Иерархическая структурная схема, ее составление и детализация.

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4 ИЗУЧЕНИЕ РАЗНОВИДНОСТЕЙ И СВОЙСТВ СИСТЕМ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ БОЛЬШОГО МАСШТАБА НА ПРИМЕРАХ. ПРОЦЕССЫ И СВЯЗИ В СИСТЕМАХ (2 часа).

Цель и задачи практического занятия

Цель работы заключается в получении на втором уровне представлений о свойствах систем как объектов системного анализа

Основные задачи:

– получение углубленного представления о системах как объектах системного анализа;

- получение углубленного представления о моделях систем как отображение целевых свойств системы;

– структурная иерархическая схема системы, ее составление и декомпозиция;

– связи в системах: прямые косвенные и обратные.

Основные теоретические положения и представления о системах

4.2.1 Представление о системах. Модели систем. Структурная иерархическая схема, ее составление и декомпозиция, прямые косвенные и обратные связи

4.2.1.1 Общие положения. Множественность моделей систем.

Центральной концепцией системного подхода, всей науки «системологии» является понятие системы. Многие авторы анализировали это понятие, развивали его, давали определения до различной степени формализации. Существует множество определений системы.

Системы могут быть материальными, создаваемыми природой и человеком (искусственными), и абстрактными, духовными, состоящими из идей, мыслей, чувств.

4.2.1.2. Первое (целевое) определение системы. Сложности установления соответствия «цель-система».

Рассмотрим сначала искусственную систему, создаваемую человеком. Как известно, любая человеческая деятельность носит целенаправленныйхарактер. Цели достигаются сочетанием различных возможностей, ресурсов – собственных и имеющихся в окружении. Если цель еще не достигнута, возникает проблемная ситуация. Примеров можно привести множество: создание АСУ вызвано невозможностью полной и быстрой обработки информации, мобильная телефонная связь возникла, когда появилась острая потребность в оперативном обмене информацией для деловых нужд и т.п. В этом смысле говорят, что необходимость – мать изобретения. Итак, постепенно формируется цель – как образ (модель) желаемого будущего, состояния среды, которое бы решило проблему.

Далее вся последующая деятельность направлена на достижение цели. Этапы этой деятельности структурированные, формализованные и составляют существо системного анализа. На основе этих логичных рассуждений заключаем, что система есть средство достижения цели. Это и есть первое определение понятия системы.

Простые примеры:

1.Указывать время в произвольный момент – часы.

2. Выпекать хлеб – пекарня.

3. Передавать информацию зрительную и звуковую на расстояние – телевидение.

Для достижения одной цели могут быть выбраны разные средства – системы.С другой стороны, данную систему можно использовать и для других целей, не предусмотренных при ее создании. Неправильно или неточно сформулированная цель ведет к неверно, неадекватно созданной системе.

Таким образом, между целью и системой непросто установить соответствие даже для уже известных и существующих ситуаций. Поэтому в инженерной практике техническое задание – один из важнейших этапов создания системы. Однако эти замечания не противоречат первому определению системы: система есть средство достижения цели, средство решения проблемы. Есть еще одно образное выражение «Без проблемы нет системы».

Другим аспектом этого определения является его конструктивность, а именно ответ на вопрос: какие объекты из окружающей среды нужно включать в состав системы? Ответ: любые, если они необходимы для достижения цели.

4.2.1.3. Представление системы в виде блока с неизвестной структурой. Модель «черного ящика».

В первом определении системы речь идет лишь о ее назначении; обратимся теперь к характеристикам конструкции системы с тем, чтобы получить более удобную и развитую форму модели системы, которая бы позволяла включать в нее по необходимости дополнительные сведения.

В качестве наглядного, образного представления о модели устройства системыее изображают в виде непрозрачного ящика, выделенного из окружающей среды. Эта простая интерпретация отражает два важных свойства системы: целостность и обособленность от окружающей среды. Вместе с тем, хотя «ящик» и обособлен от окружающей среды, он не является от нее изолированным, т.к. цель системы – это ведь изменения в окружающей среде, некие продукты, которые потребляются вне системы.

