Системное проектирование и развитие системотехнических знаний в ХХ в

Параллельно развивалось направление системного анализа для принятия решений на основе математических методов:

• Н.Н. Моисеев, академик Академии наук СССР, занимался разработкой математических методов для задач системного анализа;
• Ю.И Дегтярев развивал системный анализ как продолжение исследования операций;
• В.В. Дружинин и Д.С. Конторов развивали системные исследования применительно к военной технике, и для названия своего варианта прикладной теории систем использовали вначале термин системология, а позднее – системотехника;
• А. А.  Денисов создал концепцию, называемую информационным подходом к моделированию и анализу систем, основанную на диалектической логике.

Глава 2. Определение  предмета системотехники

Проектирование сложных  систем совмещает всю совокупность процессов, находящихся между начальным этапом фундаментального исследования и заключительными операциями изготовления и использования. Системотехника стала новым элементом в этой конструкции для попытки сократить разрывы во времени между научными открытиями и их приложениями и между возникновением человеческих потребностей и производством новых систем, призванных удовлетворить эти потребности. Системотехника имеет и другие задачи, которые будут ясны позже.

В качестве идеализированной модели проектирования примем, что она состоит из: 1) научного исследования; 2) системотехники; 3) проектно-конструкторской разработки; 4) изготовления и 5) эксплуатации. При необходимости добавляется еще один этап – ликвидация.

Научное исследование доставляет новые  знания, принципы и материалы, необходимые для создания новых систем, техники и услуг.

Проектно-конструкторская разработка означает техническую реализацию  проекта, ведущую к изготовлению системы. Разработки тщательно планируются  и могут выполняться по графику, установленному системотехникой, с поправками, вносимыми руководством. Разработка включает практическое проектирование и лабораторное испытание всевозможных механизмов, схем, устройств и компонентов. Она может включать и исследование, ведущее к эффективным методам проектирования.  Главное отличие системотехники от классической инженерной деятельности в том, что системотехника в силу своей ориентированности на наиболее общие системные характеристики предмета исследования носит междисциплинарный характер. Изучаемые ей законы и закономерности не зависят от конкретного типа систем. Теоретической основой системотехники служит общая теория систем.

Существенная абстрактность общей  системотехники, обеспечивая широкую  область применения ее выводов, имеет  тот недостаток, что значительно ослабляется связь со специфическими требованиями и свойствами отдельных классов систем. Это затрудняет перевод полученных выводов и принципов на язык конкретных отраслей техники. Это обстоятельство лежит в основе той тенденции дифференциации, которая проявляется в последнее время в системотехнике.

Основные задачи системотехники [9]:

• подготовка информации для принятия решений по управлению процессом создания сложной системы;
• сформулировать долгосрочные планы и цели как основу для взаимной увязки отдельных проектов;
• сбалансировать общую программу разработок, обеспечивая продвижение по всем необходимым направлениям и добиваясь в то же время наилучшего использования персонала и других ресурсов;
• разрабатывать цели и планы для отдельных проектов и согласовывать их с долгосрочными целями, знать текущие нужды организации, смотреть вперед, чтобы предугадать будущие потребности и быть в полной готовности, когда наступит время действия;
• быть в курсе новых идей, принципов, методов и изобретений, обеспечить наилучшее и наиболее своевременное применение новой технологии;
• выполнять каждую операцию в процессе выбора систем возможно более эффективным образом, с учетом того, что требования к детализации, точности и скорости зависят от фазы процесса.

Подготовка  информации – это важный этап при  проектировании системы, т.к. необходимо учесть направления разработок, выбор наиболее оптимального проектного решения. Решение этих задач требует тщательной подготовки, т.к. при принятии неверного решения на ранних этапах устранение ошибок потребует большие затраты как по времени, так и по финансам.

Основываясь на прогнозе развития системы необходимо сформировать общую программу разработок, именно для этого требуется информация о возможных будущих ситуациях. Кроме того, такая программа необходима для дальнейшей стыковки проектов отдельных подсистем, т.к. отдельные хорошо работающие подсистемы не всегда образуют функционирующую систему.

Типы знаний и исследований в системотехнике

В системотехнике используются различные типы знаний, к которым относятся:

1. Эвристические методы и приемы системотехнической практики;

2. Знания различных научных дисциплин, которые используются при создании сложных систем или при организации инженерной деятельности.

Первый тип  можно разделить на две категории: конструктивно-технические и технологические  знания.

Конструктивно-технические  знание – это знание об отдельных  элементах, структуре и процессах  функционирования сложных объектов в определенной окружающей среде (описание составных элементов систем связи). Технологические знания фиксируют  методы создания и принципы использования сложных систем.

Во втором типе системотехнических знаний используются знания различных дисциплин. Для  создания сложной системы используются только определенные разделы, которые  были модифицированы для решения  системотехнических задач.

