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. 26

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 организацией производства. Жесткая цеховая регламентация  этой деятельности, слабая специализация  ремесел  внутри  цехов,  ограниченность  рынков  сбыта,  отсутствие  стимулов, заставляющих удешевлять и увеличивать  выпуск изделий, незаинтересованность в развитии технической базы определяли тогда отношение к технике. Быстрое развитие государственности и торговли стимулировало совершенствование военного дела (прежде всего фортифика-

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 инженеров  устанавливали водяные и ветряные мельницы, насосы и фонтаны, производили  необходимые починки в механизмах и руководили их конструкцией. Эти  лица  знали  арифметику,  отчасти  и механику,  умели  чертить  проекты, вычислять скорость и силу механизмов.»  Решая  технические  задачи,  первые  инженеры и изобретатели обратились за помощью к математике и механике, из которых они заимствовали знания и методы.

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 производственных комплексов, автоматизированных систем управления (АСУ) отраслями промышленности, предприятиями и технологическими процессами трудится целая сеть институтов, сотни высококвалифицированных специалистов. Основное значение системотехники и заключается в повышении эффективности инженерного труда, который реализуется большими коллективами специалистов различного профиля. Во многих отраслях народного хозяйства появляются особые подразделения, обеспечивающие управление этими коллективами. Объектом  системотехнической  деятельности является сложная система, сложный инженерный объект или инженерная система.

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 машина. Правда, речь шла скорее не об одной  машине, а о комплексе машин. Однако на современном этапе ее развития человеческие компоненты признаются решающими  и даже ведущими. Сегодня уже проектируют не машины, а системы, которые включают машины  н  людей-операторов. Системотехника  превращается  в  анализ  сложных «человеко-машинных» систем. Иногда человеческие компоненты таких систем рассматривались односторонне,  только  с  позиций машины. В  этом  случае  производилось  сравнение «характеристик» человека и машины, таких, как мощность, скорость, надежность при перегрузках и т.д. Человек как бы уподоблялся машине. Но очень скоро пришлось признать, что их «параметры» просто не сопоставимы. Деятельность человека нельзя оценивать в технических терминах,  а  машину  рассматривать  как «модель»  человека.  Современные  электронно-вычислительные машины (ЭВМ), различные роботы, системы автоматического управления и т.д. включаются в человеческую деятельность, служат ее целям, замещают, но не копируют

ее. Например, для внедрения  АСУ необходима перестройка, реорганизация  всей хозяйственной  деятельности  предприятия (введение  новой  системы  отчетности,  новых  показателей, иного порядка прохождения заказа, расчета потребности в изделиях и оценки эффективности конечного  продукта),  а не  автоматизация  существующих рутинных процедур человеческой

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 вычислительной техники в режиме диалога человека  и машины. Таким  образом, ЭВМ  как  бы  включается  в  человеческую  деятельность,

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 связей, включая и окружающую среду. Увеличение разнородности элементов и связей стимулировало проведение и применение результатов исследований, которые  раньше не включались в сферу инженерной деятельности. В сис-

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-технической  проблемы. Поэтому  объектом  исследования  системотехники  будет  уже  не  традиционный  инженерный  объект,  хотя  и  достаточно  сложный,  а  качественно  новый «деятельностный»  объект,  который состоит из двух частей. Во-первых, объектом исследования и организации в системотехнике  становится  деятельность,  направленная  на  создание  и обеспечение функционирования сложного инженерного объекта, и, во-вторых, сам созданный объект не только включается в человеческую деятельность, удовлетворяя определенную потребность, но и замещает собой эту деятельность. Например, АСУ создается на основе реорганизации и оптимизации человеческой  деятельности,  отдельные части которой могут быть  машинизированы,  т.е.  алгоритмически описаны и включены в проект ее поэтапной автоматизации.

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