Иначе говоря, система связана со средой, и этими связями воздействует на окружающую среду. Эти связи называются выходами системы. Если выходы обозначить стрелками, то они соответствуют в словесном определении понятию цель.С другой стороны, система выступает средством достижения цели, поэтому на нее нужно воздействовать со стороны окружающей среды. Эти связи называются входами системы.

Получаем таким образом модель «черного ящика» (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Модель «черного ящика»

Модель «черного ящика» – это образное изображение, в котором нет сведений о внутреннем содержании «ящика», фиксируются только входные и выходные связи с системой. Такая модель часто оказывается полезной. Например, систему «телевизионный приемник» можно представить ниже приведенной моделью «черного ящика» (рис. 4.2).

Рис. 4.2. «Черный ящик» как бытовая модель телевизора

Формализованная (математическая) модель «черного ящика» сводится к заданию двух множеств: X – входных, Y – выходных переменных.

Кажущаяся простота модели системы в виде «черного ящика» исчезает при решении конкретной системной задачи – определении списка и характеристик входов и выходов. Этот список характеризуется множественностью, т.к. любой объект взаимодействует с окружающей средой большим числом связей. Отобрать же нужно конечное число. Критерием является целевое назначение модели системы. Здесь и возникают ошибки, т.к. не включенные связи все равно действуют, а кажущаяся не существенность может оказаться ошибочной. Эту мысль можно проследить на примере грузового автомобиля (рис. 1.12). Какие входные воздействия указывать?

Может быть наряду с приведенными нужно также включать свойства поверхности земли, сцепление с грунтом, поле тяготения земли, сопротивление воздуха, силы инерции и т.д. Какие отобрать? Задача нетривиальная.

Аналогичные рассуждения можно привести и относительно выхода – цели системы. Сложность заключается в том, что всегда главную цель приходится сопровождать дополнительными целями. Например, для пассажирского самолета (рис. 4.4) перечень характеристик на выходе может быть различным в зависимости от решаемой проблемы.

Рис. 4.4. Выходы для модели «черного ящика» – пассажирского самолета

Часто дополнительные цели не менее важны, чем основные. Все вместе они называются ограничениями, которые делятся на цель (одна) и принуждающие связи.

Часто модель «черного ящика» не только полезна, но и единственна, т.к. по соотношению входов и выходов мы делаем выводы о внутреннем устройстве системы.

4.2.1.4. Модель состава системы.

Целостность и обособленность системы – это ее внешние свойства, они отображены в модели «черного ящика».

Внутреннее устройство системы отражает ее составные части, которые могут быть разбиты на более мелкие составляющие.

Итак, в составе системы могут быть подсистемы, последние в свою очередь состоят из элементов (Э) – неделимых далее составляющих. Можно ввести иерархию подсистем, указывая их уровень (рис. 4.5) и табл. 4.1.

Рис. 4.5 Модель состава системы

Примеры состава систем Таблица 4.1

Система	Подсистема	Элемент
Телевидение	Передачи	Телестудия
	Передачи	Антенно-передающее устройство
	Канал связи	Среда
	Канал связи	Спутники-ретрансляторы
	Приема	Местное телевидение
	Приема	Телевизоры
Семья	Члены семьи	Муж
		Жена
		Предки
		Потомки
	Имущество	Жилье и хозяйство
	Имущество	Личная собственность семьи
Отопительная	Источники тепла	Котельная или отвод трассы
	Распределение и доставка тепла	Трубы, вентили, калориферы
	Эксплуатации	Служба эксплуатации и ремонта, персонал
Сервисная организация	Отдел маркетинга	Рекламная подсистема
	Отдел маркетинга	Отдел исследований
	Отдел реализации	Разделы по видам продуктов
	Производственный сектор	Разделы по видам услуг
	Финансовый сектор	Планово-финансовый сектор
	Финансовый сектор	Бухгалтерия
	Материально-техническое обеспечение	Сектор технологического оборудования
		Сектор запасных агрегатов
		Сектор запасных деталей

Подобно тому, как сложно определить входы и выходы системы, нелегче задача и определения (идентификации) состава системы.

