Устойчивость, эффективность, критерий эффективности

В процессе движения системы значения показателей изменяются и выходят за установленную меру, что приводит к потере отдельных свойств, а при потере существенных свойств — к качественным изменениям в системе. Движение, в процессе которого в системе увеличивается количество элементов, усложняются отношения и связи и приобретаются в соответствии с этим новые свойства, называется прогрессивным. Движение, в процессе которого в системе отмирают элементы, упрощаются отношения, связи и теряются в соответствии с этим свойства, называется регрессивным. Любая система за время своего существования имеет периоды прогрессивного и регрессивного движения. При этом возможны случаи, когда система теряет существенные свойства, а затем за счет определенных отношений и взаимодействий между ее элементами и окружающей средой вновь восстанавливает свое качество. Свойство системы сохранять и восстанавливать свое качество в условиях воздействий называется устойчивостью. Устойчивость является основой существования любой системы. Все системы обладают этим свойством в большей или меньшей степени. Устойчивость может быть абсолютной, если ее рассматривать с учетом всех возможных воздействий и влияния их на все существенные свойства системы, а может быть относительной, если учитывать только отдельные воздействия на систему и влияние их на отдельные свойства системы. В этом случае говорят об устойчивости системы к определенному воздействию и по определенному свойству.

Устойчивость включает такие свойства системы, как стабильность, долговечность, восстанавливаемость и живучесть.

Стабильность — свойство системы непрерывно сохранять свое качество при заданных воздействиях окружающей среды.

Долговечность — свойство системы сохранять свое качество при заданных воздействиях окружающей среды и условии восстановления существенных свойств.

Восстанавливаемость — свойство системы восстанавливать существенные свойства за конечное время.

Живучесть — свойство системы противодействовать аномальным воздействиям окружающей среды в течение заданного времени.

Для технических систем стабильность, долговечность и восстанавливаемость объединяются в комплексное свойство этих систем, которое называется надежностью. При этом аналогом стабильности является безотказность, а аналогом восстанавливаемости — ремонтопригодность. Таким образом, устойчивость технических систем будет включать надежность и живучесть, а для отдельных систем также ряд дополнительных свойств (с учетом их специфики). Например, устойчивость систем связи определяется надежностью, живучестью и помехоустойчивостью. Перечисленные свойства могут характеризоваться различными показателями. Рассмотрим наиболее общие из них, вытекающие из определений этих свойств. Стабильность характеризуется временем от начала зарождения (создания) системы до потери одного из существенных свойств, определяющих ее качество. При этом система функционирует в условиях нормальных взаимодействий окружающей среды, т. е. таких, при которых обеспечивается среднее время существования систем подобного типа. Долговечность характеризуется временем существования системы при нормальных воздействиях и при условии, что за это время возможны потери ее качества и его последующие восстановления. Восстанавливаемость характеризуется временем восстановления качества системы при заданной степени ее разрушения. Живучесть характеризуется величинами аномальных воздействий окружающей среды, при которых сохраняются существенные свойства системы. При этом время воздействий выбирается достаточно малым, значительно меньше времени существования системы при нормальных воздействиях. Таким образом, устойчивость системы в основном характеризуется временными показателями и величинами воздействий. Данные показатели являются случайными величинами, поэтому для их оценки необходимо использовать методы теории вероятностей и математической статистики.

Для оценки результатов применения системы используется понятие «эффективность». При определении эффективности необходимо рассматривать конечный результат (эффект, исход) взаимодействия системы, подсистемы (человека, организации), использующей систему в своих целях, и окружающей среды.

Эффект (исход) — конечное состояние системы, надсистемы и окружающей среды, полученное в результате функционирования (движения) системы (доход, получаемый предприятием от внедрения каких-либо усовершенствований; показатели свойств системы, полученные в результате ее разработки, и т. п.). Для обеспечения требуемого эффекта надсистема затрачивает время и вкладывает определенные ресурсы (запасы сырья, технические и денежные средства и т. д.). Полезность эффекта понижается с ростом неоправданно затраченных времени и ресурсов. В настоящее время используются различные понятия эффективности, вытекающие из приведенных предпосылок. В теории надежности под эффективностью применения системы (объекта) но назначению понимают ее свойство создавать некоторый полезный результат (выходной эффект) в течение периода эксплуатации в определенных условиях. В процессе исследования операций под эффективностью операции понимают степень ее приспособленности к выполнению стоящей задачи. При анализе функционирования производственных систем используют понятие экономической эффективности, определяемое как соотношение между получаемыми результатами производства — продукцией и услугами, с одной стороны, и затратами труда и средств производства — с другой.

Существует несколько последовательных уровней эффективности, каждый из которых характеризуется собственной мерой. Они тесно взаимосвязаны и образуют единый комплекс. Народно-хозяйственный уровень характеризуется интегральной мерой эффективности, отражающей в количественной форме качественные законы общественного развития. Экономическая постановка проблемы эффективности характеризуется мерой, носящей оценочный характер, и отражает способ соизмерения эквивалентов, существующий на данный момент в обществе. В инженерно-конструкторских и производственных задачах проблема эффективности выступает в функциональной форме и характеризуется мерой, носящей также оценочный характер, которая отражает технологию и организацию процессов производства и управления, достигнутые обществом на данный момент. Наконец, постановка проблемы эффективности в физической форме раскрывает сущность основного процесса, выражает содержание функциональных показателей в системе немногих физически измеримых показателей.

