Учебное пособие 1297

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

Кафедра компьютерных интеллектуальных технологий проектирования

ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ для студентов направления подготовки

09.03.01«Информатика и вычислительная техника» очной и заочной форм обучения

Воронеж 2022

ВВЕДЕНИЕ

Системный анализ и моделирование процессов и явлений в различных областях науки и техники в настоящее время является одним из основных способов получения новых знаний и высокоэффективных технологий. Математическое моделирование и исследования, проводимые с помощью ЭВМ, являются научнообоснованными методами оценок характеристик сложных систем, используемых для принятия решений в различных сферах инженерной деятельности.

Методы системного анализа и математического моделирования позволяют прогнозировать поведение сложных систем, изучать влияние управляющих воздействий на функционирование системы, формировать различные структуры систем и оптимизировать их параметры в соответствии с заданными критериями эффективности.

Целью изучения данной дисциплины является ознакомление с рядом разделов прикладной математики и применение системного анализа и методов математического моделирования для решения практических задач.

Методические указания содержат задания по основным разделам дисциплины «Основы системного анализа»: основы системного подхода, классификации систем, построение модели структуры системы, решение задач линейного программирования, целочисленные задачи линейного программирования, транспортная задача, задача о назначениях, имитационное моделирование принятие решений в условиях неопределенности. По каждой теме даны теоретические сведения, необходимые для выполнения заданий, а также представлены примеры решения задач.

Представленный материал призван помочь студенту овладеть необходимыми знаниями по изучаемой дисциплине, а также научить использовать символику дискретной математики для формализации и решения дискретных задач.

3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 РЕШЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Цель работы: ознакомиться с основными функциями алгебры логики, освоить навыки решения логических задач.

Индивидуальное задание

Решите задачу согласно вашему варианту. Опишите ход решения задачи, логические рассуждения.

Вариант 1

На острове живут два племени: молодцы, которые всегда говорят правду, и лжецы, которые всегда лгут. Путешественник встретил туземца, спросил его, кто он такой, и, когда услышал, что он из племени молодцов, нанял его в услужение. Они пошли и увидели вдали другого туземца, и путешественник послал своего слугу спросить его, к какому племени он принадлежит. Слуга вернулся и сказал, что тот утверждает, что он из племени молодцов. Ответьте, был ли слуга молодцом или же лгуном.

Вариант 2

Четыре юных филателиста – Митя, Толя, Саша и Петя – купили почтовые марки. Каждый из них покупал марки только одной страны, причем двое из них купили российские марки, один – болгарские, а один – словацкие. Известно, что Митя и Толя купили марки двух разных стран. Марки разных стран купили Митя с Сашей, Петя с Сашей, Петя с Митей и Толя с Сашей. Кроме того, известно, что Митя купил не болгарские марки. Какие марки купил каждый из мальчиков?

Вариант 3

Четыре человека взялись выполнять работу маляра, слесаря, кузнеца и штукатура – каждый будет делать что-то одно. Выяснилось, что Антон не будет маляром и не будет слесарем, Алексей не будет кузнецом и не будет маляром, Евгений не будет слесарем и не будет маляром, Дмитрий не будет кузнецом и не будет слесарем. Известно также, что если Антон не будет кузнецом, то Дмитрий не будет маляром. Кто и какую работу будет выполнять?

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Цель работы: изучить основные термины и определения.

Контрольные вопросы

Дайте определения понятиям:

а) Проектное решение. б) Результат проектирования. в) Алгоритм проектирования. г) Язык проектирования. д) Проект. е) Проектная процедура.

ж) Проектная операция. з) Техническое обеспечение. и) Программное обеспечение. к) Математическое обеспечение. л) Информационное обеспечение.

м) Лингвистическое обеспечение. н) Методическое обеспечение. о) Организационное обеспечение.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Цель работы: Усвоить понятия инженерного проектирования. Изучить принципы системного подхода. Ознакомится с основными понятиями системотехники.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение понятия «Проектирование».

2.Что такое техническое задание (ТЗ)?

3.В чем отличие ручного, автоматизированного и автоматического проектирования?

4.В чем состоит общий принцип системного подхода?

5.Что является предметом изучения теории систем?

6.В чем суть структурного подхода?

7.В чем суть блочно-иерархического подхода?

8.В чем суть объектно-ориентированного подхода?

Дайте определения понятиям:

а) Система. б) Элемент. в) Сложная система. г) Подсистема. д) Надсистема. е) Структура. ж) Параметр. з) Фазовая переменная. и) Состояние. к) Поведение. л) Система без последствий. м) Целенаправленность. н) Целост-

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ОСВОЕНИЕ ПОНЯТИЯ "СИСТЕМА»

Цель работы: освоить понятия системы, системного анализа, системного подхода, понятие структуры.

Структура системы: иерархическая. Отношения между подсистемами: см. Устав ВУЗа.

Следует отметить, что результат анализа системы зависит от того, с каких позиций и с какой целью рассматривается тот или иной объект. Представленный пример отражает, скорее всего, позицию руководства ВУЗа. Основная задача руководства ВУЗа состоит в обеспечении подготовки специалистов, в наибольшей степени отвечающих запросам экономики

В данном примере возможны, в частности, и другие точки зрения, с которых производится анализ системы:

абитуриента, выбирающего ВУЗ для поступления; работодателя, принимающего решение о приеме на работу выпускника

ВУЗа; заказчика, выбирающего исполнителей для конкретного научного иссле-

дования.

