Системный подход при формировании концепции

С позиций системного подхода проектирование – это процесс перехода из исходного состояния (потребности, проблемы) в конечное (удовлетворение потребностей, решение проблемы) с учетом возможностей выполнения (обеспечений и ограничений).

Вход - потребности, выход - удовлетворенные потребности. Обеспечение - кадровый и научно-технический потенциал. Ограничения - финансовые, нормативно-правовые, этические, время, уровень технологий, внешнее окружение.

Основные принципы системного подхода при построении моделей на этапе внешнего проектирования:

- проектируемая система рассматривается как элемент системы более высокого уровня (выполняет задачи, поставленные системой более высокого уровня для решения своих проблем);

-  модель строится как единое целое, все элементы, связи, действия системы подчинены достижению конечной цели (каждый компонент системы разрабатывается так, чтобы обеспечить системе достижение цели с максимальной эффективностью);

-  строится иерархия моделей исходя из иерархического характера системы;

-  обеспечивается совместное рассмотрение структуры системы и ее функций.

При системных исследованиях в процессе проектирования широко используются наработанные методы и процедуры других дисциплин: экономических, исследования операций, теории информации и др., они основываются на современных технологиях автоматизированного проектирования, имеющемся программном, методическом и информационном обеспечениях, развитие которых также стимулируется вновь возникающими потребностями проектирования новых сложных систем.

Схема формулировки проблемы и функциональных свойств системы:

- выделение системы из внешней среды и рассмотрение ее как элемента системы более высокого уровня;

- анализ задач, решаемых существующими системами;

- анализ изменения условий функционирования системы (изменение целей, условий внешней среды);

- формирование новых задач и функций системы.

Схема решения задачи синтеза системы:

- определение цели создания новой системы;

- выделение основных функций системы для выполнения поставленной цели, последовательность функций;

- разработка структуры системы - выделение подфункций системы и компонентов, которые могут их осуществлять;

- оптимизация параметров системы и каждого компонента исходя из наилучшего выполнения заданной цели системы (процесс проектирования системы).

Этапы синтеза объекта

Желаемое качество системы можно обеспечить:

- улучшением качества входящих в систему элементов (параметрический метод);

- изменением структуры системы (схемотехнический метод);

- уменьшением отрицательного влияния внешней среды (воздействием на внешние параметры).

Декомпозиция процесса и объекта проектирования предполагает блочно-иерархический подход к проектированию - переход от исходной обобщенной модели системы к иерархии детальных моделей.

Соответственно иерархии объектов проектирования строится и иерархия их моделей. Получение моделей процедура неформализованная - для каждого из элементов системы разрабатываются несколько моделей, описывающих различные его свойства. При различных исследованиях используются различные сочетания моделей.

Пример: колесо автомобиля. Необходимы отдельные модели для описания его состава, формы, тяговых, упругих, амортизирующих свойств, свойств, определяющих его грузоподъемность, влияние на управляемость и устойчивость движения и т.д.

При формировании концепции (структурное проектирование) создается единая укрупненная модель всей системы, целью которой является приближенная сравнительная оценка эффективности альтернативных вариантов концепций (структуры и состава основных компонентов) для выбора наилучшей (нескольких). При этом игнорируется детальная структура системы и анализируется только общее поведение системы как единого целого, оцениваются ее интегративные характеристики и взаимодействие ее с внешней средой.

При детальном проектировании разрабатываются модели с целью создания эффективных подсистем. Причем используемые методы и средства моделирования зависят от того, какие конкретно обеспечивающие подсистемы разрабатываются: информационные, математические, технические, программные и т. д.

Основным здесь выступает принятая степень упрощения (при разработке матмоделей, выборе состава оптимизируемых параметров системы, определении ограничений) адекватная поставленной задаче - теория упрощений как основа теории систем к настоящему времени не сложилась - все определяет опыт и интуиция проектанта.

Исследование системы происходит с использованием математических моделей с соответствующей степенью упрощенности, с постепенным углублением и уточнением модели, декомпозицией ее на частные модели для конкретных исследований, композицией в общую и т.д.

