bờn ngoài toàn bộ phõn nhúm. Hệ thống trung gian chuyển tiếp cú thể giỏn tiếp chuyển bảo đảm từ tuyến sau đến hệ thống đi trước. Khi ở vị trớ hệ thống đi sau, nú sẽ trực tiếp lấy sự đảm bảo từ mụi trường đưa vào từng hoạt động trong toàn bộ phõn nhúm hệ thống. Tập hợp con của hệ thống đi trước cú thể gọi là “tiếp trước” của cả nhúm. Cũn tập hợp con của hệ thống đi sau cú thể gọi là tiếp sau của nhúm. Tập hợp con của hệ thống trung gian cú thể gọi là “trung vị”, của nhúm. Cỏc hệ thống nằm trong nhúm của mạng được phõn bố theo cỏc lớp tương ứng của nhúm. Cỏc mạng hệ thống phức tạp gặp trong thực tế thường cú kết cấu từng lớp.
Vớ dụ: hệ thống y tế, hệ thống phục vụ kỹ thuật, hệ thống cung ứng, hệ thống điều khiển (quản lý ). Kết cấu lớp những hệ thống đú sẽ ảnh hưởng căn bản đến độ tin cậy, độ ổn định và chức năng của nhúm. Gắn kết với nhúm là vấn đề hiệp tỏc của hệ thống trong thực hiện một hoạt động phức tạp. S1 S3 S6 S2 S5 S4 S6 S5 S3 S2 S4 S1 S4 S1 S3 S5 S2 S6 S1 S3 S4 S8 S5 S7 S2 Lớp thứ tư Lớp thứ ba Lớp thứ hai Lớp đầu 0 1 2 3 Hệ thống tiếp sau Hệ thống chuyển tiếp Hệ thống tiếp trước Tiếp trước
Cú thể hỡnh dung sự phõn lớp trờn cho cỏc tuyến cấp cứu y tế, tuyến phục vụ kỹ thuật, cấp quản lý, cấp dự trữ.
Đối với mỗi hệ thống tham gia vào phõn nhúm của mạng, cú thể xỏc định vị trớ hoạt động. Vị trớ này sẽ xỏc định khoảng cỏch đảm bảovà độ dài tỏc nghiệp. Khoảng cỏch giữa tối đa và tối thiểu sẽ xỏc định độ sõu phõn nhúm của mạng hệ thống đú . Đụi khi trong thực tế độ sõu đú cũng tương ứng độ sõu thực về khụng gian giữa cỏc hệ thống cỏch xa nhau tối đa.
Cỏc hệ thống lớn hoạt động luụn luụn cú thể biểu thị dưới dạng một mạng hệ thống hoạt động.
5. Đoạn hệ thống
5.1 Sự hỡnh thành đoạn hệ thống
Chỳng ta xem xột một hệ thống hoạt động trong một dõy chuyền hệ thống hoạt động. Đối với một hệ thống xỏc định Si - coi như hệ thống cơ sở, chỳng ta xột đến cỏc hệ thống gắn liền trực tiếp với nú. Đú là hệ thống cụng tỏc Si-1 và hệ thống đảm bảo Si+1. Cả hai hệ thống đú tạo nờn mụi trường gần của Si. Cỏc hệ thống cũn lại tạo nờn mụi trường xa của hệ thống Si và so với cỏc hệ thống trong mụi trường gần, nú cú một khoảng cỏch hệ thống lớn hơn.
Đoạn hệ thống Si là một chập ba sắp xếp thứ tự của cỏc hệ thống. PS (Si) = < Si-1, Si, Si+1 >
Như vậy một đoạn hệ thống bao gồm hệ thống cơ sở Si và mụi trường gần nú. Đặc tớnh một đoạn hệ thống phụ thuộc hệ thống cơ sở, hệ thống cụng tỏc, hệ thống đảm bảo và cỏc quan hệ xẩy ra giữa chỳng.
