Введение. Системотехника и системотехническое проектирование

Системотехника и системотехническое проектирование

Системотехника — прикладное научное направление, охватывающее проектирование, создание, испытания и эксплуатацию сложных систем. Необходимость этого обусловлена и требованиями общего характера, и спецификой практической работы с конкретными техническими комплексами. Главная роль здесь принадлежит специалистам-системотехникам, осуществляющим координационные функции на «системном» уровне, где происходит сопоставление и объединение отдельных «локальных» результатов, получаемых специалистами более узкого профиля. Отсутствие такой координации опасно с точки зрения возможной рассогласованности частных решений, имеющих свои особенности (хотя каждое из них должно учитывать высшие интересы создаваемой или изучаемой системы).

Чтобы лучше представить себе круг системотехнических задач, достаточно рассмотреть основные этапы проектирования новой системы. Как уже отмечалось, идея разработки новых или совершенствования существующих систем возникает из осознания определенной проблемы, связанной, например, с какой-либо угрозой (авариями, наводнениями, потерями стратегических позиций), экономической ситуацией (снижением уровня производства, истощением запасов сырья) и др. В результате появляется замысел, отражающий системную идею, и начинается первый этап проектирования.

На этапе 1 формулируется проблема, выбираются возможные пути ее решения, определяется состав участников работ, оцениваются предполагаемые затраты времени и денежных средств. Итогом становится техническое задание, содержащее постановку задач, перечень наиболее важных характеристик будущей системы, установленные сроки выполнения заданий.

На этапе 2 осуществляется анализ имеющихся научно-технических достижений с целью их возможного использования, пробная компоновка основных подсистем с оценкой перспектив реализации каждой из них, повторение всего этого применительно к более низким уровням иерархии (вплоть до элементного уровня) и подготовка предложений, касающихся материалов и комплектующих изделий, получение которых иногда требует специальных исследований, изобретательства, организации специализированных производств. Результатом являются проработанные варианты состава и структуры создаваемой системы, уточненные показатели их эффективности, выявленные непредвиденные трудности, нуждающиеся в дополнительном изучении с общесистемных позиций и с учетом требований технического задания.

На этапе 3 оценивается каждый вариант предполагаемых решений, подготовленных в ходе второго этапа, с позиций соблюдения физических законов, обеспечения возможности взаимодействия элементов и подсистем, выявления «узких мест» и т. д. Вместе с этим уточняются масштабы технических и экономических проблем, связанных с продолжением проводимых работ. В результате выбирается наиболее предпочтительный вариант системы и рассматривается вопрос о переходе к последующим этапам проектирования, направленным прежде всего на создание опытных образцов разрабатываемой системы. Важной особенностью третьего этапа являете его формализация, в основе которой лежит учет введенных критериев выбор и исследование математических моделей, поиск методов решения возникающих задач. Тем самым создаются предпосылки для автоматизации труда проектировщиков, оснащения их рабочих мест вычислительными машинами, подготовки соответствующегося программного обеспечения ЭВМ.

На этапе 4 осуществляется разработка опытного образца системы. В известной мере здесь повторяется то, что делалось на втором и третьем этапах, но только в плане опытно-конструкторских работ, относящихся к отдельным деталям, узлам, подсистемам. Задачи становятся более конкретными, их решения локализуются (хотя могут оказаться весьма сложными), проблема автоматизации проектирования сохраняет свою актуальность. В итоге подготавливается документация на производство всех необходимых компонентов будущей системы и намечаются предприятия-изготовители.

На этапе 5 (заключительном) предусматриваются испытания опытного образца, в ходе которых подтверждаются проектные характеристики системы, изучается ее поведение в реальных условиях, анализируются реакции на неблагоприятные воздействия, обнаруживаются дефекты и т. д. Это позволяет дать обоснованное заключение о целесообразности перехода к серийному производству или отказа от него, продолжения или прекращения работ над данным проектом (этап 6), об альтернативных вариантах практического применения того, что сделано. Названные этапы схематического отражены на рис.1.

