 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Развитие антропогенных систем. ( АГС )
В теории развития систем различают законы функционирования и закономерности развития систем определенного класса.
Законы функционирования АГС отражают структуру системы, состав и взаимодействие ее элементов, пространственно-временные и причинно-следственные связи между элементами, процессы взаимодействия системы с внешней средой.
Закономерности развития характеризуют механизмы качественного преобразования систем определенного класса. При этом закономерности развития определяют основные направления совершенствования АГС.
Так в процессе общественного развития происходит непрерывное совершенствование орудий труда, ведущее к перераспределению функций между человеком и технической системой в сторону облегчения физических затрат человека на производство конечного продукта. Это - основная закономерность эволюции функций АГС.
Практическая реализация функций определяется технологией производства,отражающей закономерности развития АГС. В данном случае эволюционный процесс технологии определяется следующими этапами развития орудий труда:орудия ручного труда, частичная механизация, комплексная механизация, подготовительный этап автоматизации, автоматические станки, система автоматических станков, система автоматизированных цехов, гибкие автоматизированные и автоматические производства.
Таким образом в АГС сосуществуют два параллельно идущих эволюционных процесса: эволюция функций,отражающих законы функционирования АГС и эволюция технологий,отражающих закономерности развитие АГС. Вполне естественно, что темпы эволюции функций опережают темпы эволюции технологий. Однако знание закономерностей развития АГС позволяет осознанно переходить к созданию “развивающихся”, наращиваемых систем, систем с адаптивно перестраиваемой функционально-структурной организацией. Это особенно важно в случаях рыночной экономики, когда происходит процесс быстрого морального старения АГС.
В обеспечении преемственности развития систем, сокращении сроков их проектирования, создания и внедрения состоит стратегия одного из научных направлении -- методологии эволюционного синтеза. Законами функционирования АГС в данном случае будут производственные отношения, при которых непрерывно происходит
-2-
перераспределение функций между человеком и технической системой. В сторону облегчения физических затрат человека на производство конкретного продукта.
Целевая, основные и дополнительные функции системы.
Непрерывное расширение функций является одной из закономерностей развития сложных систем. Все функции, реализуемые сложной системой, условно делят на три группы:
1) целевая функция, которая соответствует основному функциональному назначению системы.
2) основные функции, которые отражают ориентацию системы и представляют совокупность макрофункций, реализуемых системой. Основные функции представляют общие функции для систем рассматриваемого класса. Для относительно простых, одноуровневых систем целевая и основная функции могут совпадать.
3) дополнительные функции, которые расширяют функциональные возможности систем, сферу их применения и способствуют улучшению показателей качества. Обычно эти функции рассматриваются как сервисные функции, повышающие эффективность и уровень эксплуатации систем.
Однако при определенных требованиях к проектируемой системе и в экстремальных условиях эксплуатации дополнительные функции могут переходить в основные.
Дерево функций системы, как известно, иерархическая структура, которая изображается ориентированным деревом, в котором вершины соответствуют компонентам системы, а дуги - связям между компонентами.
Дерево на плоскости изображают обычно в перевернутом виде: наверху - корень дерева (1-й уровень иерархии), содержащий систему в целом, а ниже, на одной горизонтали компоненты соответствующего i-го уровня иерархии. Листья дерева соответствуют нижним компонентам структуры. Линии, соединяющие компоненты называют дугами.
 |
1-й уровень
 | |  |
i-й уровень
 |  |  | | | |
листья
-3-
Отличительной особенностью такой структуры состоит в том, что от каждой компоненты наверх идет только одна дуга. Как ветки на дереве, с чем и связано такое образное представление, принятое в информатике.
Дерево функций системы (ДФС) представляют декомпозицию функций системы. ДФС формируется с целью детального исследования функциональных возможностей системы и анализа совокупности функций, реализуемых на различных уровнях иерархии системы. На базе ДФС осуществляется формирование структуры системы на основе функциональных модулей.
Этап формирования ДФС является ответственным как при анализе, так и при синтезе системы для исключения создания “систем-инвалидов”, не способных к полной функциональной адаптации с другими системами, пользователем и окружающей средой.