Сложную систему чаще всего невозможно полностью и детально представить. Возникает проблема компромисса между простотой описания и необходимостью учета многочисленных и разноплановых характеристик системы.

Система любой степени сложности рассматривается, как целостная и организованная, состоящая из отдельных взаимосвязанных элементов, во взаимодействии с внешней средой, находящейся в непрерывном развитии. При этом рассматривается весь комплекс условий функционирования системы во внешней среде – технических, политических, социальных.

Модель системы на этапе внешнего проектирования создается по результатам выполнения следующих системных процедур.

Процесс проектирования можно представить как последовательное сжатие множества конкурирующих вариантов системы, исходная сложная задача заменяется на последовательность простых. Соответствующие процедуры последовательного анализа вариантов интерпретируются как процесс последовательного снятия неопределенностей.

В процессе анализа исследуются:

- необходимость и достаточность всех функций для решения задач системы;

- порядок выполнения функций и согласование всех входов и выходов;

- работоспособность подсистем и системы в целом в различных условиях функционирования;

- сроки разработки проекта и предполагаемые затраты на разработку проекта и эксплуатацию системы.

В результате анализа уточняются математические модели подсистем опорного варианта системы, на основании которых строится упрощенная математическая модель системы в целом. С помощью новой математической модели вновь решаются задачи синтеза и уточняются варианты структурно-функциональных схем системы, для каждого из которых затем снова решаются задачи анализа, и так до тех пор, пока не будет найден приемлемый вариант системы (определен облик системы).

Модель может быть сосредоточена на функциях системы (функциональная модель) или на ее объектах (модели данных).

Функциональная модель выделяет события в системе, представляет с требуемой степенью детализации систему функций, которые в свою очередь отражают свои взаимоотношения через объекты системы.

Модели данных выделяют объекты системы, которые связывают функции между собой и с их окружением и представляют собой подробное описание объектов системы, связанных системными функциями.

Значительная неопределенность информации на предварительных этапах проектирования приводит к рассмотрению «грубых», обобщенных параметров и многовариантных проектных решений – параллельной разработке нескольких вариантов системы. Сужение области неопределенности по мере выполнения проекта позволяет перейти к более детальному рассмотрению характеристик и отказаться от разработки параллельных вариантов.

Схема формирования концепции системы

Концепция системы - укрупненная структура системы, основные функции системы и подсистем, обеспечивающие выполнение цели.

Цель системы – желаемый результат функционирования системы, ее назначение исходя из решения проблемы системы более высокого уровня, - что нужно сделать для снятия проблемы.

Эффективность – свойство системы выполнить поставленную цель.

Критерии эффективности – те конкретные свойства системы (признаки), по которым оценивается эффективность.

Показатели эффективности – характеристики свойств системы, количественно выражающие степень выполнения поставленной задачи - численные значения критериев эффективности.

Задачи системы – действия (функции) системы, обеспечивающие выполнение цели.

Основные проектные параметры - параметры системы, которые непосредственно обеспечивают эффективность системы.

Схема формирования концепции:

- определение потребностей в системе как элементе системы более высокого уровня на основании анализа внешней среды и возможных условий применения системы;

- формулировка цели и требований к системе;

- формулировка основных функций системы, обеспечивающих выполнение поставленной цели;

- определение возможных путей создания системы (формирование функциональной структуры системы и основных ее подсистем).

В структуре системы учитываются только основные элементы, критичные при определении соответствия системы поставленным целям и при оценке эффективности системы.

Структура формируется на основании сравнительного анализа альтернативных вариантов системы, обеспечивающих решение проблемы с учетом внешней среды и неопределенностей будущего функционирования.

Исходя из сформулированных функций системы определяются основные требования к системе в результате выполнения следующих основных системных процедур: формирование понятия эффективности системы (цели, критерии, показатели эффективности), анализ внешней среды и условий функционирования системы, формирование требований к системе.

На основании выбранной концепции системы формируется ее технический облик –определяется перечень задач системы, ее структура и основные характеристики функциональных подсистем.