Таким образом, системотехническое проектирование представляет собой своеобразный многоэтапный процесс обработки информации, превращающий исходную идею (замысел) в конкретные взаимосвязанные решения теоретического и прикладного характера.

Следует подчеркнуть, что сложность системы не влияет на рассмотренную методологию проектирования, хотя от случая к случаю могут меняться продолжительности всех этапов, затраты материальных ресурсов, уровень квалификации участников работ и т. д.

Наконец, общую схему, показанную на рис.1, можно, так или иначе, преобразовать и получить на ее основе аван-проект определенной системы, эскизный проект, технический проект (тем более, здесь нет резких переходов между этапами или позициями, далеко не все проблемы находят отражение и лишь прослеживается путь развития и конкретизации первоначальной системной идеи). С этой точки зрения важно различать внешнее и внутреннее проектирование как основные направления системотехнических разработок.

Рис.1

Внешнее проектирование связано с исследованием свойств окружающей среды, в которой придется работать системе в будущем, характера отношений между системой и средой, поведения системы в различных ситуациях. Такие исследования способствуют лучшему пониманию возможностей системы, указывают пути ее совершенствования и, главное, позволяют обоснованно направлять внутреннее проектирование как средство решения проблем, относящихся к устройству отдельных элементов, их теоретическому анализу, поиску вариантов конструкций и т. п. Например, в задачу внешнего проектирования АСОИУ на уровне завода может входить разработка принципов управления, определение числа каналов связи между управляемыми объектами (цехами) и заводским ВЦ,) выполняющим функции СОД, выбор типов ЭВМ, которыми будет укомплектован ВЦ, согласование форм документов, содержащих информацию для руководства, распределение ресурсов времени ВЦ по видам заданий и т. п.

Внутреннее проектирование заключается в создании различных датчиков, отладке программ для ЭВМ, оборудовании рабочих мест операторов, организации контроля исполнения команд и др. По мере продвижения работ какая-то часть задач внешнего проектирования может перейти в задачи внутреннего проектирования, хотя и те, и другие сохраняются всегда, влияют друг на стимулируют поиск нетрадиционных решений.

Очевидно, выполнить все то, о чем говорилось выше, лишь при условии налаженного взаимодействия специалистов нового профиля, среди которых должны быть инженеры-системотехники, способные оценить отдельные «локальные» результаты с системных позиций, согласовать их между собой и отразить в совокупности характеристик создаваемой системы. В этом проявляется так называемый бригадный метод проектирования, предполагающий объединение усилий всех участников работ под общим руководством специалиста по системному анализу.

Практика показывает, что рассматриваемые процессы развиваются непросто, требуют постоянного внимания и обычно сопровождаются многократными обращениями к уже найденным решениям (включая их коррекцию), поэтому на общей схеме (рис.1) присутствуют обратные связи, отражающие объективную необходимость всесторонней подготовки каждого этапа проектирования.

Отмеченное разнообразие информационных обменов, сопровождающих работу проектировщиков, сохраняется в том или ином виде и после того, как разработанная система начнет самостоятельную деятельность. Этим определяется само существование систем, особенно тех, которые направлены на решение важных практических задач.

Учебные вопросы (основная часть):

1. Принципы системного подхода.

2. Компоненты системного анализа.

3. Этапы системного анализа.

Литература:

Основная:

1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. – М.: Высшая школа, 2005.

2. Дегтярев Ю.И. Системный анализ и исследование операций: Учебник для вузов по специальности АСОИУ. – М.: Высшая школа, 1996. – 335с. (Рек.МО)

Дополнительная:

1. Лебедев О.Т., Язвенко С.А. Основы системного анализа. Учебное пособие. –Ст.Пб.: Государственная инженерно-экономическая академия, 2000. –110с.

Учебно-материальное обеспечение:

1. Наглядные пособия: электронный конспект лекций

2. Технические средства обучения: интерактивная доска

Дата добавления: 2014-01-07