Основні елементи системотехніки як науки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Термін "системотехніка" (від англ. System Engineering) вперше був введений Г.Н. Поворовим редактором відомої книги Г.Х. Гуда і Р.Е. Макола "Системотехніка. Введення в проектування великих систем".

"Системотехніка - науково-технічний напрям в кібернетиці, що вивчає питання планування, проектування, конструювання і функціонування (експлуатації) складних інформаційних систем і машин з метою отримання найбільшого соціально-економічного ефекту. Вона інтегрує окремі галузі знань в єдиний комплекс знань".

Системотехніка приймає, як кількісні, так і якісні оцінки, проте відмовляється від традицій поетапного рішення і існування послідовного (обчислювального або не обчислювального) алгоритму рішення. Вона виходить з того, що для складних проблем такого алгоритму може не існувати і лише, людський розум призначен для вирішення сучасних складних проблем.

Проектувальники складних систем - фахівці широкого профілю. Це інженери - системотехніки, що володіють достатніми знаннями в конкретній області техніки (наприклад, в транспорті), що мають підвищену математичну підготовку, а також знають основи обчислювальної техніки, автоматизації управління, дослідження операцій і особливості їх практичного застосування.

В цілому, це три основні напрями діяльності: дослідницька, методична, методологічна.

Діяльність інженера-системотехніка дослідницька:

- планування, координація і проведення досліджень об'єкту і системи управління в цілому;

- організація додаткових досліджень на рівні підсистем;

- класифікація об'єктів і систем управління для прив'язки проектних рішень;

- оцінка ефективності функціонування автоматизованих систем.

Діяльність інженера-системотехніка методична:

- розробка технічного завдання на систему в цілому і на її окремі підсистеми;

- формування складу методик проектування і інших документів, що регламентують проектування;

- опис типового складу проектів підсистем;

- формування документів, що регламентують впровадження системи;

- конкретизація (стосовно системи) загальних стандартів і методик, розробка інструкцій і розпоряджень яких не вистачає.

Діяльність інженера-системотехніка методологічна:

- організація на рівні головного конструктора, стиковки науково-технічного керівництва проектувальників окремих підсистем;

- видача початкових даних проектувальникам підсистем;

- узгодження приватних проектів і їх інтеграція в єдиний проект;

- розробка координаційного плану організації впровадження;

- поточний контроль і оцінка ходу розробки системи.

Системотехніка в цілому - це багатоаспектна інженерна дисципліна. Тому на практиці вона по-різному може використовуватися сучасним фахівцем при проектуванні, експлуатації і виробництві складних обчислювальних управляючих або вимірювальних систем різного призначення.

Головне практичне завдання системотехніки - виявивши і описавши складність, обгрунтувати додаткові (нові) фізично реалізуємі зв'язки, які при накладенні на складну систему зобов'язані забезпечити керованість системи в необхідних межах, збереження області самостійності, що в цілому повинне сприяти підвищенню ефективності системи. Нові зв'язки системи зобов'язані підсилити її сприятливі і ослабити несприятливі тенденції поведінки, зберігши і укріпивши при цьому її цілеспрямованість, а також орієнтувати систему на інтереси підсистем.

Для вирішення своїх задач системотехнік використовує цілий ряд різних інструментів (аналіз, планування, управління, ін.), проте основним є моделювання.

Концепція системотехніки полягає в представленні реальних (що існують) або уявних (створюємих) складних систем за допомогою спрощених описів, тобто моделей, що відображають визначені, найбільш важливі грані суті складної системи, і дослідженні таких моделей. При цьому формування моделей здійснюється на підставі тих даних, які можна отримати про складну систему експериментальними і, перш за все, інтелектуальними засобами.

Об'єктом вивчення системотехніки є складні технічні комплекси, звані різними авторами по-різному. Проте найбільш точним визначенням об'єкту є "системотехнічний комплекс" ("СТК").

Визначення СТК містить термін "система", що переслідує мету підкреслити, що об'єкт системотехніки розглядається, перш за все, як система. Системотехніка - це технічна наука, тому у визначенні об'єкту її дослідження міститься термін "техніка". Особливістю об'єкту дослідження системотехніки є його істотна неоднорідність - це наявність і суто технічних компонентів, і людей, що передасться терміном "комплекс".

Предметом вивчення системотехніки е проектування системи, розуміючи під проектуванням і методологію пошуку системних характеристик СТК, і методи формування ефективної системи процедур проектування.

Сьогодні предмет системотехніки трактується ширше і включає не тільки процеси проектування, але і процеси випробування, виробництва, установки, експлуатації і демонтажу, тобто процеси використання і ліквідації СТК, що відповідає самому "духу" системотехніки, її базовому методу - системному підходу.

Таким чином, системотехніка - це науковий напрям, що вивчає загальносистемні властивості СТК, процеси їх створення, вдосконалення, використання і ліквідації в цілях отримання максимального соціального ефекту. Основним методом системотехніки є системний підхід. Теоретичною основою - загальна теорія систем.

Специфіка підкреслює, що практично всі дослідження в системотехніці "заземлені", тобто націлені на практичні результати створення або використання СТК і це є однією з головних особливостей системотехніки.

Сферами практичного застосування сучасної системотехніки є радіолокація. будівництво, транспорт, військова справа і ряд інших складних сучасних комплексів (систем), де вже створені і ефективно розвиваються такі прикладні науки, як: системотехніка радіолокації; системотехніка будівництва; системотехніка транспорту; системотехніка військова, ін.

Основою цих і інших наук є системотехніка теоретична, яка направлена на вирішення наступних проблем:

- виявлення і опис найбільш загальних системних характеристик і закономірностей, не залежних від конкретного типу СТК;

- розробка експериментальних методів, що дозволяють з достатньою достовірністю при прийнятному об'ємі ресурсів, що витрачаються, оцінювати теоретичні концепції;

- вивчення круговороту речовини і послідовності операцій по використанню енергії і формування на цій основі узагальнених критеріїв приватних типів систем;

- розробка методів реалізації принципів системотехніки при створенні і використанні конкретних зразків систем.

Системотехніка теоретична створена і розвивається на базі загальної теорії систем, що складає основу формалізації всіх етапів проектування складних систем.

Загальна теорія систем.

Основним засобом реалізації системного підходу є дослідження саме моделі реального об'єкту або явища. Річ у тому, що більшість сучасних систем і, перш за все, складних, не допускають безпосередньої перевірки і саме тому багато дослідників сьогодні орієнтуються на процедури або на аналогії, що в цілому є достатньо сумнівним шляхом дослідження, таким, що не завжди приводить до наміченої цілі. Заміна реальної системи її моделлю не є адекватною підміною і тому будь-яке штучне утворення слід детально перевіряти. Причина в тому, що мозок людини влаштований інакше, він діє не як модель, тобто не суворо по процедурах при вирішенні більшості насущних завдань.

Методологія пошуку оптимального рішення заснована на системному аналізі, який передбачає наявність декількох обов'язкових етапів дослідження для вирішення складних і невнзначених проблем.

Етап №1 системного аналізу - постановка завдання, тобто визначення об'єкту дослідження, постановка мети, а також завдання критеріїв для поліпшення об'єкту і управління ним. Даний етап не формалізований в структурі системного аналізу і заснований в цілому на досвіді дослідника і глибині розуміння ним поставленої проблеми.

Об'єкт дослідження сучасної системи TEA - це її організація, тобто структура і процеси системи. При цьому мета організації TEA як АСУ полягає в підвищення її ефективності на основі реалізації систем управління даними про виріб (PDM-систем), де на відміну від АСУВ, контролюючих інформацію про ресурси підприємства PDM- системи направлені саме на управління інформацією про вироби (автомобілі і інший PC) в умовах МАТП (нових структурних утворень АТЗК).

Критерії ефективності - це обопільні економічні інтереси систем TEA і МАТП, тобто мінімум втрат двох взаємозв'язаних підсистем, що обумовлене:

- перше, підприємницькою діяльністю, яка є обов'язковою основою двох досліджуваних підсистем (TEA, МАТП) і направлена на отримання максимального прибутку (мінімуму витрат) в кожній з підсистем;

- друге, метою діяльності будь-якої системи TEA, тобто забезпеченням мінімуму витрат на підтримку PC в працездатному стані.

Етап №2 системного аналізу обкреслює межі системи TEA, що функціонує в структурі АТЗК, і передбачає її первинну структуризацию, де зі всієї сукупності, наявних об'єктів і процесів, обов'язково мають бути виділені два класи, які представляють систему, що вивчається, і зовнішнє середовище. Це дві окремі складові частини моделі:

- елементи системи, що вивчається;

- можливі зовнішні дії, представлені у вигляді сукупності елементарних дій. системний інформаційний кібернетика науковий

Етап №3 системного аналізу полягає в складанні математичної моделі системи, що вивчається. Тут першим кроком є параметризація, тобто опис виділених елементів системи і сприйманих елементарних дій за допомогою тих або інших параметрів. Параметри, що приймають кінцеві множини значень грають в моделі особливу роль. Вони дозволяють описати процеси і об'єкти, які не можуть бути охарактеризовані за допомогою звичайних числових параметрів, а розрізняються лише побічно.

Проте параметризація системи, що вивчається, є лише першим кроком в побудові її математичної моделі. Крок другий і найбільш важливий на етапі дослідження №3 полягає у встановленні різного роду залежностей між виділеними параметрами. Характер цих залежностей може бути представлений у вигляді:

- параметрів кількісних (числових), тобто рівнянь (звичайної алгебри або диференціальних);

- параметрів якісних, тобто таблиць, заснованих на перерахуванні всіх можливих комбінацій значень параметрів.

Окрім перерахованих параметрів, що задаються в моделі однозначними функціями, аналіз системний передбачає також і широке використання імовірнісних співвідношень.

Проте найбільш складними і різноманітними в моделі є питання внутрішньої взаємодії між елементами системи, тому при побудові математичної моделі зазвичай прагнуть, по можливості, скоротити опис цих взаємодій, де найбільш ефективним прийомом є:

- розбиття системи, що вивчається, на підсистеми;

- виділення типових підсистем;

- встановлення ієрархії підсистем;

- стандартизації зв'язків підсистем на одних рівнях з однотипними системами на інших рівнях.

Результатом такого підходу с спрощення опису на основі поетапного уточнення первинної структури і параметрів системи, а також остаточне визначення мети і критеріїв системи. Основний результат етапу №3 системного аналізу - закінчена математична модель системи, описана на формальній математичній мові.

Завданнями наступних етапів системного аналізу є дослідження вже створеної моделі, що для класичного випадку дослідження полягає в отриманні аналітичного рішення, яке б дозволяло описати поведінку системи в загальному вигляді, і що. як показує аналіз, є достатньо важким завданням при дослідженні систем, для яких характерні велика складність, багатофункціональність і різноманітність елементів. Тут традиційний підхід, заснований на виділенні підсистем. що незалежно вивчаються, породжує численні і важковирішувані проблеми. Наука, яка покликана пов'язати в єдиний комплекс розрізнені методи дослідження систем на різних рівнях їх вивчення і фазах існування галузей знань і яка відповідає практичним потребам дослідників, проектувальників, експлуатаційників (всіх учасників процесу створення і використання систем). - системотехніка.

Размещено на Allbest.ru