Vớ dụ một số đoạn hệ thống:
< hệ thống khai thỏc, hệ thống sản xuất, hệ thống thiết kế > < hệ thống quyết định, hệ thống phõn tớch, hệ thống thụng tin > < hệ thống sử dụng cỏn bộ, hệ thống học tập, hệ thống đào tạo >
Khỏi niệm đoạn hệ thống là một cụng cụ phục vụ cho phõn tớch hoạt động học trạng thỏi cỏc hệ thống phức tạp. Đụi khi đoạn hệ thống cũng gọi là mụ hỡnh hoạt động học. Nhờ đú cú thể lập mụ hỡnh hoạt động học, mụ hỡnh điều khiển học, mụ hỡnh toỏn học, mụ hỡnh kinh tế học của cỏc hệ thống hoạt động đang cú hoặc thiết kế.
Xỏc định đoạn hệ thống là động tỏc cơ bản trong lập mụ hỡnh mạng phức tạp cỏc hệ thống. Mụ hỡnh đú dựa trờn giả thiết rằng, cỏi gỡ đang, đó và sẽ hoạt động trong hệ thống chỉ phụ thuộc trực tiếp vào mụi trường gần hệ thống. Giả thiết đú là sự đơn giả hoỏ quỏ trỡnh nghiờn cứu và phõn tớch hệ thống thực, tạo sự dễ dàng về mặt phương phỏp cho mụ hỡnh hoỏ, đồng
Si+2
Si+1
Si
Si-1
Si-2
Mụi trường ngoài hệ thống Đoạn hệ thống HT đảm bảo HT cơ sở HT cụng tỏc 2 1 0 -1 -2
nhất hoỏ, đỏnh giỏ và tối ưu hoỏ hệ thống.
5.2. Phõn loại đoạn hệ thống
Cỏc đoạn hệ thống thực cú nhiều dạng khỏc nhau. theo quan điểm lập mụ hỡnh trạng thỏi hoạt động thỡ điều quan trọng là phải phõn tớch mức độ phức tạp và độ mở của hệ thống cụng tỏc và hệ thống đảm bảo của hệ thống đang xột (xem bảng).
Theo bảng phõn loại chỳng ta cú 16 lớp đoạn hệ thống khỏc nhau. Mỗi lớp cú một tập hợp cỏc trạng thỏi hệ thống thực. Mỗi lớp cũng đũi hỏi những nghiờn cứu lý thuyết riờng.
Để lập mụ hỡnh, tương tự hoỏ, đỏnh giỏ và tối ưu hoỏ chỉ cần phõn biệt 3 loại đoạn hệ thống cơ bản:
- đoạn đơn giản ( mở hoặc đúng ) - đoạn phức tạp ( mở hoặc đúng )
- đoạn chi tiết ( đảm bảo nghịch mở hoặc đúng ). Hỡnh sau biểu thị 2 vớ dụ đoạn đơn giản hệ thống:
Dạng cơ bản của đoạn hệ thống này cú kớch thước 1x1, cú nghĩa là hệ thống cụng tỏc và hệ thống đơn mở hoặc đúng. Si-1 Si+1 SPĐ SPM SGĐ SGM SPĐ I II III IV SPM V VI VII VIII SGĐ IX X XI XII
SGM XIII XIV XV XVI
SPĐ - hệ thống đơn đúng SPM - hệ thống đơn mở SGĐ - hệ thống nhúm đúng SGM - hệ thống nhúm mở (1x1) (1x1)
Đoạn mở Si-2 Si-1 Si Si+1 Si+2
Si-2
Đoạn đóng Si-1 Si Si+1 Si+2
Hỡnh dưới đõy biểu thị đoạn hệ thống phức tạp. Trạng thỏi biểu thị là đoạn hệ thống mở. Trong trạng thỏi đú hệ thống cơ sở khụng độc quyền phục vụ riờng cũng như khụng độc quyền nhận sự phục vụ của cỏc hệ thống khỏc. Trạng thỏi biểu thị cũng khụng cú phản hồi đảm bảo.
