- •Лекция 1- 2.
- •Структура системы
- •Взаимозависимость функции и структуры в процессе развития систем.
- •Взаимосвязь этапов анализа и синтеза систем.
- •Лекция 4.
- •Целевая, основные и дополнительные функции системы.
- •Лекция 5.
- •Лекция 6. Место эволюционного синтеза при создании технических систем
- •Алгоритмизация формирования структуры системы.
- •Лекция 7. Динамическая сетевая модель системы.
- •Эвристические приемы синтеза сложных систем.
- •Лекция 8. Дерево противоречий системы.
- •Противоречия системного уровня проектирования.
- •Противоречия структурного уровня проектирования.
- •Противоречия логического уровня проектирования.
- •Лекция 10.
Лекция 4.
Развитие антропогенных систем. ( АГС )
В теории развития систем различают законы функционирования и закономерности развития систем определенного класса.
Законы функционирования АГС отражают структуру системы, состав и взаимодействие ее элементов, пространственно-временные и причинно-следственные связи между элементами, процессы взаимодействия системы с внешней средой.
Закономерности развития характеризуют механизмы качественного преобразования систем определенного класса. При этом закономерности развития определяют основные направления совершенствования АГС.
Так в процессе общественного развития происходит непрерывное совершенствование орудий труда, ведущее к перераспределению функций между человеком и технической системой в сторону облегчения физических затрат человека на производство конечного продукта. Это - основная закономерность эволюции функций АГС.
Практическая реализация функций определяется технологией производства ,отражающей закономерности развития АГС. В данном случае эволюционный процесс технологии определяется следующими этапами развития орудий труда :орудия ручного труда, частичная механизация, комплексная механизация, подготовительный этап автоматизации, автоматические станки, система автоматических станков, система автоматизированных цехов, гибкие автоматизированные и автоматические производства.
Таким образом в АГС сосуществуют два параллельно идущих эволюционных процесса : эволюция функций ,отражающих законы функционирования АГС и эволюция технологий ,отражающих закономерности развитие АГС. Вполне естественно, что темпы эволюции функций опережают темпы эволюции технологий. Однако знание закономерностей развития АГС позволяет осознанно переходить к созданию “развивающихся”, наращиваемых систем, систем с адаптивно перестраиваемой функционально-структурной организацией. Это особенно важно в случаях рыночной экономики, когда происходит процесс быстрого морального старения АГС.
В обеспечении преемственности развития систем, сокращении сроков их проектирования, создания и внедрения состоит стратегия одного из научных направлении -- методологии эволюционного синтеза. Законами функционирования АГС в данном случае будут производственные отношения, при которых непрерывно происходит
-2-
перераспределение функций между человеком и технической системой. В сторону облегчения физических затрат человека на производство конкретного продукта.
Целевая, основные и дополнительные функции системы.
Непрерывное расширение функций является одной из закономерностей развития сложных систем. Все функции, реализуемые сложной системой, условно делят на три группы:
целевая функция, которая соответствует основному функциональному назначению системы.
основные функции, которые отражают ориентацию системы и представляют совокупность макрофункций, реализуемых системой. Основные функции представляют общие функции для систем рассматриваемого класса. Для относительно простых, одноуровневых систем целевая и основная функции могут совпадать.
дополнительные функции, которые расширяют функциональные возможности систем, сферу их применения и способствуют улучшению показателей качества. Обычно эти функции рассматриваются как сервисные функции, повышающие эффективность и уровень эксплуатации систем.
Однако при определенных требованиях к проектируемой системе и в экстремальных условиях эксплуатации дополнительные функции могут переходить в основные.
Дерево функций системы, как известно, иерархическая структура, которая изображается ориентированным деревом, в котором вершины соответствуют компонентам системы, а дуги - связям между компонентами.
Дерево на плоскости изображают обычно в перевернутом виде: наверху - корень дерева (1-й уровень иерархии), содержащий систему в целом, а ниже, на одной горизонтали компоненты соответствующего i-го уровня иерархии. Листья дерева соответствуют нижним компонентам структуры. Линии, соединяющие компоненты называют дугами.
1-й уровень
i-й уровень
листья
-3-
Отличительной особенностью такой структуры состоит в том, что от каждой компоненты наверх идет только одна дуга. Как ветки на дереве, с чем и связано такое образное представление, принятое в информатике.
Дерево функций системы (ДФС) представляют декомпозицию функций системы. ДФС формируется с целью детального исследования функциональных возможностей системы и анализа совокупности функций, реализуемых на различных уровнях иерархии системы. На базе ДФС осуществляется формирование структуры системы на основе функциональных модулей.
Этап формирования ДФС является ответственным как при анализе, так и при синтезе системы для исключения создания “систем-инвалидов”, не способных к полной функциональной адаптации с другими системами, пользователем и окружающей средой.
В процессе декомпозиции выделяются следующие группы уровней системы. Первая группа включает нулевой уровень. Этому уровню соответствуют целевая функция системы F. На i-ых уровнях второй группы формируются j-ые - основные и дополнительные функции (FiJ). Уровни второй группы соответствуют функциям отдельных подсистем и отражают проблемную ориентацию и специализацию создаваемой системы. Уровни третьей группы отражают функции, воспроизводимые элементами системы, представляющими собой функциональные или конструктивные модули системы. Реальное число уровней ДФС составляет не более 5-7 уровней. На последних уровнях реализуются элементарные функции.
Дерево функций может представляться не только в виде специальных таблиц , структурированных схем и т.д.. главным является полнота представления информации о функционировании системы.
Расширение функциональных возможностей приводит к развитию дерева функций. Наиболее интенсивным изменением подвергаются дополнительные функции. Эти изменения направлены на улучшение производительности системы и совершенствование взаимодействия пользователя с системой.
Существует так называемое взаимное вложение деревьев функций развивающихся систем определенного класса. Так , все изобретения
имеют прототипы. Типовая формулировка предмета изобретения включает перечисление модулей и связей прототипа в ограничительной части и отличительные признаки (новые элементы и связи), предназначенные для реализации дополнительных функций.
- 4 -
Основным источником развития АГС является борьба диалектических противоположностей - “многофункциональность - специализация ”.
Большинство систем в своей ФСО повторяют прототипы. Вновь созданные системы могут отличатся :
набором дополнительных функций,
усилением основных функций , улучшением количественных характеристик воспроизведения основных функций,
технической реализацией,
улучшением технико-экономических показателей.
Исключение составляют только ”пионерские изобретения”, рождающие новые системы , работающие на новых принципах и предназначенные для реализации новых базовых функций. Таких изобретений одно на десять тысяч.
Противоречия ФСО систем - противоречия между необходимостью эффективной и экономичной реализации определенной совокупности функций и сложностью соответствующей структуры, предназначенной для их реализации - обуславливают взаимозависимость и противоречивый характер показателей качества АГС. Конкретные технологические возможности, ограничения на энергетические, материальные и трудовые ресурсы, а также квалификация исполнителей работ обостряют указанные противоречия.
Согласно существующего закона динамического уравновешивания, любая система имеет тенденцию в направлении состояния равновесия, заключающемся в уменьшении количественных характеристик ее противоречий. В мире живой природы этому соответствует приспособление, адаптация, естественный отбор.
Пути улучшения показателей качества АГС :
использование принципа многофункциональности
миниатюризация элементов, подсистем и систем в целом путем использования более сложных форм движения материи, проникновение в микромир , использование стратегии повышения “единичной мощности”, “единичной производительности”
повышение степени однородности и регулярности структуры системы путем использования однотипных ( унифицированных ) элементов с простыми связями между ними , что способствует повышению технологичности их изготовления и гарантирует их высокую надежность и живучесть в процессе эксплуатации.
-1 -