В процессе декомпозиции выделяются следующие группы уровней системы. Первая группа включает нулевой уровень. Этому уровню соответствуют целевая функция системы F°. На i-ых уровнях второй группы формируются j-ые - основные и дополнительные функции ([Е.П.1] FiJ). Уровни второй группы соответствуют функциям отдельных подсистем и отражают проблемную ориентацию и специализацию создаваемой системы. Уровни третьей группы отражают функции, воспроизводимые элементами системы, представляющими собой функциональные или конструктивные модули системы. Реальное число уровней ДФС составляет не более 5-7 уровней. На последних уровнях реализуются элементарные функции.
Дерево функций может представляться не только в виде специальных таблиц, структурированных схем и т.д.. главным является полнота представления информации о функционировании системы.
Расширение функциональных возможностей приводит к развитию дерева функций. Наиболее интенсивным изменением подвергаются дополнительные функции. Эти изменения направлены на улучшение производительности системы и совершенствование взаимодействия пользователя с системой.
Существует так называемое взаимное вложение деревьев функций развивающихся систем определенного класса. Так, все изобретения
имеют прототипы. Типовая формулировка предмета изобретения включает перечисление модулей и связей прототипа в ограничительной части и отличительные признаки (новые элементы и связи), предназначенные для реализации дополнительных функций.
- 4 -
Основным источником развития АГС является борьба диалектических противоположностей - “многофункциональность - специализация ”.
Большинство систем в своей ФСО повторяют прототипы. Вновь созданные системы могут отличатся:
· набором дополнительных функций,
· усилением основных функций, улучшением количественных характеристик воспроизведения основных функций,
· технической реализацией,
· улучшением технико-экономических показателей.
Исключение составляют только ”пионерские изобретения”, рождающие новые системы, работающие на новых принципах и предназначенные для реализации новых базовых функций. Таких изобретений одно на десять тысяч.
Противоречия ФСО систем - противоречия между необходимостью эффективной и экономичной реализации определенной совокупности функций и сложностью соответствующей структуры, предназначенной для их реализации - обуславливают взаимозависимость и противоречивый характер показателей качества АГС. Конкретные технологические возможности, ограничения на энергетические, материальные и трудовые ресурсы, а также квалификация исполнителей работ обостряют указанные противоречия.
Согласно существующего закона динамического уравновешивания, любая система имеет тенденцию в направлении состояния равновесия, заключающемся в уменьшении количественных характеристик ее противоречий. В мире живой природы этому соответствует приспособление, адаптация, естественный отбор.
Пути улучшения показателей качества АГС:
1) использование принципа многофункциональности
2) миниатюризация элементов, подсистем и систем в целом путем использования более сложных форм движения материи, проникновение в микромир, использование стратегии повышения “единичной мощности”, “единичной производительности”
3) повышение степени однородности и регулярности структуры системы путем использования однотипных (унифицированных) элементов с простыми связями между ними, что способствует повышению технологичности их изготовления и гарантирует их высокую надежность и живучесть в процессе эксплуатации.
-1 -
ЛЕКЦИЯ 5.
Противоречия, возникающие в антропогенных системах в процессе развития, разрешаются временно, на определенных этапах развития
систем конкретного класса и проявляются в дальнейшем в трансформированном виде на новом качественном уровне развития систем.
При этом противоречия, необходимые для решения на верхних уровнях системной организации, вызывают необходимость разрешения цепочки противоречий при создании системы в целом.
Поэтому, по аналогии с деревом функций систем в теории структурного синтеза вводят понятие “дерева противоречий систем”, представляющего собой противоречия между функциями, которые должны быть реализованы на различных уровнях проектирования систем, и соответствующей структурой, реализующей определенную совокупность функций. Результатом успешного разрешения противоречий является создание более совершенных систем. При этом повышение качественного уровня систем сопровождается, как правило, изменением состава базовых функций и свидетельствуют об образовании систем нового типа или класса.
Стратегия эволюционного синтеза технических систем.
Стратегия эволюционного синтеза систем (ЭСС) основана на функционально-структурном подходе к исследованию закономерностей развития и создания проблемно-ориентированных систем. И сводится к последовательным формированиям и преобразованиям моделей на различных уровнях ФСО.