Đoạn hệ thống (nxm) S1,i-1 S2, i-1 Si Si+1 a/ S1, i-1 S2, i-1 Si S1, i-1 b/ S2, i-1 Đoạn hệ thống (2x2) c/ S1, i-1 Sj, i-1 Si S1, i+1 Sk, i+1 Sn, i-1 Sn, i+1 (2x1)
Mỗi đoạn hệ thống trờn trong hỡnh trờn cú thể viết dưới dạng: a) PS(Si) = <{S1, i-1, S2, i-1}, Si, Si+1>
b) PS(Si) = <{S1, i-1, S2, i-1}, Si, {Si, Si+1, S2, i+1}> c) PS(Si) = <{Sj, i-1}, Si, {Sk, i+1}>, j=1…n, k=1…m
Ngoài ra cần chỳ ý rằng, trong cỏc trạng thỏi đang xột, cỏc hệ thống tỏc nghiệp và hệ thống đảm bảo tạo nờn những nhúm hệ thống khụng sắp xếp thứ tự. Những hệ thống này thường khụng tạo nờn hệ thống nhúm hoạt động. Tỡnh hỡnh đú làm dễ dàng hoặc gõy khú khăn hoạt động hệ thống cơ sở của đoạn hệ thống đú. Điều này thường đưa đến xung khắc lợi ớch và những mong muốn tham gia hoạt động hệ thống.
5.3. Đặc tớnh đoạn hệ thống
Đoạn hệ thống gồm ba hệ thống sắp xếp thứ tự bằng quan hệ đảm bảo trực tiếp cú những đặc tớnh nhất định. Những đặc tớnh này cú liờn quan trong một đoạn với tư cỏch một tổng thể cũng như đến từng hệ thống thành phần. Đú là những đặc điểm và đặc tớnh như:
- Đặc tớnh đỏnh giỏ được;
- Mục tiờu hành động và đặc tớnh tương tỏc; - Ngụn ngữ và đặc tớnh thụng tin;
- Trạng thỏi và đặc tớnh đỏng tin cậy.
Vấn đề đặc biệt là phõn tớch ảnh hưởng đặc tớnh đoạn hệ thống đến đặc điểm đỏnh giỏ của hệ thống: chỉ tiờu tiến bộ, khả năng, nhu cầu, sự phối hợp, giỏ trị, tớnh dư thừa và dự trữ của hệ thống.
Đặc tớnh đỏnh giỏ: Cho rằng đó biết ước lượng riờng của cỏc hệ thống tham gia vào hoạt động của một đoạn, trong thực tế cú thể gặp cỏc hàm khỏc nhau đỏnh giỏ một đoạn như một tổng thể:
(2) Q = (Qi-1*Wi-1 + Qi*Wi + Qi+1*Wi+1)/(Wi-1+Wi+Wi+1) (3) Q = min{Qi-1, Qi, Qi+1}
(4) Q = Qi-1 Trong đú:
Q: ước lượng đoạn hệ thống
Qi-1: ước lượng hệ thống tỏc nghiệp Q: ước lượng hệ thụng cơ sở
Qi+1: ước lượng hệ thống đảm bảo Wi: mức độ tham gia của hệ thống Si.
Vỡ vậy tồn tại vấn đề cấu trỳc một chỉ tiờu đỏnh giỏ f(Qi-1, Qi, Qi+1) như thế nào để đỏnh giỏ đỳng cỏc hệ thống thành phần.
Đụi khi trong thực tế chỳng ta gặp tỡnh hỡnh ngược lại: chỳng ta đó biết ước lượng kết quả của hoạt động của một đoạn. Nếu ước lượng đú là dương thỡ tồn tại vấn đề là phõn chia đỳng đắn mức đúng gúp và mức thưởng rỳt ra từ đú cho hệ thống tham gia kết quả. Cũn nếu ước lượng hoạt động toàn đoạn là õm thỡ vấn đề là phõn chia đỳng đắn trỏch nhiệm và mức phạt cho mỗi hệ thống tham gia làm thiệt hại. Tỡnh trạng thứ nhất và thứ hai là một bài toỏn quan trọng trong lĩnh vực đỏnh giỏ hệ thống và quan hệ đỳng đắn giữa cỏc hệ thống.
