Системотехника
Содержание
Введение. 3
Определение предмета системотехники. 5
Задачи системотехники. 11
Системные представления. 14
Методологические подходы к решению проблемы целостности. 19
Способы целостного описания сложных систем. 23
Имитационное
моделирование сложных систем.
Этапы разработки системы. 29
Подэтапы системотехнической деятельности. 32
Заключение. 39
Список используемой литературы. 40
Введение.
В настоящее время для ускорения внедрения научных достижений в производство требуется выработка нового научно-инженерного стиля работы, связанного с решением комплексных научно-технических проблем. Именно на решение этой задачи и направлено развитие системотехники как современной области научно-технической деятельности. Чтобы понять принципиальную новизну позиции современного инженера-системотехника необходимо обратиться к истории.
В эпоху античности и средние
века не существовала инженерная деятельность
в современном понимании, а скорее
техническая деятельность, органически
связанная с ремесленной
ции и артиллерии), строительство
гидротехнических и архитектурных
сооружений, изготовление различных
машин. Для осуществления этих видов
деятельности уже недостаточно было
традиционных ремесленных навыков.
Появляются инженеры, выросшие, как
правило, из среды ученых, обратившихся
к технике, и ремесленников-самоучек,
приобщившихся к науке. Они «принадлежали
к числу тех импровизированных
инженеров, которые в те времена
за отсутствием настоящих
Таким образом, инженерная деятельность связана с регулярным применением научных знаний и появлением мануфактурного и машинного производства. Для инженера всякий объект, относительно которого решается техническая задача, с одной стороны, выступает как явление природы, подчиняющееся естественным законам, описанным в науке, а с другой — как орудие, механизм, машина, сооружение, которые необходимо построить. Поэтому инженер опирается и на науку и на практику. Если первоначально инженерная деятельность была ориентирована на прямое использование естественнонаучных знаний, то с конца XVIII в. положение меняется.
Во-первых, научная деятельность расчленяется. Помимо ученых-теоретиков и ученых-экспериментаторов появляются специалисты в области технических наук и прикладных исследований, задача которых - обслуживание инженерной деятельности. Об этом свидетельствует, в частности, большой интерес к техническим проблемам академий наук на первых порах их возникновения (XVII - XVIII вв.), который значительно уменьшился к концу XVIII в., что было связано с совершенствованием организации науки. Ввиду увеличения фронта исследований академии сконцентрировали свое внимание на решении фундаментальных научных проблем. Возникли новые формы организации научной деятельности в области техники — технические науки. Их появление было обусловлено прежде всего необходимостью специального обучения инженеров и возникновением высших технических школ.
Во-вторых, происходит дифференциация самой инженерной деятельности - обособляются сначала изобретение и конструирование, а затем и инженерное проектирование. В сферу инженерной деятельности попадает также организация производства и даже операторская деятельность. Конструирование, проектирование, изобретение, организация роизводства,
испытание, отладка и другие ее виды стали осуществляться различными специалистами. Появились и новые отрасли производства и инженерной деятельности — кроме машиностроения, уже достаточно развитого к этому времени, электротехника, радиотехника, а затем химическая технология. Глубокая дифференциация инженерной деятельности, в свою очередь, вызвала к жизни противоположный ей процесс — интеграцию. В середине XX в. уже ставится проблема объединения различных специалистов в один коллектив, решающий общую инженерную задачу.
Одной из первых областей, в которой проявились эти процессы, была радиоэлектроника. После второй мировой войны ее связь со смежными отраслями техники стала более тесной. В создании радиоаппаратуры, кроме специалистов по радиоэлектронике, участвовали металлурги, химики, математики, физики. В то же время происходило дальнейшее отделение инженерных работ от вспомогательных, проектировщиков от конструкторов и технологов, а также развитие инженерных исследований в более тесной кооперации с учеными различных специальностей, занимающимися фундаментальными исследованиями. Для управления такими коллективами нужны были новые методы руководства и особые специалисты, его осуществляющие.
Определение предмета системотехники.
Системотехника возникла
после второй мировой войны в
результате усложнения процесса инженерного
проектирования, необходимости его
рациональной и научной организации.
На современном этапе научно-технической
революции над созданием только
проектов (даже без их практической
реализации) коммуникационных,
ирригационных, энергетических систем,
градостроительных и
Сложность объекта системотехники обусловлена, во-первых, переходом от простого объекта к составному и, во-вторых, от анализа его частей к анализу целого. Такой переход вызван в значительной степени все возрастающей специализацией и необходимостью координации разных видов инженерной деятельности, включенных в разработку сложной системы и направленных на создание единого проекта.
Сложность современных инженерных систем заключается не столько в увеличении числа, сколько в разнообразии и неоднородности компонентов, связей между ними.
Исторически объект системотехники
первоначально рассматривался в
узкотехническом аспекте—как
ее. Например, для внедрения
АСУ необходима перестройка, реорганизация
всей хозяйственной деятельности
предприятия (введение новой системы
отчетности, новых показателей,
иного порядка прохождения
деятельности путем замены их машинами. Здесь открываются новые возможности и одновременно ограничения, обусловленные достигнутым уровнем развития техники. Кроме того, не все виды деятельности целесообразно автоматизировать, поскольку в некоторых случаях это ведет к отрицательным результатам.
Сложность человеко-машинных систем возрастает с развитием вычислительной техники. Сегодня ЭВМ используются не просто как усилитель вычислительных способностей человека. Совершенствование программного обеспечения и периферийного оборудования,
возможности межмашинного обмена
информацией и создание единой системы
ЭВМ позволяют говорить о новом
стиле использования
существенно преобразуя ее, открывая для нее новые возможности. В этом и заключается сущность нового деятельностного подхода к человеко-машинным системам, рассматриваемым в системотехнике и как продукт, и как «заместитель» человеческой деятельности.
Специфика объектов системотехнической деятельности выражается также в том, что при их проектировании необходимо учитывать окружающую среду, рассматриваемую как внешний элемент системы. Важно отметить, что окружающая среда включает в себя не только природу, но и экономическую, социальную и т. п. среду, в. которой функционирует и на которую влияет современная техника. Охрана окружающей среды признается сегодня одним из важнейших факторов общественной жизни, производственной, научной и инженерной деятельностей. В нашей стране изданы и издаются законы, в частности, об оценке деятельности предприятий и внедряемых проектов с точки зрения их влияния на окружающую среду.
Таким образом, объект
системотехники представляет собой
человеко-машинную систему, состоящую
из разнородных элементов и
темотехнике используется самый широкий спектр научных и технических знаний— от прикладных дисциплин до общественных наук. Этим системотехника также отличается от традиционной инженерной деятельности, которая ориентировалась, как правило, на какую-либо
одну «базовую» техническую науку (например, теорию механизмов и машин или теоретическую радиотехнику). В системотехнике научные исследования используются не в полном объеме, а только в определенных разделах, имеющих для нее наиболее важное значение, с некоторой их модификацией применительно к решению системотехнических задач. Эти задачи в свою очередь стимулируют развитие особых разделов, разработку специфических проблем и получение в них новых знаний. Сами традиционные научные дисциплины в рамках системотехники приобретают новый способ существования и развития, испытывая воздействие инженерных требований. Это вполне закономерно, поскольку к решению системотехнических проблем привлекаются ведущие ученые самых различных научных дисциплин.
Объем знаний, используемых современным инженером, существенно увеличился. Сфера инженерной деятельности в системотехнике все более и более расширяется. В нее включается большая группа разнородных знаний, методик, предписаний. Разнородность теоретических методов, необходимых для отображения данной сложной системы, выражает те трудности и ограничения в ее адекватном отображении, с которыми мы сталкиваемся в данных условиях познания. Существующие средства теоретического описания целостности оказываются неэффективными, и сложность выступает как стимул
для поиска новых средств. Производится разработка нового знания, специально предназначенного для обслуживания системотехнической деятельности и описания сложной системы в целом.