Все сказанное относится и к границам, отделяющим систему от окружающей среды (рис. 4.6). Приведем еще несколько примеров.

1. Часы. Модель состава часов приведена на рис. 4.6. Возникает вопрос, включать ли в систему эталон времени?

2. Система технического обслуживания и ремонта парка машин также может быть представлена с этих позиций: цель – достижение наивысших показателей производительности оборудования. Состав системы: каналы обслуживания, диагностические средства, ремонтные бригады, склады запасных частей и узлов, управляющие структуры (табл. 4.1)

Таким образом, первое определение системы («система – средство достижения цели») подчеркивает, прежде всего, целевую подчиненность всех сторон организации системы. Однако даже на простых примерах обнаруживаются сложности: соответствие между целями и системами не всегда однозначно (одна система может быть связана с несколькими целями, одной цели могут отвечать разные системы) и не всегда очевидно (выявить действительные цели существующей системы не просто). Тем не менее, целевая предназначенность системы – ее исходное, главное свойство.

Модель состава системы ограничивается снизу тем, что считается элементом, а сверху – границей системы. Как эта граница, так и границы разбиения на подсистемы определяется целями построения модели, и, следовательно, не имеют абсолютного характера. Это не означает, что сама система или ее состав не реальны. Мы имеем дело не с разными системами, а с разными моделями систем.

4.2.1.5. Модель структуры системы. Морфологическое, функциональное и информационное описание структуры системы. Иерархическая структурная схема, ее составление и декомпозиция.

Структура – это способ соединения подсистем и элементов, т.е. установление между ними определенных связей – отношений. Совокупность необходимых и достаточных связей для достижения цели называется структурой системы.

Аналогично предыдущему, между реальными объектами, вовлеченными в систему, имеется множество отношений – связей. Однако при построении конкретной модели конкретной системы выбирают только важные связи, т.е. существенные для достижения цели связи.

Приведем некоторые примеры.

1. Расчет механизма не учитывает силы взаимного притяжения деталей. Эти силы есть, но они малы в сравнении с силами тяжести.

2. Часто не учитывают электрические свойства в механических процессах.

Отношения между элементами могут быть разнообразными. Их нужно перечислять, квалифицировать. Однако, как правило, всех связей – отношений мы не знаем.

Обобщая ранее изложенное, можно дать второе определение системы: система– это совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с ней как целое. Структурная схема является инвариантом модели системы: это все элементы, все связи между элементами внутри системы и связи элементов с окружающей средой (рис. 4.6).

Структурные схемы имеют нечто общее, поэтому они стали объектом отдельных исследований. Для этого абстрагируются от конкретной, содержательной стороны структурной схемы, рассматривает только наличие элементов и связей между ними. Такие схемы называют графами. В графе различают вершины, ребра (дуги). Если указано направление связи, граф называют ориентированным. Если связи имеют различный вес, их называют взвешенными и т.д. Особую роль играют обратные связи. В графическом изображении структурные графы могут быть (рис. 4.7) линейными, древовидными (иерархическими), матричными и сетевыми.

Для решения организационных задач структурной интерпретации оказывается недостаточно. Главным становится составление функциональных схем, учитывающих конкретные связи входных, внутренних и выходных элементов системы.

Итак, структура системы – это некоторая модель, отражающая группу свойств системы, позволяющая взглянуть не нее с различных позиций с последующим согласованием позиций в едином поле.

Для полного описания системы необходимо

1) определить ее состав и структуру – выделить подсистемы, элементы, установить взаимосвязи между ними, определить основные свойства элементов;

2) определить функции системы – это означает выделить ее из внешней среды путем установления границы, определить все входы и выходы системы и слагающих ее подсистем, описать функциональные соотношения между входами и выходами.

В соответствии с современными системными воззрениями при изучении сложных объектов (систем) составляют 3 вида описания:

1) морфологическое – внутреннее устройство системы;

2) функциональное – деятельность системы;

3) информационное – степень неопределенности состояния системы и его изменения.

