Методи опису структур технічних систем. Структурні схеми та блок-схеми алгоритмів

Структура системи відображає ті властивості системи, що залишаються незмінними протягом усього часу функціонування системи чи досить тривалої його частини.

Під структурою розуміють організацію системи з визначеної кількості окремих елементів з їхніми взаємозв'язками відповідно до функцій, що виконуються системою. Структура є поняттям морфологічного опису системи і містить у собі загальносистемні властивості (наявність елементів, існування зв'язків між ними і ін.

Структура технічної системи може бути описана різними методами.

1 Словесний метод опису (опис системи на вербальному рівні) структур ТС. У цьому випадку елементи системи та їх зв'язки описують словесно без елементів формалізації. Даний метод опису не дозволяє проводити глибокі математичні дослідження складних ТС

2 Якщо зобразити систему як сукупність блоків, що здійснюють деякі функціональні перетворення, то отримаємо структурну схему, що в узагальненому вигляді описує структуру системи. Під блоком звичайно розуміють, особливо в ТС, функціонально-завершений і оформлений об'єкт у вигляді окремого пристрою. Крім функціональних, у структурну схему можуть включатися логічні блоки, що дозволяють змінювати характер функціонування ТС у залежності від того, виконуються чи ні деякі, заздалегідь визначені умови.

Як приклад розглянемо нескладну систему автоматичного регулювання температури (термостат). Словесний опис даної системи може бути сформульований в такий спосіб:

- датчик температури постійно вимірює температуру в камері пристрою;

- за результатами цих вимірювань мікроконтролер, при виході значення температури за межі встановленого діапазону t_min – t_max за допомогою блока контакторів (реле) вмикає один з двох виконавчих механізмів -- або нагрівач, або вентилятор (в залежності від напрямку змінювання температури);

- при досягненні температури t_m,= (t_min+t_max)/2 що відповідає середньому значенню встановленого температурного діапазону, виконавчий пристрій вимикається:

- описаний процес підтримки температури в заданому діапазоні здійснюється циклічно і постійно.

Структурна схема системи зображена на рис. 4.

Рис. 4. Структурна схема системи автоматичного регулювання температури

Структура ТС також може бути визначена у вигляді алгоритму її функціонування, тому блок-схему алгоритму можна розглядати як поєднання методів структурного та функціонального опису (на алгоритмі можна визначити елементи системи, що виконують відповідні функції).

Структурні схеми наочні і можуть містити інформацію про велику кількість структурних властивостей ТС. Однак вони мають недостатній ступень формалізації для дослідження системи абстрактними математичними методами. Тому існує ще один метод опису структури, який ґрунтується на її представленні у вигляді графа (від гр. graph – записувати). При застосуванні цього метода елементам ТС відповідають вершини або вузли графа (звичайно зображуються кружками), а зв’язкам між ними – ребра (гілки або дуги, зображуються лініями).

Припустимо, що на площині задано множину з елементів. Графом називають сукупність сполучень пар елементів виду , що вказує, які елементи вважаються зв'язаними один з одним. На графі пара являє собою ребро, а кінцеві точки ребра – вершини графа.

Ребро графа вважають неорієнтованим (на графі зображують відрізком прямої), якщо порядок розташування його кінців нейтральний (не має значення), тобто

,

у протилежному випадку ребро – орієнтоване. При цьому називають початковою вершиною, а – кінцевою. На графі орієнтовані ребра зображують зі стрілкою.

Відповідно до цього граф, складений тільки з орієнтованих ребер, називають орієнтованим, з неорієнтованих – неорієнтованим. Якщо ж частина ребер графа орієнтовані, а частина – неорієнтовані, то граф називають змішаним.

Принцип зображення системи у вигляді графа досить простий. Для цього елементи системи нумерують, зображують кружками і розташовують у довільному порядку. Якщо між двома елементами існує однонапрямлений зв'язок, то відповідні вершини (вузли) з'єднують орієнтованим ребром зі стрілкою. Якщо зв'язок двонапрямлений, елементи з'єднують неорієнтованим ребром. Наприклад, граф розглянутої вище системи автоматичного регулювання температури має вигляд, показаний на рис.5.

Рис. 5. Граф системи автоматичного регулювання температури

Отриманий граф цієї системи є орієнтованим.

Опис системи у вигляді графа є наочним, дає уявлення про її структуру (взаємне розташування елементів, спрямованість зв'язків і т.д.), але не дає можливості вказати природу елементів (машини, механізми, люди) і характер зв'язків (речовинні, енергетичні, інформаційні).

Поиск по сайту: