3.7. Системотехническое проектирование и компьютерное моделирование

Системотехника – это современный вид инженерной, научно-технической деятельности по созданию сложных технических систем, в рамках которой соответствующее научно-техническое знание проходит полный цикл функционирования от получения до использования в инженерной практике.

У любого современного инженера-системотехника есть две главные задачи: интегрировать части сложной технической системы в единое целое и удержать управление процессом создания данной системы в своих руках. Поэтому в списке нужных ему знаний значительное место уделяется системным и кибернетическим дисциплинам, позволяющим ему овладеть общими методами исследования и проектирования сложных технических систем независимо от их конкретной реализации и материальной формы.

Однако системотехника может быть рассмотрена не только как вид инженерной деятельности, но и как особая техническая наука об общих закономерностях создания, совершенствования и использования технических систем. В этом смысле системотехника позволяет устранить разрыв между исследованием и проектированием. Она не имеет сколько-нибудь отчетливой ориентации на какую-либо базовую естественнонаучную дисциплину, которая бралась бы в качестве образца проведения научного исследования. Кроме того, в ней используются самые различные научно-технические теории, знания и методы, синтезируемые в целях наиболее эффективного решения практических инженерных задач.

Можно назвать три причины появления (в середине ХХ в.) и развития системотехники:

1) изменение структуры инженерной деятельности;

2) формирование нового типа технических систем;

3) расширение объема знаний, используемых инженером.

Одним из исследователей, стоявших у истоков теории системотехники, был Г. Рополь. Он ввел понятие социотехнической системы, т. е. системы, соединяющей определенную предметную иерархизированную сферу с некоторым алгоритмом деятельности.

По его мнению, системотехника в отличие от классической технической науки и традиционной инженерной деятельности направлена на изучение и проектирование именно социотехнических систем. Таким образом, здесь любая создаваемая техническая система включается в систему более высокого ранга – социотехническую систему использования, т. е. систему, в которой данная техническая система рассматривается как составная часть более широкой структуры эксплуатационной деятельности, куда должны включаться экологические и социальные перспективы. Кроме того, в системотехнике сама инженерная деятельность становится объектом планирования, организации и проектирования, и, следовательно, большие системные проекты требуют организации и управления (проектного менеджмента), а значит  системного представления и описания, в том числе и самой системотехнической деятельности.

Можно выделить горизонтальную и вертикальную структуры системотехнической деятельности, отражающие существующую в системотехнике связь работ и специалистов: первая соответствует типам компонентов и аспектов системы (создание машинных блоков, разработка экономических и социальных аспектов системы и др.), вторая – общей последовательности работ системотехнической деятельности (проектирование, изобретательство, внедрение и пр.). В реальной инженерной деятельности данные структуры должны быть соотнесены посредством четкого определения состава и функций системотехнических групп специалистов.

Классиками в деле разработки теории системотехники являются Г. Х. Гуд и Р. Э. Макол. Им принадлежит обобщенная теория инженерных задач и научных орудий, которые используются при решении данных задач: они выделили общие характеристики систем, дали описание в общем виде последовательности этапов и фаз проектирования с фиксацией за ними определенных инженерных задач и научных средств их решения, отметили соответствие некоторых частей сложных технических систем и различных теоретических дисциплин, которые используются для решения тех или иных инженерных задач.

Важнейшим условием успешного решения комплексных системо-технических задач является применение компьютерного моделирования в качестве специфического средства математизации и интеграции научно-технических знаний. Именно компьютерное моделирование функционирования технической системы позволяет уже на ранних этапах проектирования представить систему как целостный объект. Анализируя такую модель, можно выбрать наиболее подходящую реализацию отдельных компонентов с точки зрения их взаимосвязи и взаимного функционирования, заранее учесть различные факторы, влияющие на систему в целом, выбрать наиболее оптимальную структуру и наиболее эффективный режим ее работы. На основе полученных в результате моделирования данных разрабатываются предложения по улучшению структуры существующей системы или созданию новой структуры.

Имитационное компьютерное моделирование состоит из следующих этапов:

1) формулировка целей моделирования (постановка проблемы);

2) системное обследование объекта моделирования (сбор исходных данных);

3) построение модели, объясняющей поведение объекта моделирования (с развернутой формулировкой гипотезы, которую необходимо проверить);

4) формализованное системное описание модели;

5) компьютерное экспериментирование с моделью, предсказание поведения объекта моделирования для различных условий;

6) выбор наиболее пригодного для данных условий варианта модели, его оптимизация и обоснование выбора;

7) интерпретация модели, т. е. перенесение знаний, полученных в результате манипуляций с моделью, на проектируемую систему, формулировка конкретных рекомендаций на основе результатов экспериментирования с моделью. Любая компьютерная имитация часто рассматривается как сим-волическая система, средняя между обычным языком и математикой. Описываемые в рамках имитационной программы теории становятся более точными, чем сформулированные на обычном языке (за счет использования синтаксических структур языков программирования). Однако существенным недостатком алгоритмических языков компьютерного моделирования является отсутствие механизмов моделирования эволюции и развития сложных систем. Языки в основном ориентированы на отражение функционирования этих систем в рамках заданного неизменяющегося режима. Обычно развитие анализируется лишь в процессе сравнения исследователем отдельных моделей различных режимов функционирования данной системы. Однако только моделирование динамики взаимных зависимостей между внутренними элементами системы, с одной стороны, и связями данной системы с иными подобными системами, находящимися с ней на одном уровне иерархии, с другой, может открыть путь к единой модели развивающейся системы.