Рис. 4.7. Графические варианты структурных схем

Морфологические свойства – это распределение вещества, функциональные – преобразование энергии, информационные – это организация системы. В реальности все эти свойства взаимосвязаны, поэтому в общем случае необходимо сделать комплексное единое описание системы, которое отражает ее устройство, деятельность (в т.ч. способность к развитию, сущности взаимодействия с внешней средой).

Любая система должна изучаться извне и изнутри. Изучение извне – это взаимодействие с внешней средой, т.е. рассмотрение функций. Исследование системы изнутри – это изучение ее состава и структуры. Вместе с тем, функционирование системы и ее внутреннее устройство неотделимы: нет структур без функций, как и функций без структур. Поэтому СА требует одновременного учета устройства системы и ее функций.

Морфологическое описание системы. Мы будем рассматривать этот вопрос применительно к техническим, технологическим объектам и их системам управления. Эти объекты характеризуются большим числом элементов, множеством взаимосвязей, значительным объемом перерабатываемой информации. Т.е. это сложные, большие системы или системы со сложной структурой.

При структурном описании и анализе системы выполняют следующие действия:

1) разрабатывают правила символического отображения систем;

2) определяют состав и составляют структурную схему и оценивают качество структуры системы;

3) вырабатывают заключение об оптимальности структуры и рекомендации по ее совершенствованию.

Связи между элементами системы весьма многообразны: направленные, ненаправленные, постоянные, переменные. Любые связи должны носить причинно-следственные характер. Ненаправленные связи свидетельствуют о нерациональном построении системы.

Структурные модели принадлежат к классу графов и имеют для системного анализа фундаментальное значение. Эти модели устанавливают самые простые, первичные взаимосвязи между элементами системы.

В качестве наиболее распространенных выделяют класс древовидных или иерархических структур.

Иерархическая структурная схема, ее составление и детализация.

Иерархическое представление структуры объекта позволяет упорядочить элементы, компоненты, подсистемы по степени их важности («иерархия» – служебная лестница, многоступенчатость). Иерархическая упорядоченность является одним из наиболее важных средств исследования систем.

Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения подсистем (узлов) нижележащего уровня одной из подсистем вышележащего уровня (такие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерева»). Могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии, может один и тот же узел нижележащего уровня иерархии быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня (такие иерархии называют структурами со слабыми связями), могут существовать и более сложные взаимоотношения (например, иерархии типа «слоев», «эшелонов» и др.).

Идеальная иерархическая структура (рис. 4.8) характеризуется следующими признаками: многоуровневость; субординация внутренних связей – элементы, подсистемы данного уровня связаны только с подсистемами (элементами) ближайших верхнего и нижнего уровней; ветвистость – подсистема данного уровня связана только с одной подсистемой верхнего уровня и с несколькими подсистемами (элементами) нижнего уровня; пирамидальность – на самом верхнем уровне имеется только одна вершина (собственно исследуемая система); субординация внешних связей – это ситуация, при которой подсистемы (элементы) каждого уровня могут иметь связи с внешней средой, однако эти связи контролируются подсистемами ближайшего верхнего уровня; внешняя связь системы контролируется только извне.

В реальных системах встречаются различные отступления от идеальной иерархической структуры (рис. 4.9): подсистема данного уровня связана только с одной подсистемой (элементом) нижнего уровня (рис. 4.9, а); подсистема (элемент) данного уровня связана более чем с одной подсистемой верхнего уровня (рис. 4.9, б); подсистема, элемент данного уровня связаны с подсистемами высших уровней, минуя ближайший верхний уровень (рис. 4.9, в); на самом верхнем уровне имеется несколько вершин (незавершенность иерархии, рис. 4.9, г); подсистемы, элементы одного уровня связаны между собой (внутриуровневая зависимость, рис. 4.9, д); связи подсистем данного уровня с внешней средой не контролируются подсистемами других уровней (нарушение субординации внешних связей, рис. 4.9, е).

