Norenkov.Osnovy.Avtomatizirovannogo.Proektirovania.2002 (525024), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Для специалиста в области системотехники они являютсяочевидными и естественными, однако их соблюдение и реализация зачастуюсопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженерыприменяют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализаможет оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задачинженерной деятельности.Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрениичастей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системныйподход включает в себя выявление структуры системы, типизацию связей,определение атрибутов, анализ влияния внешней среды.Системный подход рассматривают как направление научного познания исоциальной политики.
Он является базой для обобщающей дисциплины «Теория систем» (другое используемое название - «Системный анализ»). Теориясистем - дисциплина, в которой конкретизируются положения системного подхода; она посвящена исследованию и проектированию сложных экономических, социальных, технических систем, чаще всего слабоструктурированных.Характерными примерами таких систем являются производственные системы. При проектировании систем цели достигаются в многошаговых процессахпринятия решений. Методы принятия решений часто выделяют в самостоятельную дисциплину, называемую «Теория принятия решений».В технике дисциплину, в которой исследуются сложные технические системы, их проектирование и которая аналогична теории систем, чаще называютсистемотехникой.
Предметом системотехники являются, во-первых, организация процесса создания, использования и развития технических систем,во-вторых, методы и принципы их проектирования и исследования. В системотехнике важно уметь сформулировать цели системы и организовать ее рас131. Введение в автоматизированное проектированиесмотрение с позиций поставленных целей.
Тогда можно отбросить лишние ималозначимые части при проектировании и моделировании, перейти к постановке оптимизационных задач.Системы автоматизированного проектирования и управления относятся кчислу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи иположения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.Интерпретация и конкретизация системного подхода имеют место в рядеизвестных подходов с другими названиями, которые также можно рассматриватькак компоненты системотехники. Таковы структурный, блочно-иерархический,объектно-ориентированный подходы.При структурном подходе, как разновидности системного, требуетсясинтезировать варианты системы из компонентов (блоков) и оценивать вариантыпри их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристиккомпонентов.Блочно-иерархический подход к проектированию использует идеи декомпозиции сложных описаний объектов и соответственно средств их создания наиерархические уровни и аспекты, вводит понятие стиля проектирования (восходящее и нисходящее), устанавливает связь между параметрами соседнихиерархических уровней.Ряд важных структурных принципов, используемых при разработке информационных систем и прежде всего их программного обеспечения (ПО), выражен в объектно-ориентированном подходе к проектированию.
Такой подходимеет следующие преимущества в решении проблем управления сложностьюи интеграции ПО: 1) вносит в модели приложений большую структурную определенность, распределяя представленные в приложении данные и процедурымежду классами объектов; 2) сокращает объем спецификаций благодаря введению в описания иерархии объектов и отношений наследования между свойствами объектов разных уровней иерархии; 3) уменьшает вероятность искажения данных вследствие ошибочных действий за счет ограничения доступа копределенным категориям данных в объектах.
Описание в каждом классеобъектов допустимых обращений к ним и принятых форматов сообщений облегчает согласование и интеграцию ПО.Для всех подходов к проектированию сложных систем характерны такжеследующие особенности.1. Структуризация процесса проектирования, выражаемая декомпозициейпроектных задач и документации, выделением стадий, этапов, проектныхпроцедур. Эта структуризация является сущностью блочно-иерархическогоподхода к проектированию.2. Итерационный характер проектирования.3. Типизация и унификация проектных решений и средств проектирования.141.1.
Системный подход к проектированиюОсновные понятия системотехникиВ теории систем и системотехнике введен ряд терминов, среди них к базовым нужно отнести следующие понятия.Система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой.Элемент - такая часть системы, представление о которой нецелесообразно подвергать при проектировании дальнейшему членению.Сложная система - система, характеризуемая большим числом элементови, что наиболее важно, большим числом взаимосвязей элементов. Сложностьсистемы определяется также видом взаимосвязей элементов, свойствамицеленаправленности, целостности, членимости, иерархичности, многоаспектности. Очевидно, что современные автоматизированные информационные системы и, в частности, САПР являются сложными в силу наличия у нихперечисленных свойств и признаков.Подсистема—часть системы (подмножество элементов и их взаимосвязей),которая имеет свойства системы.Надсистема — система, по отношению к которой рассматриваемая системаявляется подсистемой.Структура - отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей; понятие структуры отличается от понятия самой системы также тем,что при описании структуры принимают во внимание лишь типы элементов исвязей без конкретизации значений их параметров.Параметр — величина, выражающая свойство или системы, или ее части,или влияющей на систему среды.