Практическое задание Для выбранной для объекта Вашей учебно-исследовательской работы дать

его описание как системы. Описание должно включать:

1. Название системы. 2. Цель (и) создания. 3. Вход (ы)

4. Выход (ы) 5. Состав 6. Структура 7. Отношения между подсистемами и элементами.

Задание оформить как документ MS WORD

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ

Цель работы: научиться осуществлять классификацию систем по различным признакам, понять ее необходимость и предназначение в процессе реализации системного подхода.

6

Индивидуальное задание

1.Провести классификацию систем (одной технической и одной социаль- но-экономической) результат занести в табл. 1. Варианты систем взять из табл. 2.

2. Провести описание систем, приводя полные ответы на следующие пунк-

ты:

определение основной цели функционирования системы;

дать анализ системы по всем основным признакам;

определить полезность (потребность) системы для общества (челове-

ка);

Таблица 2

Примеры систем для индивидуального выполнения

7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ

Цель работы: освоить процесс построения модели структуры системы. Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор; 2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) мони-

тор; 7) фотоаппарат; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке овощей; 10) сканер.

Содержание отчета

Отчет должен включать: 1) цель работы; 2) исходные данные; 3) задачи работы; 4) теоретические сведения; 5) ход выполнения работы; 6) выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7 ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ «ЧЕРНЫЙ ЯЩИК»

Цель работы: освоить построение модели типа «черный ящик».

Порядок выполнения лабораторной работы

1.Изучите теоретическую часть данной лабораторной работы.

2.По названию и назначению заданной системы определите ее главную и основные дополнительные цели.

3.В соответствии с назначением и целями системы определите существенные связи системы с объектами окружающей среды.

4.Определите и опишите существенные входы и выходы системы.

5.Постройте графическую модель «черный ящик», заданной системы.

6.Перечислите нежелательные входы и выходы системы.

7.Установите основные способы устранения возможных недостатков Варианты систем для выполнения лабораторной работы: 1) процессор; 2) материнская плата; 3) ПЭВМ; 4) звуковая карта; 5) видеокарта; 6) мони-

тор; 7) телефон; 8) автомобильная сигнализация; 9) автомат по сортировке овощей; 10) сканер.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУР ЦЕЛЕЙ И ФУНКЦИЙ СИСТЕМЫ.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ Цель работы: на основе использования системных методов овладеть

навыками выявления целей и функций и моделирования процессов социальноэкономических объектов.

Задачи работы:

- построить «дерево целей» системы;

8

- на примере одной из функций верхнего уровня построить модель процесса, выделив входные, выходные информационные и материальные потоки и подпроцессы.

Порядок построения дерева «целей»:

1)определение генеральной цели;

2)составление банка (общего перечня) целей, обеспечивающих достижение генеральной цели;

3)оценка каждой цели банка и их отбор для построения «дерева» целей (например, на основе экспертных оценок);

4)определение соподчиненности целей (например, с использованием матриц входимости);

5)построение исходного «дерева» целей;

6)определение коэффициентов относительной важности и взаимной полезности целей;

7)построение окончательного варианта «дерева» целей для каждого из

уровней.

Порядок выполнения лабораторной работы:

1.Для заданной системы построить «дерево» целей и функций, выделив генеральную цель, несколько главных целей и детализировав их на 3-4 уровня декомпозиции.

2.Выделив одну из главных целей, построить модель процессов. Определить входные и выходные информационные и материальные потоки. Указать последовательные и параллельные процессы в модели.

Задачи и упражнения

1.Каковы подсистемы системы "ВУЗ"? Какие связи между ними существуют? Описать их внешнюю и внутреннюю среду, структуру. Классифицировать (с пояснениями) подсистемы. Описать вход, выход, цель, связи указанной системы и ее подсистем. Нарисовать топологию системы.

2.Привести пример некоторой системы, указать ее связи с окружающей средой, входные и выходные параметры, возможные состояния системы, подсистемы. Пояснить на этом примере (т.е. на примере одной из задач), возникающих в данной системе конкретный смысл понятий "решить задачу" и "решение задачи". Поставить одну проблему для этой системы.

3.Привести морфологическое, информационное и функциональное описания одной-двух систем. Являются ли эти системы плохо структурируемыми, плохо формализуемыми системами? Как можно улучшить их структурированность и формализуемость?

4.Выбрав в качестве меры сложности некоторой экосистемы многообразие видов в ней, оценить сложность (многообразие) системы.

9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

MS EXCEL

Цель работы: закрепить навыки постановки типовых задач линейного программирования и освоить методику их решения на основе использования табличного процессора MS Excel.

Индивидуальное задание

1.Построить математическую модель задачи согласно вашему варианту.

2.Решить задачу с помощью средства MS Excel Поиск решения.

3.Сделать соответствующие выводы.

Вариант 1

Для производства двух видов изделий А и В используется токарное, фрезерное и шлифовальное оборудование. Нормы затрат времени для каждого из типов оборудования на одно изделие данного вида приведены в табл. 3. В ней же указан общий фонд рабочего времени каждого из типов оборудования, а также прибыль от реализации одного изделия.

Определить план выпуска изделий вида А и В, обеспечивающий максимальную прибыль от их реализации.

Вариант 2

Для изготовления различных изделий А, В и С предприятие использует три разных вида сырья. Нормы расхода сырья на производство одного изделия каж-

10