Рис. 4.8. Идеальная иерархическая структура

Рис. 4.9. Типы нарушений идеальной иерархической структуры

Перечисленные типы нарушений идеальности иерархии являются единичными, на практике встречаются всевозможные их комбинации. Нарушения могут быть вызваны несовершенством самой структуры или наличием связей через внешнюю среду, т.е. подсистемы, элементы данной системы одновременно входят в другие системы с другой структурой.

Декомпозиция – последовательное разукрупнение. Этот методический прием применяется при системном анализе проблемы или объекта, помогает ничего не забыть, не упустить из виду тот или иной аспект, свойство, результат и т.д.

Для морфологического описания объекта (системы) часто используется представление его в виде дерева декомпозиции.

Построение дерева декомпозиции начинают с выделения вершины самого верхнего уровня иерархии (обычно это сам исследуемый объект). Далее осуществляют последовательное членение объекта на подсистемы вплоть до элементов и располагают их по важности на соответствующем уровне иерархии. При этом вершинами дерева будут структурные составляющие объекта, а ребрами (ветвями) – функциональные и структурные связи (табл. 4.2).

Граф должен удовлетворять следующим условиям: не содержать замкнутых циклов (петель) и несвязанных вершин, т.е. иметь форму дерева. Для построения дерева исследуемой системы необходимо знать полный перечень всех существующих и потенциально возможных элементов, реализующих функции объекта и его подсистем.

Естественно, встает вопрос, до какого уровня следует разукрупнять объект, проблему? Уровень детализации зависит от целей исследования и определяется лицом, осуществляющим его.

Например, при проведении прогнозных исследований (нормативное прогнозирование) главная цель делится на подцели до тех пор, пока не становятся ясны пути достижения (средства достижения) каждой подцели. Заведомо достижимые цели называются элементарными.

В основу расчленения (декомпозиции) системы при ее морфологическом описании могут быть положены три подхода: объектный, функциональный и смешанный.

Таблица 4.2

Пример построения дерева декомпозиции технологической машины

При объектном подходе из системы выделяют подсистемы, каждая из которых может рассматриваться как самостоятельная система соответствующего уровня иерархии. При этом каждая подсистема может быть описана информационно и функционально.

Объектный подход к декомпозиции системы рекомендуется в тех случаях, когда система имеет количественно сложную структуру при небольшой сложности и разнообразии составляющих ее подсистем. В этом случае выделяют группы сходных по свойствам подсистем и анализируют наиболее типичную подсистему каждой группы, благодаря чему существенно снижается объем описания системы.

В основу функционального подхода положен функциональный признак расчленения системы. Его рекомендуется применять в том случае, когда число подсистем структурируемой системы невелико, но их функциональное описание является весьма сложным. В этом случае выделяется группа сходных функций и рассматривается возможность их реализации независимо от принадлежности к тем или иным подсистемам.

Выбор принципа расчленения зависит от множества факторов: цели исследования, природы системы, масштабности системы и др. Поэтому иногда бывает трудно принять однозначное решение о принципе формирования структуры. В таких случаях используют смешанный – объектно-функциональный принцип расчленения системы. От выбора того или иного принципа структурирования зависит достоверность результатов исследования системы. В практических задачах выбор принципа структурирования осуществляется с помощью экспертов, т.е. путем глубокого логического анализа совокупности целей исследования системы и ее основных свойств.

Достоинства отображения объекта в виде дерева заключаются в наглядности представления связей внутри системы и взаимодействия ее со средой. Однако такое представление объекта имеет и существенный недостаток. Дело в том, что дерево фиксирует только вертикальные связи между элементами системы и не отражает горизонтальные связи между ними. В результате погрешность исследования будет тем значительнее, чем сильнее горизонтальные связи и слабее вертикальные.

При системном анализе после структуризации объекта осуществляют его анализ и синтез, заключающиеся в изучении того, как влияют отдельные локальные изменения или изменения некоторых подсистем на всю систему в целом, так как деятельность любой части системы оказывает влияние на деятельность всех ее других частей.