Концепция ЭСС рассматривает технические системы в непрерывном развитии, что выражается в преемственности функционально-структурной организации и технической реализации систем определенного целевого назначения, в формировании систем с возможностью потенциального расширения их функциональных возможностей. Преемственность предполагает наиболее полное использование функциональных возможностей типовых элементов, выпускаемых серийно.
В ЭСС наряду с понятием функциональной структуры системы используется понятие морфологической структуры. В отличие от функциональной структуры системы, где система представляется в виде совокупности функциональных модулей и связей между ними, в основе морфологической структуры системы лежат
-2-
пространственные отношения между ее элементами (конструктивными модулями).
ЭСС не подменяет традиционных этапов и методов проектирования и создания систем, а органически объединяет их на качественно новом уровне.
Ввиду многогранности процесса проектирования и определенной направленности отдельных этапов, процесс структурного синтеза многоуровневой системы представляют в виде отдельных фаз проектирования.
Начальные фазы предполагают проведение анализа функционально-структурной организации и технической реализации систем-прототипов. При этом формируются основные противоречия системы и устанавливаются причинно-следственные связи. На последующих фазах исследуется дерево противоречий систем рассматриваемого класса и формируется дерево функций проектируемой системы. В последующем на основе дерева функций и с использованием эвристических приемов разрешения противоречий производят синтез альтернативных вариантов структуры систем на базе функциональных и конструктивных модулей. Производится их сравнение по основным технико-экономическим показателям и принимают решение о выборе окончательного варианта системы.
Схема основных фаз и этапов эволюционного синтеза систем.
1. Анализ систем - прототипов.
1.1. Выявление основных и дополнительных функций.
1.2. Построение обобщенного дерева функций.
1.3. Выявление базовых структур.
1.4. Анализ принципов технической реализации.
2. Исследование дерева противоречий системы.
2.1. Анализ “узких мест” систем - прототипов.
2.2. Выявление ограничивающих факторов.
2.3. Выявление основного противоречия системы.
2.4. Построение дерева противоречий системы.
2.5. Анализ дерева противоречий системы.
3. Формирование концепции системы.
3.1. Выявление способов преодоления противоречий системы.
3.2. Поиск альтернатив технической реализации системы.
3.3. Разработка технического задания на систему.
3.4. Определение совокупности показателей качества системы.
4. Формирование дерева функций системы.
4.1. Определение множества основных и дополнительных функций.
4.2. Определение числа уровней декомпозиции.
-3-
4.3. Декомпозиция функций системы.
4.4. Выделение набора типовых операторов.
4.5. Отображение функций i-го уровня на множество операторов.
4.6. Трансформация дерева функций.
5. Формирование функциональной структуры системы.
5.1. Анализ методов аппаратной и программной реализации.
5.2. Разработка алгоритмов функционирования системы.
5.3. Анализ связей между операторами i-го уровня. i=2 ® n
5.4. Построение временных диаграмм активности операторов i-го уровня. i=2 ® n
5.5. Определение загрузки ресурсов подсистемы.
5.6. Эквивалентные преобразования операторов уровней i=2 ® n.
5.7. Формирование функциональных модулей.
5.8. Формирование связей на уровне функциональных модулей.
5.9. Выбор базовых функциональных структур.
5.10. Выделение типовых функциональных подсистем.
6. Формирование морфологической структуры системы.
6.1. Выбор технических средств для реализации системы.
6.2. Формирование таблиц соответствия функциональных модулей.
6.3. Формирование таблиц соответствия конструктивных модулей.
6.4. Обоснование разработки оригинальных технических средств.
6.5. Преобразование элементов (подсистем) функциональной структуры.
6.6. Покрытие функциональных подсистем конструктивными модулями.
6.7. Формирование конструктивных модулей высокого уровня.
6.8. Формирование альтернативных вариантов системы.
6.9. Анализ достоверности функционирования системы.
7. Оценка показателей качества и выбор окончательного варианта системы.
7.1. Выбор стратегии сравнительного анализа вариантов системы.
7.2. Выбор методики оценки показателей качества.
7.3. Анализ показателей качества систем.
7.4. Формирование документации на систему.
Формирование, а также совершенствование структуры системы имеет итеративный характер, поэтому алгоритм синтеза должен быть построен в соответствии с принципами структурного программирования, т.е. не содержащем вложенных пересекающихся циклов.
-1-
Лекция 6.
Поиск по сайту: