1.7. Проектирование сложных технических систем. Свойства и характеристики сложных технических систем

Под сложными техническими системами будем понимать технические объекты, характеризующиеся следующими свойствами: целенаправленностью, целостностью и членимостью, иерархичностью, многоаспектностью и развитием.

Целенаправленность. Сложная техническая система (СТС) создается для достижения некоторой цели. Так как она функционирует в составе включающей её надсистемы, то целью можно считать устранение противоречий или удовлетворение каких-либо потребностей, возникающих в этой надсистеме.

Целостность и членимость. СТС представляет собой целостное образование, состоящее из связанных между собой элементов. Целостность СТС обусловливается её пониманием как единого целого, функционирующего в конкретных условиях надсистемы и состоящего из взаимодействующих в интересах достижения цели частей, разнокачественных, но совместимых. Совокупность элементов системы и устойчивых связей между элементами называется структурой системы. Структуру системы удобно описывать графом, вершины которого соответствуют ее элементам, а ребра – связям между ними.

Иерархичность. СТС может быть представлена не только как элемент надсистемы, находящейся на более высоком уровне иерархии, но и как совокупность элементов, являющихся подсистемами и принадлежащих более низкому уровню иерархии. Подсистемы также могут быть разделены на части. Разделение системы на части и последующие их раздельное исследование называется декомпозиций. Продолжая декомпозицию системы до уровня элементов, дальнейшее членение которых нецелесообразно, получим многоуровневую иерархическую структуру СТС (см. рис. 2).

Многоаспектность. СТС характеризуется различными группами свойств (аспектами), которые необходимо учитывать при ее проектировании. Описание СТС, выполненное в каком-либо аспекте, называется ее представлением. Основными представлениями системы являются функциональное, морфологическое и процессное.

Развитие. СТС является развивающимися, т.е. изменяющими свои функции, структуру, внутренние процессы на протяжении всего жизненного цикла. Причинами изменений в СТС являются изменения ее внешней среды и воздействие ее на СТС.

Перечисленые свойства позволяют сформулировать основное противоречие процесса проектирования, возникающее при описании СТС, – между необходимостью получения целостного описания, отражающего целостность и целенаправленность системы, и ее сложностью, заключающейся в иерархичности, многоаспектности, развитии. Для разрешения этого противоречия необходимо обеспечить комплексный характер создаваемых описаний СТС, учитывающий ее сложность в вышеуказанном смысле.

В результате проектирования должен быть создан единый согласованный проект СТС, обеспечивающий ее работоспособность и требуемый уровень качества функционирования и эффективности.

Работоспособность СТС заключается в совместимости подсистем СТС между собой и с надсистемой, а также в функциональности СТС, т.е. в способности выполнять все возложенные на нее функции, перечень которых формируется во время предпроектных исследований и фиксируется в техническом задании.

Совместимость достигается за счет использования совместимых типовых средств, на базе которых строятся подсистемы СТС, и формирования системных требований, которым должны удовлетворять разрабатываемые компоненты.

Качество функционирования СТС – совокупность свойств, обусловливающих достижение требуемого результата в конкретных условиях функционирования.

Эффективность СТС определяется сопоставлением результатов от ее функционирования и затрат всех видов ресурсов на ее создание и эксплуатацию. Обобщенный критерий эффективности СТС находят на множестве частных критериев эффективности, каждый из которых описывает одну из сторон системы и может быть оценен. Эффективность СТС достигается решением следующих задач: 1) правильностью выбора критериев оценки проектных решений; 2) правильностью использования моделей для их оценки; 3) генерацией возможно более широкого множества вариантов построения компонентов СТС; 4) выбором согласованных оптимальных решений по построению СТС.

Проблема эффективности СТС не может быть решена путем независимой оптимизации ее отдельных подсистем и требует целостного подхода.