Дерево декомпозиции позволяет определить соотношение между объектом и фоном, взаимосвязи между различными подсистемами и элементами объекта, очертить область поиска информации, необходимой для исследования и использования в разработке, выделить структурные элементы, подлежащие проверке на патентную чистоту, сформировать номенклатуру технико-экономических показателей для оценки его технического уровня.

Функциональное описание

Используется для описания всей системы и каждого входящего в нее элемента. Функция системы – это ее свойство в динамике, приводящее к достижению цели. Функция формируется как действие, воздействие, например: передавать усилие, предохранить от удара и т.д., т.е. должно быть 2 слова – глагол и существительное. Нужно использовать существительные, имеющие размерность. В ходе функционального анализа нужно получить ответ на вопрос: «Что делает эта вещь, прибор, машина, организация?».

Функции классифицируют по следующим признакам:

1) область проявления (внешние и внутренние);

2) роль в достижении цели (главные и второстепенные);

3) роль в обеспечении работоспособности объекта (основные ивспомогательные);

4) степень полезности (полезные, бесполезные, вредные);

5) характер проявления (потребительское, эксплуатационное, эстетические, экономические, конструктивные, технологические и др.).

Внешние (общеобъектные) функции отражают функциональные отношения между объектом и сферой применения. Среди них различают главные и второстепенные. Главная функция определяет назначение, сущность, смысл существования объекта в целом. Второстепенная функция не влияет на работоспособность объекта, отражает побочные цели его создания, обеспечивает спрос.

Внутренние (внутриобъектные) функции отражают действия, взаимосвязи внутри объекта и обусловлены принципом построения, особенностями его исполнения. Среди них различают основные и вспомогательные функции.

Основная функция обеспечивает работоспособность объекта, создает необходимые условия для осуществления главной функции. Различают следующие основные функции: прием, ввод (вещества, энергии, информации), передачу, преобразование, хранение, выдачу (отдачу) результатов.

Вспомогательные функции способствуют реализации основных. Различают следующие вспомогательные функции: соединительные, изолирующие, фиксирующие, направляющие, гарантирующие и др.

Полезные функции (внешние и внутренние) отражают функционально необходимые, потребительские свойства и определяют работоспособность объекта.

Бесполезные (ненужные) функции – излишние функции, не снижающие работоспособности объекта, но создающие избыточность и удорожание объекта.

Вредные функции – отрицательно влияющие на работоспособность объекта и его потребительские свойства, удорожающие объект.

Материальный носитель функции – отдельный конструктивный, технологический и другой элемент (либо их совокупность), участвующий в реализации функции.

Выявление основных функций и их отделение от вспомогательных имеет важное значение, поскольку именно среди вспомогательных находятся ненужные функции, которые являются наиболее существенным резервом снижения себестоимости изделия.

Одни и те же функции могут классифицироваться как главные, второстепенные, основные, вспомогательные или ненужные в зависимости от назначения изделия, условий его использования. Например, для изделия «нож-сувенир» эстетические функции могут быть главными, а для изделия «нож бытовой» – второстепенными.

При функциональном подходе желательно получить ответы на следующие вопросы:

– Что в настоящий момент представляет собой система, функции которой необходимо осуществить наиболее рационально?

– Какие у нее функции?

– Какая главная функция?

– Какие второстепенные функции?

– Какие основные и вспомогательные?

– Все ли функции необходимы потребителю?

– Можно ли исключить ненужные функции?

– Может ли быть более эффективным комплекс функций, выполняемых анализируемой системой?

При определении функций желательно придерживаться следующих рекомендаций.

1. Не следует формулировать функцию в слишком общем виде, например для двигателя – преобразовывать энергию. Лучше несколько конкретизировать – создавать крутящий момент.

2. Не следует формулировать функцию чрезмерно конкретно, привязываясь только к какому-либо существующему варианту, например: нарезать резьбу, сверлить отверстие, сваривать детали и т.д. Это приводит к сужению поля поиска, ограничивает возможности выбора оптимальных или даже рациональных вариантов решений.

3. При определении функций, фактически выполняемых объектом (деталью, блоком, узлом и т.д.), следует выявлять и указывать все выполняемые функции, даже те, для которых объект не предназначался. Это помогает выявить ненужные функции и найти пути их устранения.