Наиболее часто  используемые знания заимствуются из математики (для моделирования конкретных инженерных объектов при их проектировании, монтаже, отладке), теории вероятностей, математической статистики, линейного  программирования и т. д. Так же с  течением времени увеличивается база естественнонаучных знаний (анатомия, биология, физиология). Кроме того, при создании сложных систем в проектировании принимают участие множество специалистов, поэтому требуется учитывать взаимоотношения между людьми, что обуславливает неоднородность знания: инженерные решения основываются на знаниях общественных наук – социологии, экономики, психологии.

В научно-технических  дисциплинах принято различать  три типа научных исследований [10]:

1. Фундаментальные, направленные на развитие определенной теории и рассчитанные на перспективу;
2. Прикладные являются развитием и конкретизацией результатов фундаментальных исследований для решения определенного класса инженерных задач;
3. Проектно-конструкторские разработки  осуществляют конкретизацию, определение возможности использования и сферы применения результатов уже проведенных прикладных и фундаментальных исследований.

Наличие нескольких уровней исследования, имеющих как  прямые, так и обратные связи, является особенностью функционирования научно-технических дисциплин.

Глава 3. Схема  системотехнических работ

Для определения функции  системотехники самым простым способом является операционный, состоящий в  описании общей схемы системотехнических работ, от формулировки общей программы  проектов и до завершения отдельного проекта. Такой выбор неслучаен, т.к. схема исполнения в наибольшей мере обусловливает структуру и характеристики функции.

Фазы выбора системы:

• системные изыскания.
• исследовательское планирование,
• планирование разработки,
• изыскания в ходе разработки,
• текущие изыскания.

Системные изыскания

В этой фазе исследуется  состояние какой-либо широкой области  окружения в расчете на все  настоящие и возможные будущие  проекты. Это исследование имеет  две цели.

Первая – помочь руководству достичь согласия по всей программе работ, включающей разные проекты, которые хочет осуществить данная организация.

Вторая – создание информационного задела для планирования будущих проектов. Сюда же обыкновенно  входит сбор статистических данных для  повторяющихся типов задач. Таковы, например, данные о стоимости, рынке и работе ранее построенных систем.

Эта фаза включает в себя, по крайней мере, 3 основных раздела:

• определение целей создания системы и круга, решаемых ею задач. Цели и задачи системы определяют, исходя из потребностей их практического использования, с учетом тенденций и особенностей технического прогресса, а также целесообразности;
• оценка действующих на систему факторов и определение их характеристик. Для оценки внешних и внутренних факторов, действующих на систему, помимо опыта эксплуатации аналогичных систем, используют статистические данные, полученные в результате специальных экспериментальных исследований;
• выбор показателей эффективности системы. В качестве показателей эффективности выбирают числовые характеристики, оценивающие степень соответствия системы задачам, поставленным перед ней. Например: для системы слепой посадки самолетов показателем эффективности может служить вероятность успешной посадки, для производственного процесса – среднее число изделий, выпускаемых за смену, и т. д.

Исследовательское планирование

Отличие от предыдущей фазы заключается в том, что интерес  сосредоточен на отдельном проекте, задаче или потребности. Фаза включает шесть взаимосвязанных операций:

1. Уяснение задачи – выделение факторов, характеризующих систему и ее окружение, т.е. происходит исследование окружения и потребностей. Первое выявляет новые возможности науки и техники, второе – новые запросы заказчиков и покупателей.
2. Логическое завершение операции предполагает появление выбора целей. Выбранные цели направляют поиски альтернатив, подсказывают способы анализа найденного и дают критерии для выбора оптимальной системы. Надо взвесить плюсы и минусы проекта, точно сформулировать, чего хотят достичь, согласовать выбранные цели друг с другом и с реальными фактами и в необходимых случаях найти разумные компромиссы. Математически это труднейшая проблема измерения и сравнения многих разнородных переменных. Но еще труднее проблема установления иерархии приоритетов. Например, как найти компромисс между стоимостью и качеством, надежностью и простотой? Холл предлагал четыре разных подхода для выбора компромисса: экономический, психологический, теоретико-игровой и казуистический. Окончание операции означает выработку технического задания на разработку системы.
3. Синтез систем означает, что в соответствии с техническим заданием есть несколько вариантов системы, которые, по мнению проектировщиков, заслуживают дальнейшего рассмотрения и подробного исследования.
4. Анализ систем означает оценку всего списка гипотетических систем. Для оценки каждого варианта системы необходимо вычислить совокупность показателей, характеризующих свойства системы. Сопоставляя эти характеристики, можно получить первоначальное представление о преимуществах и недостатках вариантов системы. Получить эти характеристики можно двумя способами: путем обработки экспериментально полученных данных или с помощью моделирования процесса функционирования системы на ЭВМ. Эти оценки касаются работы системы, стоимости, качества и т.д.
<li class="dash041e_0431_044b_0447_043d_044b_0439" style=" m