Однако, хотя на первый
взгляд главной задачей здесь
является синтез разнородных
знаний, теоретических представлений
и методов, в основе такого синтеза
лежит сложная задача координации,
согласования, управления и
организации различных деятельностей,
направленных на решение определенной
комплексной научно-
Что же такое системотехника? Она может быть рассмотрена и как техническая наука, и как отрасль техники, и как научно-техническая деятельность. В соответствии с этим в настоящее время существует множество определений системотехники. Многие авторы рассматривают ее как отрасль техники, планирование, проектирование, конструирование и эксплуатацию сложных систем. При этом подчеркивается направленность данной деятельности на систему в целом, а не на отдельные входящие в нее
устройства. Системотехнику определяют и как техническую науку об общих закономерностях создания, совершенствования и использования технических систем, требующих системного подхода к задачам анализа и синтеза. Ее проблемы являются комплексными и находятся на стыке научных и технических дисциплин. Она позволяет устранить разрыв
между исследованием и
проектированием, который существует
при традиционных методах работы.
Системотехника — это широкая
сфера, игнорирующая границы, которые
разделяют различные
ной работы.
В множестве определений системотехники можно, однако, выделить общее. При этом необходимо учитывать, что системотехника многогранна и поэтому ее определение будет носить комплексный характер. Системотехника представляет собой:
- сферу деятельности, выделившуюся из традиционной инженерной практики и направленную на организацию процесса создания, использования и развития сложных инженерных систем (т. е. стыковку проектных задач и кооперацию специалистов различных профилей, решающих эти задачи), обеспечение интеграции частей системы в единое целое;
- область знания, комплексную научно-техническую дисциплину, объединяющую средства, методы, принципы анализа и организации инженерной деятельности; средства, методы, приемы и процедуры проектирования и исследования сложных инженерных систем; знания, средства и методы современных математических, технических, естественнонаучных и общественных дисциплин, используемых для исследования и проектирования сложных систем и организации инженерной деятельности;
- конкретно-методологическую позицию, связанную с целостным рассмотрением инженерной системы, процесса ее исследования, проектирования, создания и развития, а также с использованием идей кибернетики и системного подхода.
Термин «системотехника» (от англ. Systems Engineering) стал применяться сравнительно недавно—в начале 50-х годов, хотя первые шаги в этом направлении были сделаны еще в 30-х годах. В США они были связаны с корпорацией «Белловские телефонные лаборатории». В СССР это направление развивалось в исследованиях по комплексной автоматизации производства.
Задачи системотехники.
Системотехника в отличие от классических научно-технических дисциплин (например, радиотехники и прикладной механики или электротехники) формируется «неклассическим» способом: в ней нет ориентации на базовую естественнонаучную дисциплину как образец проведения научного исследования. Как правило, сначала имеет место достаточно общий конкретно-методологический подход с «универсальной» сферой применения, которая постепенно специализируется относительно определенной проблемной области (комплексной научно-технической проблемы). Исходным в данном случае является широкое научное движение, результатом которого может быть появление новой научной дисциплины. Особенность неклассического пути заключается в том, что для решения комплексных научно-технических проблем привлекаются в принципе любые научные дисциплины, теории, знания и методы (а не только базовая теория), которые в перспективе синтезируются на общей конкретнометодологической основе в единую теоретическую систему научно-технической дисциплины. Они, конечно, соответствующим образом перерабатываются и переосмысливаются. Наконец, разрабатываются новые специфические методы и теоретические средства исследования, позволяющие наиболее эффективно решать стоящие перед данной
научно-технической дисциплиной задачи. Именно такой дисциплиной и является системотехника.
