Проектирование сложных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Донской государственный технический университет»

Технологический институт (филиал) ДГТУ в г. Азове

Контрольная работа

по дисциплине: «Информационные системы и технологии»

Выполнил

Обучающийся группы ЗИСS-21

Резван Д.А.

г. Азов

2021

1. Микропроектирование, макропроектирование

микропроектирование оборудование дельфи целеобразование

Проектирование сложных систем имеет две стадии. Первая относится к функционально-структурным вопросам и может быть названа макропроектирование или внешним проектированием системы.

Внешнее проектирование охватывает выбор структуры системы, основных ее элементов, организацию взаимодействия между элементами, учет воздействий внешней среды, оценку показателей эффективности и соответствия рассматриваемого варианта системы общим требованиям технического задания.

Вторая стадия -- микропроектирование или внутреннее проектирование -- связана с проектированием элементов сложной системы как физических единиц оборудования. Микропроектирование включает технические решения по основным элементам системы, их конструкции и параметрам, режимам эксплуатации, а также по организации опытного и серийного производства.

В настоящее время накоплен большой и полезный опыт микропроектирования и создания элементов оборудования. Внешнее проектирование является сравнительно новой задачей.

Анализ литературных источников показал, что первые работы по обобщению опыта макропроектирования и развитию соответствующей методики появились всего 20 лет назад. Они и положили начало системотехнике. Внешнее проектирование сложных систем предъявляет особые требования к специализации инженеров-проектировщиков. Здесь нужны в первую очередь специалисты широкого профиля. Инженер-системотехник, кроме знания соответствующей области техники, должен иметь серьезную подготовку по автоматическому управлению, комплексной автоматизации, вычислительной технике, математическому моделированию, исследованию операций и системному анализу. Он обязан владеть методами оценки эффективности, надежности, устойчивости и других свойств сложных систем, что важно для проектирования мехатронных систем.

В группу, занимающуюся внешним проектированием, обычно включаются и инженеры, знающие работу отдельных элементов системы, а также экономисты, специалисты по инженерной психологии, организации труда, строительству, коммунальному хозяйству и др.

Работа по внешнему проектированию начинается с изучения технического задания и рассмотрения возможных вариантов построения системы. Следующим шагом является оценка вариантов и выбор одного из них для более детального исследования. Выбранный вариант подвергается всестороннему анализу с целью проверки соответствия его требованиям технического задания. Для этого проводится оценка эффективности системы, а также оценка ее надежности, помехозащищенности, устойчивости и других основных свойств.

Нередко данные внешнего проектирования оформляются в виде эскизного проекта системы. Эскизный проект является лишь предварительной наметкой общих контуров системы и служит промежуточным звеном между разработкой технического задания и техническим проектом. Тем не менее, эскизный проект должен содержать достаточные сведения о путях технической реализации элементов системы, режимах их эксплуатации, функциональном контроле, объеме оборудования. Эти сведения могут быть получены не только расчетным путем или по результатам моделирования. В некоторых случаях создаются действующие макеты различных видов аппаратуры и оборудования, позволяющие подтвердить реализуемость принципов, заложенных в эскизный проект, и оценить особенности функционирования элементов системы. В эскизном проекте отражаются также экономические расчеты, порядок дальнейшей разработки системы и ее испытаний и ряд организационных вопросов.

По результатам эскизного проекта производится корректировка или уточнение технического задания, решаются вопросы, связанные с изготовлением опытного образца системы, составляются проектные задания на строительство и монтаж оборудования.

Разработка технического проекта (ТП) системы относится, главным образом, к микропроектированию ее элементов и конкретной реализации взаимодействия элементов в процессе функционирования. На стадии технического проекта могут возникать вопросы, связанные с пересмотром и уточнением решений, полученных при внешнем проектировании. В частности, на практике встречаются случаи, когда требования, предъявляемые к некоторым элементам системы, приводят к невыгодным техническим и конструктивным решениям. Тогда приходится проводить корректировку структуры и основных параметров системы до получения приемлемых результатов.

2. Основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем

Элемент.

Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения. Таким образом, элемент - это предел деления системы с точек зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.

Подсистема.

Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием "подсистема" подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности (для такой группы используется название "компоненты"). Например, подсистемы АСУ, подсистемы пассажирского транспорта крупного города.

Структура.

Это понятие происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структура - это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Структуру часто представляют в виде иерархии. Иерархия - это упорядоченность компонентов по степени важности (многоступенчатость, служебная лестница). Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т. е. отношения так называемого древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархиями типа "дерева". Они имеют ряд особенностей, делающих их удобным средством представления систем управления. Однако могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии. Один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня. Такие структуры называют иерархическими структурами «со слабыми связями». Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения, например, типа "страт", "слоев", "эшелонов". Примеры иерархических структур: энергетические системы, АСУ, государственный аппарат.

Связь.

Понятие "связь" входит в любое определение системы наряду с понятием "элемент" и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы. Связь характеризуется направлением, интенсивностью (или силой) и характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру - на связи подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Важную роль в системах играет понятие "обратной связи". Это понятие, легко иллюстрируемое на примерах технических устройств, не всегда можно применить в организационных системах. Исследованию этого понятия большое внимание уделяется в кибернетике, в которой изучается возможность перенесения механизмов обратной связи, характерных для объектов одной физической природы, на объекты другой природы. Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.