4. Сначала следует формулировать функции объекта в целом, а затем его составляющих (подсистем, сборочных единиц, деталей и их элементов). При этом следует обращать внимание на одинаковые функции, выполняемые однотипными составными частями.

5. Функциональный анализ следует проводить не только на основе детального изучения сформулированных и зафиксированных в технической документации требований, но и путем выявления дополнительных функций, в которых нуждается или будет нуждаться потребитель. Источником выявления перспективных требований может служить патентная, научно-техническая, конъюнктурно-экономическая, прогнозная информация.

Часто четкая формулировка функций уже сама по себе открывает новые, неизвестные ранее возможности в конструировании, технологии, организации производства, управления, т.е. в системе проектирования в широком смысле этого слова. Большую помощь в изучении функций может оказать создание классификаторов функций по группам однотипных изделий.

Описание объекта на языке функций (функциональная модель) может быть представлено в виде графа. На верхнем уровне располагаются главные и второстепенные – функции, на следующем – основные функции объекта, на последующих – вспомогательные функции объекта и его составляющих (рис.4.10, 4.11).

Любая техническая система состоит из отдельных составных частей (подсистем), имеющих определенные свойства набор функциональных связей между ними. Как каждая система, объект техники может быть охарактеризован с качественной и количественной стороны.

Рис. 4.10. Дерево декомпозиции (граф) функций

Рис. 4.11. Функциональная модель коробки передач

Таблица 4.3

Фрагмент функционально-структурной модели

Материальный носитель функции		Функции
Материальный носитель функции		F ₁
Наименование детали	Шифр	F ₁₁				F ₁₂
		F ₁₁₁		F ₁₁₂		F ₁₂₁		F ₁₂₂
		F ₁₁₁₁	F ₁₁₁₂	F ₁₁₂₁	F ₁₁₂₂	F ₁₂₁₁	F ₁₂₁₂	F ₁₂₂₁	F ₁₂₂₂
Крышка	01					+			+
Корпус	08			+			+
Золотник	12	+	+		+				+
Диск верхний	16			+		+

Информационное описание

К информационным аспектам системы относятся: цели, информационные потоки, сведения об управлении, организации и др., а также теоретические научные знания, эмпирические сведения, базы данных, мнения экспертов и т.д.

Главное – установить источники и направления передачи всей информации в системе, выявить основную, описать избыточную, собрать необходимую информацию для принятия решения.

Это позволяет отразить главные свойства системы.

4.2.1.6. Прямые, косвенные и обратные связи в системе. Структура системного модуля.

В соответствии с современными системными воззрениями связи в системе определяются взаимодействием так называемых системных модулей, которые являются носителями всей информации о структуре, составе системы и связей как внутри, так и вне системы. Для построения структуры системы необходимо исходить из того, что элементами системы являются системные объекты, их свойства и связи. Системные объекты – это отдельные модули, содержащие вход, процесс, выход, обратную связь и ограничение. Процесс обладает тем свойством, что он переводит вход и выход. Эта связь в системе называется прямой. Связь определяет порядок следования процессов. В любой системе в целом или подсистеме имеется основной процесс, процесс обратной связи и процесс ограничений. Обратная связь воздействует на вход процесса для сближения желательного и реального выхода. Желательный выход определяется заказчиком (потребителем) системы. Ограничение системы отражается моделью выхода. Ограничение содержит цель функционирования системы и принуждающие связи (см. практическое занятие №2 и №3).

Связи могут быть 1-го, 2-го и 3-го порядка. Связи 1-го порядка – это функционально необходимые. Связи 2-го порядка – это дополнительные, косвенные, они улучшают действие системы, но не являются функционально необходимыми. Они обеспечивают корпоративное действие, увеличивают общий эффект до величины большей, чем сумма эффектов независимых действий. Связи 3-го порядка – это излишние или противоречивые связи.