Для того чтобы лучше понять значение системотехники и ее отличие от традиционной инженерной и научной деятельностей, необходимо перечислить те задачи, которые ею решаются:
- подготовка информации для принятия руководством научно обоснованных решений по управлению процессом создания сложной системы;
- формулировка общей программы разработок как основы для взаимной увязки проектов отдельных подсистем;
- стыковка проектных задач и координация специалистов, решающих эти задачи, обеспечение интеграции системы в единое целое;
- обеспечение в процессе разработки сложной системы наилучшего использования ресурсов при одновременном достижении проектных целей возможно более эффективным способом;
- согласование планов частных проектов с общим направлением работы, выявление существующих и прогнозирование будущих потребностей;
- внедрение в практику проектирования последних научных и нженерных достижений.
Подготовка информации для принятия руководством решений в процессе проектирования сложной системы не является сегодня такой тривиальной задачей, как это может казаться на первый взгляд. Напротив, для ее решения необходимо проводить особые исследования, ориентируясь на достаточно широкую предметную область и имея в виду все возможные (настоящие и будущие) проекты данной системы. При этом выбор даже общего направления работ оказывается не таким уж простым. Исправление
принятого на ранних стадиях
решения требует гораздо
Отсюда вытекает задача формулировки общей программы разработок, основывающейся на прогнозе развития системы. Именно для решения этой задачи необходима информация о возможных будущих ситуациях, ресурсах, научно-технических открытиях и изобретениях, которые могут коренным образом преобразовать систему и протекающие в ней процессы, а также информация о возможных будущих изменениях социальных ценностей, которые могут оказать существенное влияние на систему и трансформацию целей. Такая общая программа разработки необходима, кроме того для взаимной увязки проектов отдельных подсистем в процессе создания сложной системы. Она позволяет подготовить мощный «задел» для разработки этих проектов.
Необходимость в системотехнике впервые появилась тогда, когда выяснилось, что отдельные, даже хорошо работающие компоненты, соединенные вместе, необязательно составляют хорошо функционирующую систему. В сложной системе часто оказывается, что,
даже если отдельные компоненты удовлетворяют всем необходимым требованиям, система как целое не будет работать. Для иллюстрации этой ситуации чаще всего приводят пример проектирования самолета или ракеты специалистами разного профиля. Если рассматривать данную систему с точки зрения специалиста по двигателям, то, например, для электронного
оборудования в ней совсем не останется места. Проектировщик фюзеляжа будет заботиться только об оптимальной конфигурации самолета, пренебрегая, скажем, удобством расположения радиолокационных антенн. Специалист по электронике «нашпигует» его всевозможными устройствами, не заботясь о предельной массе и конфигурации самолета. Инженер-
психолог потребует массу удобств для летчика, совершенно не считаясь с затратами. Плановик сведет до минимума затраты... И самолет никогда не поднимется в воздух. Для того что-бы увязать различные частные оптимумы, цели и критерии отдельных специалистов, участвующих в создании сложной системы, и нужен особый «специалист» - инженер-системотехник.
Системные представления.
В конкретных системных концепциях,
в том числе и
Выделяют пять основных системных представлений: процессуальное, функциональное, макроскопическое, иерархическое и микроскопическое. В процессуальном плане система рассматривается динамически как процесс, остальные системные представления отражают ее статический аспект. В макроскопическом представлении описываются внешние характеристики системы, в функциональном, иерархическом и микроскопическом - внутренние. Функциональное и микроскопическое представления фиксируют функциональный и структурный аспекты системы соответственно, а иерархическое - способ разбиения ее и в том и другом аспекте.
Необходимо иметь в виду, что названные системные представления тесно связаны между собой, и поэтому некоторые понятия могут встречаться в описании различных представлений. Кроме того, эти пять представлений существуют только как идеальные типы. В реальном описании любого системного представления в той или иной мере используются другие системные представления.
Микроскопическое представление системы основано на интуитивном понимании ее как совокупности взаимосвязанных элементов, неразложимых, далее «кирпичиков». Центральным понятием микроскопического системного представления является понятие элемента. Конечно, в общем виде элемент лишь относительно неделим, однако для данной системы он является абсолютно неделимым. Элементы также могут, быть рассмотрены как системы но это будут системы другого типа, чем исследуемая. Кроме того, система понимается как совокупность разнородных элементов, которые могут отличаться по принципу действия техническому исполнению и ряду других характеристик. Система сводится к ансамблю простых частей. Иногда такое представление становится превалирующим над остальными. Системотехника, однако, ориентирована не столько на создание самих элементов (они могут быть взяты из технического каталога), сколько на операции над ними, составление из них целостной системы.