Состояние.

Понятием "состояние" обычно характеризуют мгновенную фотографию, "срез" системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение - для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль - для экономических систем).

Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы e (или компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние, учесть, что "входы" можно разделить на управляющие u и возмущающие х (неконтролируемые) и что "выходы" (выходные результаты, сигналы) зависят от e, u и х, т.е. zt=f(et, ut, xt). Тогда в зависимости от задачи состояние может быть определено как {e, u}, {e, u, z} или {e, х, u, z}.

Таким образом, состояние - это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Поведение.

Если система способна переходить из одного состояния в другое (например, z1®z2®z3), то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его закономерности. С учетом введенных выше обозначений поведение можно представить как функцию zt=f(zt-1, xt, ut).

Внешняя среда.

Под внешней средой понимается множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы.

Модель.

Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания - детализация модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.

Модель функционирования (поведения) системы - это модель, предсказывающая изменение состояния системы во времени, например: натурные (аналоговые), электрические, машинные на ЭВМ и др.

Равновеcие.

Равновесие - это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость.

Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном и„ если только отклонения не превышают некоторого предела.

Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, по аналогии с техническими устройствами называют устойчивым состоянием равновесия. Равновесие и устойчивость в экономических и организационных системах - гораздо более сложные понятия, чем в технике, и до недавнего времени ими пользовались только для некоторого предварительного описательного представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организационных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.

Развитие.

Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и устойчивости, изучению механизмов, лежащих в их основе, уделяют в кибернетике и теории систем большое внимание. Понятие развития помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.

Цель.

Применение понятия "цель" и связанных с ним понятий целенаправленности, целеустремленности, целесообразности сдерживается трудностью их однозначного толкования в конкретных условиях. Это связано с тем, что процесс целеобразования и соответствующий ему процесс обоснования целей в организационных системах весьма сложен и не до конца изучен. Его исследованию большое внимание уделяется в психологии, философии, кибернетике. В Большой Советской Энциклопедии цель определяется как "заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека". В практических применениях цель - это идеальное устремление, которое позволяет коллективу увидеть перспективы или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к идеальным устремлениям.

В настоящее время в связи с усилением программно-целевых принципов в планировании исследованию закономерностей целеобразования и представления целей в конкретных условиях уделяется все больше внимания. Например: энергетическая программа, продовольственная программа, жилищная программа, программа перехода к рыночной экономике. Понятие цель лежит в основе развития системы.

3. Метод Дельфи

Сегодня существует множество методов для принятия решений, но метод Дельфи считается одним из самых эффективных. Этот метод является универсальным, любой человек или группа людей может использовать его для исследований. Он подходит для решений задач как в работе, так и в личной жизни.

Основная суть метода Дельфи

Метод Дельфи заключается в экспертной оценке группы людей, но эта оценка должна проходить анонимно, заочно и включать в себя несколько уровней. Процесс может состоять из мозгового штурма, опросов и интервью. Группа людей должна формироваться из независимых экспертов, которые не знакомы друг с другом. Тем самым они не будут влиять на мнение друг друга, а исследование получится максимально чистым. К тому же участникам не обязательно находиться в одном помещении или даже в одном городе. Основная идея состоит в том, чтобы получить максимально объективную и надежную оценку решения проблемы при условии корректной обработки результатов. В проведении метода Дельфи обязательно должны участвовать две группы:

1 группа -- это независимые эксперты, которые оценивают проблему;

2 группа -- это аналитики, которые обрабатывают оценки и приводят результаты к единому выводу.

Основные этапы метода Дельфи

Всего метод Дельфи включает в себя 3 этапа: подготовительный, основной и итоговый.

Подготовительный этап

Подготовка к исследованию начинается с подбора экспертов в группу. Рекомендуется собирать группу из 20 человек, но можно сформировать экспертную группу с меньшим количеством. Также важно четко сформулировать проблему, чтобы донести основной смысл до участников.

Основной этап

Озвучивание проблемы. Эксперты в начале должны разбить эту проблему на несколько вопросов. Затем аналитики отбирают из этих мелких вопросов самые популярные и из них кратко составляют опросник.

Отправка опросника. После того, как аналитики составили новый опросник, они отправляют его опять участникам. Эксперты еще раз просматривают вопросы, при необходимости дорабатывают их. Проверяют, достаточно ли информации получится в результате, нужно ли еще что-то добавить.

Ответы на новый опросник. Теперь каждый эксперт должен дать развернутый ответ на каждый вопрос в анкете. Придумать свой уникальный способ решения проблемы, прогнозировать риски и предположить возможные варианты развития, недостатки, а также прокомментировать ответы других участников. Задача аналитиков -- отобрать похожие мнения и соединить их в один тезис. Если есть мнения, противоречащие друг другу, то они выносятся на обсуждения с экспертами. После чего, кто-то из участников может изменить свое мнение.

Подведение итогов.

Процедура с опросником повторяется до тех пор, пока все участники не придут к единому выводу. Если же есть расхождения во мнениях, то, скорее всего, это указывает на тонкости проблемы, которые до этого не были проработаны.

Размещено на Allbest.ru