Si-1 Si Si+1 Tiêu chuẩn đánh giá Ràng buộc tác nghiệp Ràng buộc bên trong Ràng buộc đảm bảo
Biểu thị giới hạn và tiờu chuẩn đỏnh giỏ hệ thống trong 1 đoạn
Vỡ vậy đỏnh giỏ hệ thống cơ sở trong một đoạn phải chỳ ý đến đặc tớnh khỏch quan của đoạn hệ thống đú. Đặc biệt, đú là giới hạn tỏc nghiệp, giới hạn đảm bảo và giới hạn bờn trong của hệ thống trong một đoạn. Tiờu chuẩn đỏnh giỏ hệ thống đú phải chỳ ý quan điểm hệ thống tỏc nghiệp của nú. Vỡ đú là nguyờn tắc cơ bản hoạt động học trong đỏnh giỏ hệ thống. Từ đú rỳt ra hệ thống đo chất lượng của một hệ thống luụn luụn là hệ thống tỏc nghiệp của nú. Như vậy chất lượng hệ thống là một khỏi niệm tương đối và liờn quan đến đoạn hệ thống đo. Điều này cú liờn quan ảnh hưởng đến cỏc đặc tớnh đỏnh giỏ của hệ thống cho những đặc tớnh cũn lại. Đặc tớnh xung khắc: Mỗi hệ thống hoạt động tham gia vào đoạn hệ thống đó cho sẽ thực hiện một mục đớch hoạt động khỏc nhau. Điều đú rỳt ra từ vị trớ của nú (vai trũ) trong dõy chuyền hoạt động học hệ thống. Từ đú rỳt ra tớnh khụng tương đồng mục đớch từng cặp hệ thống: Ci- 1≠Ci≠Ci+1 và cũng đưa đến trạng thỏi xung khắc cỏc hệ thống thành phần.Vỡ vậy, chỳng ta sẽ quan sỏt trong trạng thỏi thực của hệ thống ớt nhất 2 trạng thỏi xung khắc:
- Hệ thống tỏc nghiệp, hệ thống cơ sở; - Hệ thống cơ sở, hệ thống đảm bảo.
Ở đõy đụi khi chỳng ta bỏ qua tỡnh trạng xung khắc thỏa hiệp. Cỏc trạng thỏi này thường đưa đến trũ chơi lợi ớch. Vỡ vậy cũng sẽ thực hiện trũ chơi lựa chọn giữa cỏc hệ thống, là đặc tớnh cơ bản của đoạn hệ thống nào đú. Vấn đề này bắt buộc phải chỳ ý nhờ hệ thống cấp trờn điều
khiển hoạt động đú.
Đặc tớnh thời gian: Mỗi thành phần trong hệ thống tham gia vào hoạt động của một đoạn hệ thống thường hoạt động theo một đồng hồ riờng. Vỡ vậy chỳng ta cú thể phõn biệt thời gian tỏc nghiệp, thời gian cơ sở và thời gian đảm bảo. Cấu trỳc đồng hồ của cỏc thời gian đú cú quan hệ tương quan với đồng hồ thời gian tự nhiờn. Sự khỏc nhau về mụ hỡnh thời gian hoạt động đặc biệt thấy rừ trong những hệ thống lớn hoạt động. Khi đú nẩy sinh sự chỳ ý thực tế nhu cầu điều hũa thời gian hoạt động của cỏc hệ thống trong đoạn.