Особое значение в каждой системе имеют обратные связи. Обратная связь – это функция системы или подсистемы, сравнивающей выход с критерием. Целью обратной связи является управление, контроль состояния системы. Необходимое действие системы поддерживается путем устранения различия между выходом и критерием.

4.2.1.7. Виды и свойства систем.

В зависимости от решаемой задачи системы разделяют на классы по различным признакам. Классификация систем способствует выбору соответствующих приемов и методов системного анализа или методов формализованного представления систем, наиболее подходящих для соответствующего класса при решении практических задач.

Наиболее общая классификация делит системы на абстрактные и материальные. Материальные, в свою очередь, делятся на естественные (совокупность объектов природы) и искусственные (технические, информационные, организационно-экономические и т.п.). Абстрактные системы подразделяются на описательные (логические) и символические (математические).

Существуют классификации систем по виду отображаемого объекта (устройство, вещество, способ), по виду научного направления (технические, химические и др.), по виду выбранного формализованного аппарата представления системы (матрицы, графы, уравнения и др.), по сложности (простые, сложные, большие), по степени организованности (детерминированные, стохастические) и др. Общая классификация систем по В.Д. Могилевскому [5] дана на рис. 4.12.

Свойства систем различаются в зависимости от их вида и области существования. Области существования можно классифицировать, исходя из следующих условий: являются системы живыми или неживыми, абстрактными или конкретными, открытыми или замкнутыми; обладают высокой или низкой степенью энтропии (или неопределенности); являются системы простыми организованными, сложными неорганизованными или сложными организованными; являются ли они целенаправленными; существует ли в них обратная связь; иерархически упорядочены системы или нет. Ни одна система не является абсолютно замкнутой.

Основные свойства систем сводятся к следующему.

Целостность. Комплекс объектов (какова бы ни была их природа), рассматриваемых в качестве системы, представляет собой некоторое единство, целостность, обладающую общими свойствами и поведением (эмерджентность).

Делимость. Целостный объект всегда рассматривается в качестве объекта, состоящего из элементов.

Изолированность. Комплекс объектов, образующих систему, и связи между ними можно отграничить от окружения и рассматривать изолированно.

Относительность изолированности. Изолированность системы является относительной, поскольку учитывается воздействие наблюдателя и среды на объект и его обратное воздействие через элементы, являющиеся входами и выходами.

Разнообразие (множественность). Каждый элемент системы обладает собственным поведением и состоянием, отличным от поведения и состояния других элементов и системы в целом.

Наблюдаемость. Все, без исключения, входы и выходы системы либо контролируемы, либо, по крайней мере, наблюдаемы.

Неопределенность. Наблюдатель не может одновременно фиксировать все свойства и отношения элементов системы и именно с целью их выявления осуществляет исследование.

Отображаемость. Язык наблюдателя имеет достаточно общих элементов с естественным языком исследуемого объекта и может отобразить все те свойства и отношения, которые нужны для решения задач.

Нетождественностьотображения. Знаковая система наблюдателя отлична от знаковой системы проявления свойств объектов и их отношений; неизбежная при этом потеря информации определяет нетождественность отображения системы исследуемому объекту.

Рис. 4.12. Общая классификация систем по В.Д. Могилевскому

4.2.1.8. Динамические модели систем.

Модели, которые рассматривались выше, являются как бы фотографиями систем. Они могут быть названы статическими.

Следующий этап в исследовании систем, состоит в том, чтобы понять, как система работает, что происходит с ней и окружающей средой в ходе реализации поставленной цели. При этом подход к описанию модели должен быть другой: оно должно отражать поведение системы, происходящие со временем изменения, последовательность этапов, операций, действий.

Системы, в которых происходят изменения со временем, называются динамическими. Различают два типа динамики: функционирование и развитие.

Под функционированием понимают процессы, которые происходят в системе и окружающей среде, стабильно реализующей фиксированную цель (часы, городской транспорт, канцелярия, станок и т.п.). Развитием называют то, что происходит с системой при изменении ее целей. При развитии существующая структура перестает отвечать новой цели, для обеспечения новой функции приходится изменять структуру, а иногда и состав системы.

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 2815; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!