Обычно в моделях систем в качестве параметров рассматривают величины, не изменяющиеся в процессе исследованиясистемы. Параметры подразделяют на внешние, внутренние и выходные,выражающие свойства элементов системы, самой системы, внешней средысоответственно. Векторы внутренних, выходных и внешних параметров далееобозначены X = (*,, х2, ..., хп), Y = (у}, у2, ..., yj, Q = (?,, q2, ..., qjсоответственно.Фазовая переменная — величина, характеризующая энергетическое илиинформационное наполнение элемента или подсистемы.Состояние — совокупность значений фазовых переменных, зафиксированныхв одной временной точке процесса функционирования.Поведение (динамика) системы — изменение состояния системы в процессефункционирования.Система без последействия — ее поведение при t > tQ определяется заданием состояния в момент tQ и вектором внешних воздействий Q(t).
В системахс последействием, кроме того, нужно знать предысторию поведения, т.е. состояния системы в моменты, предшествующие /0.Вектор переменных V, характеризующих состояние (вектор переменныхсостояния), - неизбыточное множество фазовых переменных, задание значенийкоторых в некоторый момент времени полностью определяет поведениесистемы в дальнейшем (в автономных системах без последействия).151.
Введение в автоматизированное проектированиеПространство состояний — множество возможных значений векторапеременных состояния.Фазовая траектория — представление процесса (зависимости V(t)) в видепоследовательности точек в пространстве состояний.К характеристикам сложных систем, как сказано выше, часто относятследующие понятия.Целенаправленность — свойство искусственной системы, выражающееназначение системы. Это свойство необходимо для оценки эффективностивариантов системы.Целостность — свойство системы, характеризующее взаимосвязанностьэлементов и наличие зависимости выходных параметров от параметровэлементов, при этом большинство выходных параметров не является простымповторением или суммой параметров элементов.Иерархичность — свойство сложной системы, выражающее возможностьи целесообразность ее иерархического описания, т. е. представления в виденескольких уровней, между компонентами которых имеются отношения целое — часть.Составными частями системотехники являются следующие основныеразделы:иерархическая структура систем, организация их проектирования;анализ и моделирование систем;синтез и оптимизация систем.Моделирование имеет две четко различимые задачи: 1 — создание моделейсложных систем (в англоязычном написании - modeling); 2 - анализ свойствсистем на основе исследования их моделей (simulation).Синтез также подразделяют на две задачи: 1 — синтез структуры проектируемых систем (структурный синтез); 2 — выбор численных значений параметров элементов систем (параметрический синтез).
Эти задачи относятся кобласти принятия проектных решений.Моделирование и оптимизацию желательно выполнять с учетом статистической природы систем. Детерминированность - лишь частный случай. Припроектировании характерны нехватка достоверных исходных данных, неопределенность условий принятия решений. Учет статистического характера данныхпри моделировании в значительной мере основан на методе статистическихиспытаний (методе Монте-Карло), а принятие решений - на использованиинечетких множеств, экспертных систем, эволюционных вычислений.Примеры. 1. Компьютер является сложной системой в силу наличия у него большогочисла элементов, разнообразных связей между элементами и подсистемами, свойствцеленаправленности, целостности, иерархичности.
К подсистемам компьютера относятся процессор (процессоры), оперативная память, кэш-память, шины, устройства вводавывода. В качестве надсистемы могут выступать вычислительная сеть, автоматизированная и (или) организационная система, к которым принадлежит компьютер. Внутренниепараметры - времена выполнения арифметических операций, чтения (записи) в накопителях, пропускная способность шин и др. Выходные параметры - производительностькомпьютера, емкость оперативной и внешней памяти, себестоимость, время наработки161.2. Структура процесса проектированияна отказ и др. Внешние параметры — напряжение питания сети и его стабильность, температура окружающей среды и др.2.
Для двигателя внутреннего сгорания подсистемами являются коленчатый вал,механизм газораспределения, поршневая группа, системы смазывания и охлаждения.Внутренние параметры - число цилиндров, объем камеры сгорания и др. Выходныепараметры - мощность двигателя, КПД, расход топлива и др. Внешние параметры характеристики топлива, температура воздуха, нагрузка на выходном валу.3. Подсистемы электронного усилителя - усилительные каскады; внутренниепараметры - сопротивления резисторов, емкости конденсаторов, параметрытранзисторов; выходные параметры - коэффициент усиления на средних частотах, полосапропускания, входное сопротивление; внешние параметры - температура окружающейсреды, напряжения источников питания, сопротивление нагрузки.1.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