Đặc tớnh thụng tin: Cỏc hệ thống hoạt động trong một đoạn hệ thống thường sử dụng ngụn ngữ riờng và đưa vào đú những nguồn thụng tin tương ứng. Tớnh quy luật này đặc biệt xuất hiện trong hệ thống hoạt động phức tạp. Vỡ vậy cú thể núi về một khả năng thớch nghi hệ thống và một nhu cầu thực tế cú một mỏy phiờn dịch cú hiệu quả cỏc ngụn ngữ hệ thống. Cú thể cho rằng để mụ tả đặc tớnh này chắc chắn sẽ phỏt triển trong tương lai lý thuyết ngụn ngữ hệ thống.
Đặc tớnh độ tin cậy: Một cỏch suy luận cú thể nhắc lại rằng trạng thỏi thớch nghi toàn đoạn hệ thống phụ thuộc trạng thỏi những hệ thống thành phần của nú. Khi tập hợp cỏc trạng thỏi thớch nghi của một hệ thống chỳng ta sẽ nhận được 8 trạng thỏi khỏc nhau của đoạn hệ thống. Cỏc trạng thỏi này dễ dàng biểu thị trờn đa giỏc trạng thỏi 6 mặt:
(0,0,1) (0,0,1) (0,0,0) (0,1,0) (1,1,0) (1,0,0) (1,0,1) (1,1,1) (0,0,1) (0,0,1) Si Si+1 Si-1
Đa giỏc 6 mặt trạng thỏi đoạn hệ thống: Si-1: trạng thỏi hệ thống tỏc nghiệp Si: trạng thỏi hệ thống cơ sở
Si+1: trạng thỏi hệ thống đảm bảo
Cỏc đường đậm nột biểu thị quỏ trỡnh đi trước.
Chỳ ý rằng, trạng thỏi thớch nghi đầy đủ của đoạn <1, 1, 1> là điều kiện cần để thực hiện trong đoạn đú cỏc hàm hệ thống phức tạp. Trong hoạt động thực tế tuy nhiờn chỳng ta cũng gặp những trạng thỏi cũn lại của đoạn. Sự thay đổi từng thời kỳ của trạng thỏi cũn là kết quả của hành trỡnh tương ứng của quỏ trỡnh khai thỏc cỏc hệ thống thuộc một đoạn hệ thống khỏc nhau. Dựa vào nhận thức đặc tớnh khai thỏc cú thể tạo ra mụ hỡnh tương ứng đỏnh giỏ độ tin cậy, độ sẵn sàng và tớnh ổn định của hệ thống trong đoạn.
Chỳng ta chỉ mới nghiờn cứu một số quan điểm của những đặc tớnh cơ bản của đoạn hệ thống và cỏc hệ thống trong đoạn đú. Nghiờn cứu sõu những đặc tớnh đú là đối tượng toỏn học của lý thuyết hệ thống trong đoạn hệ thống. Nú cú thể liờn quan đặc biệt những phương trỡnh hệ thống và những đặc tớnh rỳt ra từ đú về đỏnh giỏ và tối ưu chọn hệ thống.
Đối tượng được đặc biệt quan tõm là đoạn hệ thống cú đặc tớnh cụ thể. Trong những đoạn đú xuất hiện nhiều phản hồi giữa cỏc hệ thống, làm phức tạp thờm cỏc mụ hỡnh đồng nhất, đỏnh giỏ và tối ưu trong những đoạn như vậy.
5.4. Đoạn hệ thống chọn lọc
Trong tỡnh hỡnh thực xuất hiện những kiểu đặc trưng đoạn hệ thống. Trong bảng trang bờn đó tập hợp cỏc kiểu đoạn thường gặp trong thực tế. Mỗi một kiểu cú liờn quan đến một đoạn hệ thống với những đặc tớnh cụ thể. Tớnh cụ thể này thụng thường dựa trờn thụng tin phản hồi đảm bảo trực tiếp và giỏn tiếp.
Những đoạn hệ thống biểu thị trờn bảng là thuộc về hệ thống kinh tế thế giới, hệ thống dự trữ bổ sung hoặc sở hữu được bảo toàn, cặp hệ thống nảy sinh trong quỏ trỡnh loại trừ lẫn nhau và