Элементы обладают связями,
которые объединяют их в целостную
систему. Элементы могут существовать
только в «связанном» виде - между
элементами обязательно устанавливаются
связи. Например, в электрической
цепи, если по ней не течет ток, нет
электрических связей, следовательно,
нет и элементов; когда цепь подключена
к источнику электрической
Функциональное представление системы связано с пониманием системы как совокупности функций (действий) для достижения определенной цели. Каждый элемент в системе выполняет определенную функцию. Функциональные свойства элементов являются свойствами первого порядка. Они позволяют включать элемент в систему для выполнения общей цели. Свойства второго порядка - это те нежелательные свойства, которые привносит с собой элемент в систему. Таким свойством, например, для усилителя могут быть нелинейные искажения усиливаемого сигнала, для транзистора - низкая надежность, для электронных ламп - чувствительность к перегрузкам.
Совокупности свойств первого порядка, рассмотренных обособленно от свойств второго порядка, назывют функциональным местом элемента. Между функциональными местами в системе существуют функциональные связи или соотношения. Самым простым типом отношений являются о соотношения типа a > b, a = b, a <b и т.п. Важно различие между связями и отношениями. Отношение фиксирует только принадлежность элемента к системе с точки зрения выполнения определенной функции. Функциональные места элементов могут быть по разному наполнены. Например, в усилителе функциональное место «ключевой элемент» может быть «наполнено» в одном случае лампой, в другом - магнитопроводом.
Для макроскопического представления характерней понимание системы как нерасчлененного целого. Здесь важным является понятие системного окружения. Между системой и системным окружением существует определенное отношение: либо естественная компонента объемлет искусственную, либо искусственная – естественную (Рис.1).
Рис.1
Сложная система рассматривается как естественная и включенная в естественную среду (рис. 1,а), что позволяет фиксировать их естественное взаимодействие. В процессуальном плане это означает прогнозирование естественного развития, самодвижения системы в окружающей среде. Такой взгляд характерен для «чистого» научного исследования. В качестве
примера естественного взаимодействия может быть взято отношение «организм — среда» в биологии. Биологический организм, развивающийся по внутренним естественным законам, включен в среду, также подчиняющуюся естественным законам.
Искусственный объект включен в искусственную среду (рис. 1,б). Это отношение характерно для чистой» инженерной позиции. С искусственной точки зрения не существует естественных ограничений - все можно изготовить.
Сложная система, рассматриваемая как целиком искусственная, включается в естественную среду (рис. 1,в). Здесь возникает проблема совместимости. Включение сложной системы в реально существующую социальную и природную среду требует значительной модификации проекта с точки зрения естественных требований. Это возможно при описании среды с позиции соответствующих социальных и естественнонаучных дисциплин.
Естественный объект включен в искусственную среду (рис 1,г). Это отношение фиксирует искусственные воздействия на объект, развивающийся по внутренним естественным законам. Данная точка зрения предполагает модификацию среды под систему. Сложная система уже построена, и необходимо обеспечить ее функционирование, перестроив окружающую среду. Фактически речь идет о «проектировании» системного окружения.

- Систем профессиональной радиосвязи
- Системы Dolby Digital
- Системы tax-free и duty-free
- Системы windows
- Системы автоматизации бухгалтерского и налогового учета
- Системы автоматизации бухгалтерского учета
- Системы автоматизации общественного питания
- Системный, ситуационный, процессный подходы в управлении
- Системный структурный анализ в проектировании информационных систем
- Системный элемент и организационный анализ в организации управления
- Системой реального времени
- Системология творчества и творческое мышление в рекламе
- Системообразующие факторы и составляющие элементы конкурентоспособности продукции и товара
- Системообразующие факторы, механизмы обеспечения тканевого гомеостаза