1.6 Логічна схема задач системного проектування

Спосіб побудови системи зі складових частин та їхній взаємозв’язок визначає архітектура операційної системи.

При реалізації системного підходу в завданнях проектування об'єктів нової техніки (ОНТ) однієї з основних проблем є формалізований виклад процесу вирішення взаємозв'язаних завдань проектування у вигляді деякої логічної схеми алгоритму побудови проектного рішення. Узагальнення досвіду проектування складних систем управління дало можливість розробити основні положення побудови логічних схем, що називаються логічними схемами проектування (ЛСП) .

Вирішення завдань системного проектування здійснюється у вигляді логічної схеми проектування. Конструюється логічна схема вирішення сукупності взаємозв'язаних завдань на базі формалізованих елементів: М – модель об'єкту проектування; А – початкові дані; З – обмеження; R – проектне рішення; До – оцінка рішення; Т – метод (процедура рішення). Формулюється принцип декомпозиції початкового завдання S на логічно взаємозв'язану систему підзадач , де d – рівні декомпозиції, i – етапи проектних рішень, представлених впорядкованими шестірками <M, R, A, C, K, T>. Такий підхід, що має своє обгрунтування в теорії вирішення завдань, називається системним проектуванням. Декомпозиція містить в своїй основі дедуктивно-паралельну схему, об'єднуючу досвід фахівців різних аспектів з аксіоматизацією формалізованих елементів шестірками <M, R, A, C, K, T>. Досліджена решаемость завдання системного проектування, осередки якого впорядковані логічною схемою проектування з ієрархічною структурою. Конструктивним методом тут є утворення ітераційних циклів (міжетапних і міжрівневих), що замикаються за допомогою формалізованих елементів , як функцій проектних рішень на попередньому кроці (ij).

Вважатимемо, що задана схема проектування H, якщо дано п'ятірку множин (S, A, C, T, R), де S – непорожня множина, елементи якої називаються завданнями проектування; А – кінцева множина, елементи якої називаються початковими (прогнозованими) даними; З – кінцева множина, елементи якої називаються обмеженнями; R – кінцева множина, елементи якої називаються проектними рішеннями; Т – відображення, яке ставить кожній парі виду ,  A, C у відповідність деяка непорожня підмножина безлічі R, кіт. позначається Т . Відображення Т, що є процедурою рішення, володіє такими властивостями. Вся безліч завдань проектування S вважається повністю вирішуваною, якщо ; при цьому повинне повністю виконуватися рівняння

Іншими словами, для всіх завдань породжуються процедури рішення , кожне проектне рішення є єдиним.

Решаємость завдання системного проектування формально зводиться до побудови системи отримання і ефективного формування апріорної інформації , обмежень і побудови процедур рішення в процесі самого проектування.

Послідовна схема допускає точну впорядкованість завдань (відповідно, безліч Т):

без циклів. Повністю схема, що розпаралелює, допускає будь-яку впорядкованість

Зміст (сенс) системного підходу полягає в розробці принципу впорядковування безлічі S і Т і розробці самої схеми, що забезпечує повну решаемость завдання , перш за все в частині отримання і формування проблемно орієнтованої інформації (А, З) в людсько-машинній системі. Принцип організації схеми системного проектування є базовим початком для розробки методики проектування, системи критеріїв, складу математичних моделей об'єктів проектування, а також, і всього комплексу математичного забезпечення і технічного устаткування інформаційної системи. У системному підході заслуговують уваги два методи проектування, кіт. виходять з практичного досвіду і інтерпретовані в область пошукових досліджень при розробці складних систем управління .

При індуктивному методі (емпірично-індуктивному ) формулюються вимоги до проектованої системи при заданій її структурній схемі (по критеріях надійності, массогабаритными показниками, енергоємністю і ін.), задаються підмножини реальних (проектованих) агрегатів. Конструктор, використовуючи свій досвід, уміння, інтуїцію, результати експериментів і експертні оцінки, створює («збирає») якийсь прототип необхідної системи. Таким чином, задаються:

1) вимоги до системи ;

2) підмножина агрегатів , де – потужність множини, – потужність r-го підмножини.

Проектується система на основі апріорної упевненості про задоволення вимог до системи, кіт. реалізується в заданому агрегатному (елементному) базисі .

Засобами дослідження в цьому випадку є перевірка розрахунків, методи синтезу окремих підсистем, макетно-апаратний (стендова) відробіток системи. Решаємость завдання базується на інтуїції і досвіді фахівців. Математично (або формально) завдання розглядається у межах окремих агрегованих підзадач . Оцінка і вибір оптимального варіанту здійснюється, як правило, методами перебору з використанням експертних оцінок.

Індуктивний метод має мінімальну воспроизводительность, оскільки основні положення його будуються на досвіді фахівця, інтуїції і умінні конструювати варіанти і ухвалювати рішення. Доказ решаемости завдання проектування апріорі не формулюється, що пояснюється відсутністю схеми проектування, побудованої на объективизированных даних.

При комбінованій схемі проектування можна сказати тільки, що

і (1.4)

де i «пробігає» всю індексну множину I. Формально відповісти на питання, як (у якій послідовності) символ i «пробігає» множина I, можна за допомогою розробки схеми системного проектування.

Реалізувати системний підхід можна, розробивши принцип впорядковування безлічі S і Т і схему, забезпечуючу повну решаемость завдання , перш за все для отримання і формування проблемно-орієнтованої інформації (А, З) в автоматизованій системі проектування (АСП–САПР).

При позитивному рішенні індуктивний метод швидко приводить до мети, оскільки не «обтяжений» складними завданнями математичного аналізу і громіздкими обчислювальними процедурами.

При дедуктивному методі (логічно дедуктивному ) проектування розглядається як деякий процес послідовної побудови проектних рішень , в кіт. з рішення попередньої задачі формується обмеження, що визначає , або початкова інформація в процедурі вирішення наступного етапу. Для дедуктивного методу повинна бути справедлива формула «замикання» завдань послідовної схеми

(1.4)

У дедуктивному методі кожне з проміжних рішень задачі є деревом варіантів, що розгалужується, по відношенню до завдання , що вирішується на наступному етапі.

Ієрархічна структура рішення задачі системного проектування повинна бути логічною основою розробки системи оцінок ефективності проектованих ОНТ на всіх рівнях дослідження об'єкту проектування; дедуктивизация процесу проектування можлива, очевидно, на основі єдності представлення інформації про проектований об'єкт, кіт. дає можливість реалізувати «замикання» завдань в дослідницькому ланцюзі. Універсальним способом створення такої єдності є розробка сукупності математичних моделей об'єкту проектування, що характеризуються певними структурними властивостями. Так, в методиці проектування комп'ютерів розрізняють такі структури:

• системна (архітектура пристрою);

• алгоритмічна (алгоритм функціонування);

• логічна (функціональна схема пристрою);

• конструктивна (монтажна схема).

Обгрунтуємо комбінацію дедуктивного методу з достатньо широким розпаралелюванням деяких груп завдань проектування. Повнота визначення завдання проектування досягається за рахунок елементів , і в схемі Н. Наряду з чисто дедуктивним «замиканням» завдань при розробці складних систем (1.4) у багатьох випадках при неможливості рішення деякі із завдань вимагають формування елементів, по проектних вирішеннях пізніших етапів, тобто

(1.5)

Невизначеність завдань приводить до необхідності побудови рішення за прогнозованими даними і для того, щоб отримати і відповідно з (1.5). В цьому випадку виникає ітераційний цикл для формування достовірних даних , завдання (* – елементи ЛСП, отримані в самій ЛСП).