Komplexität von Systemen und Methoden des „Kampfes“ damit

Auf die eine oder andere Weise entwerfen und implementieren wir alle Systeme. Ob es sich um Softwaresysteme, Infrastruktur- oder Plattformlösungen handelt. Und im Rahmen dieser Arbeit werden wir ständig mit dem Konzept eines „komplexen Systems“ konfrontiert. Als Teil dieses Beitrags möchte ich meine Vision von der Komplexität von Systemen und dem „Kampf“ damit teilen.

Beginnen wir mit der Definition des Systems. Ich mag die Definition im Buch Systemarchitektur . Strategie- und Produktentwicklung für komplexe Systeme . Die Übersetzung klingt ungefähr so:

Ein System besteht aus einer Reihe von Komponenten und ihren Beziehungen. Die Funktionalität des gesamten Systems ist größer als die Summe der Funktionen seiner einzelnen Komponenten.

Dies ist eine sehr wichtige Definition. Es wird vorgeschlagen, dass das System ein "Dienstprogramm" generiert. Wenn das System im Vergleich zu den Komponenten, aus denen es besteht, keine Erhöhung des "Nutzens" bietet, ist ein solches System wahrscheinlich nicht sehr notwendig.

Die nächste Frage, die Sie sich stellen können, ist, was ein "komplexes System" ist. Sie können viel darüber sprechen, aber meiner Meinung nach ist es schwierig, ein System zu nennen, das schwer mit Ihrem Verstand zu beurteilen, schwer zu bearbeiten, schwer zu verstehen und alle Interaktionen in diesem System schwer zu berücksichtigen ist.

Und hier für uns als Ingenieure ist es wichtig, einen Mechanismus zu haben, mit dem diese Komplexität gemessen werden kann. Als Basis für diesen Mechanismus schlagen die Jungs vom MIT vor, die bekannte "magische Zahl sieben plus minus zwei" zu verwenden. Es gibt eine Originalstudie zu diesem Thema sowie Artikel zu den Präsentationen von Habré und TED . Kurz gesagt, die Idee all dieser Studien ist, dass das "Arbeitsgedächtnis" einer Person gleichzeitig eine begrenzte Anzahl verschiedener Objekte halten und damit arbeiten kann. Hier ist das Konzept "verschiedener" Objekte sehr wichtig, da das Gehirn mit der Komplexität zu kämpfen hat, indem es Objekte gruppiert. Beispielsweise können Verbindungen zwischen Objekten der gleichen Art oder des gleichen Typs als eine Verbindung betrachtet werden. Oder klarer: Sie müssen sich kein System von Haufen gemischter Kugeln in verschiedenen Farben vorstellen. Gruppieren Sie sie einfach in Ihrem Kopf und sagen Sie, dass es beispielsweise fünf rote, sieben gelbe und drei blaue Kugeln gibt. Dies vereinfacht die Arbeit mit dem System und reduziert die Anzahl der Objekte von fünfzehn auf drei. Daher sprechen wir im Rahmen der Komplexitätsbewertung von verschiedenen atomaren Objekten, die nicht gruppiert werden können.

Am Ende gibt es unterschiedliche Schätzungen der Arbeitsspeicherkapazität. Jemand spricht von vier Objekten, jemand - ungefähr fünf, jemand - ungefähr sieben. In meinen Überlegungen werde ich mich an den klassischen Ansatz halten - "sieben plus minus zwei".

Basierend auf diesen Schätzungen kann gesagt werden, dass wenn es schwierig wird, mit einem System zu arbeiten, seine Komponenten und Kommunikationen im Speicher zu halten, es anscheinend dieselbe Kapazitätsgrenze von "sieben plus minus zwei" überschreitet. Dies bedeutet wiederum, dass diese "magische Zahl sieben" als grundlegende Schätzung der Komplexität des Systems verwendet werden kann. Ich denke, die folgende vorläufige Definition hat das Recht auf Leben:

Ein komplexes System ist ein System, das aus 7 + -2 Atomkomponenten und ihren Bindungen in verschiedenen Verhältnissen besteht.

Klassische Möglichkeiten, mit Komplexität umzugehen

Erinnern wir uns nun kurz an die klassischen Methoden oder Werkzeuge, um mit der Komplexität in der Entwurfsphase umzugehen. Es gibt nur wenige davon: Abstraktion, Zerlegung, Hierarchie und hierarchische Zerlegung.

• Abstraktion - Eine Methode, mit der Sie die Hauptfunktion eines Systems oder Subsystems hervorheben und den Inhalt ausblenden können
• Zerlegung - eine Möglichkeit, das System in kleinere Blöcke oder Komponenten zu unterteilen
• Hierarchie ist eine Möglichkeit, das System in Ebenen zu unterteilen, wobei Ebenen einen bestimmten Platz in der Struktur haben und übereinander liegen
• Hierarchische Zerlegung - eine Methode, die Hierarchie und Zerlegung kombiniert

Alle diese Tools wurden letztendlich entwickelt, um die einzelnen Subsysteme unseres Systems so zu vereinfachen, dass sie bei der Arbeit mit jeder einzelnen Einheit als Ganzes "in den Kopf passen".

Worum geht es?

Was geben uns all diese Dinge? Einfach ausgedrückt besteht die Idee darin, mit verschiedenen Methoden einen unstrukturierten Satz von Systemkomponenten in eine Art strukturelle Form umzuwandeln. Wenn wir uns an die magische Sieben erinnern, können wir außerdem sagen, dass jeder Block in der Zerlegung nicht mehr als sieben plus / minus zwei Elemente enthalten sollte. Andernfalls ist es bei einer detaillierten Prüfung eines solchen Blocks schwierig, ihn zu kontrollieren.

Wenn wir andererseits ein System mit einer großen Anzahl von Blöcken haben, die in hierarchische Ebenen unterteilt sind, sollte die Anzahl solcher Ebenen vorzugsweise sieben (plus / minus zwei) nicht überschreiten. Zur Veranschaulichung möchte ich eine Folie aus Fundamentals of Systems Engineering mitbringen. Wie Sie auf der Folie sehen können, nimmt die Komplexität des Systems mit der Anzahl der Zerlegungsstufen zu.

Somit kann der korrekte Prozess des Systemdesigns ungefähr durch die folgende These beschrieben werden:

Bauen Sie keine komplexen Systeme. Erstellen Sie Systeme mit der erforderlichen Komplexität.

Literatur

• Systemarchitektur . Strategie- und Produktentwicklung für komplexe Systeme
• Grundlagen der Systemtechnik
• Durch Überlastung des Arbeitsgedächtnisses einer Person wird die Synchronisation zwischen den drei Teilen des Gehirns unterbrochen