В системотехнике под эффективностью понимают нормированный к затратам ресурсов результат действия или деятельности системы на определенном интервале времени (отношение эффекта к затраченному ресурсу, разность между ними, эффект при ограниченном ресурсе; функционал, учитывающий эффект и затраченный ресурс).

Из анализа приведенных понятий можно сделать следующий вывод: с одной стороны, эффективность зависит от внешних факторов, таких как соответствие (близость) достигнутого эффекта поставленной цели, свойств надсистемы, затраченных ресурсов, времени и условий функционирования, а с другой стороны, на эффективность влияют свойства (качество) самой системы, применяемой для достижения поставленной цели.

Данный вывод обусловливает необходимость использовать многоуровневый (многошаговый) подход к оценке эффективности сложных систем. На высшем (функциональном) уровне определяется цель применения системы в операции, совершаемой надсистемой, или цель самой операции и устанавливаются показатели эффективности, характеризующие степень соответствия результата выполнения операции (эффекта) поставленной цели. Оцениваемая система рассматривается на этом уровне с точки зрения надсистемы и определяется положительное влияние, которое система оказывает на функционирование надсистемы в процессе выполнения операции. Конкретное содержание оцениваемой системы отходит на второй план, уступая место оценке вклада системы в деятельность надсистемы. На этом уровне показатель эффективности может быть представлен в виде функционала, заданного на множестве процессов функционирования системы, или в виде среднего значения данного функционала. При выборе функционала учитываются цель применения системы, затраченные ресурсы, время и условия функционирования. Примерами подобных показателей являются средняя себестоимость продукции, средний объем продукции требуемого качества, выпускаемой за определенный промежуток времени для экономических систем, и т. д. Иногда определяют функционал, характеризующий только эффект от применения системы, а ресурсы и время рассматривают отдельно, говоря, что оценка системы производится по критерию «эффективность (эффект) — стоимость (затраченные ресурсы) — время».

Для определения значений показателей, при которых обеспечивается требуемая эффективность системы, используется критерий эффективности. В соответствии с понятием «критерий свойства» критерий эффективности есть признак (правило), определяющий значения показателей, при которых обеспечивается эффективность системы. Критерии эффективности можно делить на те же классы, что и критерии оценки качества системы, т. е. для оценки эффективности можно использовать критерии пригодности (1.1), оптимальности (1.2) и превосходства (1.3). Однако при этом показатели должны характеризовать не качество, а эффективность системы. Различие между показателями эффективности и качества заключается в том, что показатель эффективности характеризует процесс и эффект от функционирования системы, а показатель качества — пригодность системы для ее использования по назначению. Основным недостатком показателей эффективности высшего (функционального) уровня является то, что эти показатели непосредственно не характеризуют влияние многочисленных свойств системы на эффективность ее применения, что особенно важно в процессе синтеза данной системы. Поэтому для детальной оценки влияния свойств системы на ее эффективность производят декомпозицию цели и показателя эффектности высшего уровня с последующим формированием частных показателей нижестоящих уровней, характеризующих влияние отдельных свойств и процессов на эффективность. Иногда в качестве таких частных показателей эффективности используются показатели отдельных свойств системы. Например, показатели, характеризующие точность, быстродействие, достоверность, пропускную способность, чувствительность системы и др. Основными проблемами, решаемыми в процессе такой многоуровневой оценки эффективности, являются определение требуемого множества частных показателей и числа уровней, достаточных для исследования системы; определение взаимосвязи и согласование показателей и критериев различных уровней; установление рациональной итеративной (повторяющейся) процедуры, обеспечивающей баланс количественных значений показателей всех уровней, и др.

Экономические показатели и оценки эффективности хотя и являются достаточно универсальными показателями, но они малопригодны для оценки качества свойств и характеристик систем. Для такой оценки используются так называемые функциональные критерии, т. е. такие критерии, которые оценивают качество выполнения тех или иных функций системы. К этим критериям, например, можно отнести производительность системы, ее надежность, безопасность, энергоемкость и т. д. Функциональные критерии характеризуют разные стороны деятельности системы, и поэтому мало сопоставимы между собой и не позволяют оценить систему в целом. Для преодоления этого недостатка обычно разрабатываются обобщенные критерии, имеющие характер взвешенных или агрегатных величин. Задача функциональных критериев и оценок состоит в том, чтобы с их помощью обосновать и выбрать наилучший вариант построения и реализации системы. Стоимостные и функциональные критерии дополняют друг друга, и в то же время каждый из этих видов критериев имеет самостоятельное значение. Стоимостные критерии оценивают экономическую эффективность систем — это как бы внешняя ее характеристика. Функциональные критерии позволяют оптимизировать внутреннюю организацию и технологические характеристики системы.