Системотехника

Важно  подчеркнуть,  что  для  создания  системы  недостаточно  какого-либо  одного  ее описания. Необходимо сочетание структурной, поточной и функциональной схем. Каждая из них в отдельности фиксирует только один аспект системы. В процессе проектирования они постоянно корректируются и подгоняются друг под друга. В результате получается целостное описание, составляющие которого взаимодополняют друг друга.

Подэтапы  системотехнической деятельности.

Системотехническая деятельность также может быть расчленена на следующие  подэтапы: проектирование  окружающей  среды,  разбиение  системы на подсистемы» проектирование подсистем, изучение  взаимодействия подсистем и перегруппировка  требований к  системе. Эти подэтапы имеют место при  создании и функциональной» и поточной, и  структурной  схем. Только на каждом уровне они имеют разную степень детализации. Инженер-системотехник занимается  главным  образом  проектированием  окружающей  среды  системы,  разбиением системы на подсистемы и изучением взаимодействия подсистем. Проектирование подсистем производят в основном инженеры-специалисты, а инженер-системотехник только координирует  их  деятельность.  На  основе  полученных  при  проектировании  подсистем  результатов инженер-системотехник осуществляет перегруппировку требований к системе.

Членение системотехнической деятельности по объекту во многом зависит от того, каким инженер-системотехник  представляет себе сложный инженерный объект, что определяется не только объектными характеристиками, но и  возможностями его изучения, проектирования, изготовления и т.д. Оно используется для организации функционирования подсистем и их объединения в  систему.

Для описания этапов системотехнической деятельности, в которых фиксируется  порядок разработки блоков системы, могут быть использованы все типы системных представлений. На разных этапах этой деятельности сложный инженерный объект рассматривается то в виде  процессуального,  то  в  виде  макроскопического  и  т.п.  системных  представлений (см. табл.1).

Такое описание позволяет  соотнести последовательную конкретизацию  моделей сложной системы в  функциональной, поточной и структурной  схемах с представлением системотехнической деятельности в соответствии с ее структурой. Основные подэтапы системотехнической  деятельности:  проектирование  окружающей  среды  системы (системы  в  целом)  и разбиение системы на подсистемы (проектирование подсистем) — соотносятся  с внешней и внутренней позициями  проектировщика, т.е. с микроскопическим и иерархическим системными представлениями.

Процессуальное представление  является описанием функционирования и развития инженерного объекта. Этап, связанный с этим представлением, может быть назван прогнозированием (1). Здесь учитывается  эволюция системы  за период ее жизни. Между состояниями должны быть установлены связи перехода, позволяющие рассматривать последовательность состояний как единый процесс развития. Выделяются инварианты и существенные для данной инженерной  задачи внешние цели системы. Они должны учитывать ее будущие состояния в условиях изменяющейся окружающей среды. Одновременно в общих чертах намечаются основные внутренние процессы функционирования системы, которые должны обеспечить выполнение ее внешних целей.

На этом этапе определяются (исследуются) и прогнозируются потребности  в создании систем данного типа и  именно исходя из них формулируются, первые требования к системе. Необходимо  учитывать,  что  они  могут  измениться,  пока  система  будет  разрабатываться. Поэтому,  научное  обоснование  данного  прогноза  должно  быть  достаточно  фундаментальным. Анализ потребностей становится сегодня одним из важнейших компонентов инженерной деятельности, поскольку создание ненужных или устаревших систем приводит к нерациональному расходованию людских, экономических и материальных ресурсов. А в условиях разработки гигантских системотехнических проектов, требующих огромных финансовых затрат, может привести к катастрофическим результатам. Однако необходимо не только исследование и прогнозирование, но и проектирование потребностей, являющихся производными от современных достижений науки и техники, но еще не осознанных как потребности.

Выделенные  внешние  связи  системы  детально  рассматриваются  на  этапе  внешнего структурирования  (2),  которое  осуществляется  в  рамках  макроскопического  системного представления.  Инженерная  система  описывается  как  статическая  совокупность  внешних связей с  существующими и проектируемыми объектами системного окружения. Это  позволяет  зафиксировать  требования  к  системе  со  стороны  ее  окружения.  Поскольку  система  должна функционировать в определенной социальной и природной среде, то ее внешние связи  определяют в  значительной  степени и цели  ее функционирования. Например,  при эксплуатации в морских условиях любая система независимо от ее назначения должна удовлетворять вполне определенным требованиям, которые диктуются внешней средой и являются отличными от требований, предъявляемым к системам, установленным, скажем, на самолете. В последнем случае, решающими являются габариты и масса, которыми в стационарных условиях можно практически пренебречь. Кроме того, данная система может быть частью другой более крупной системы и тогда ее место в этой последней и связи с другими подсистемами определяют характер выдвигаемых к ней требований. Например, при проектировании специализированной ЭВМ важно четко определить, в какой комплекс она входит и какие задачи должна в нем решать. От этого зависят требования к ее быстродействию, емкости памяти, габаритам и т.д.

С  помощью  такого  представления  осуществляется  организация  и  стыковка  проектировщиков  данной системы с разработчиками других смежных систем. Внутреннее структурирование (3) основывается на иерархическом  представлении. Выявленные на предыдущем этапе внешние связи позволяют описать систему функционально как единицу самого высокого уровня иерархии. Затем она расчленяется в иерархию единиц - ряд блоков. Это необходимо  при возрастающей  сложности инженерных  задач:  сложная система может быть спроектирована сразу во всех частях и деталях. Однако на данном этапе прорабатываются  только  принципы  построения  системы. (Например,  при  разработке АСУ определяется  количество  уровней  обработки  данных,  состав  основных  функциональных  и обеспечивающих  подсистем,  требования  к  взаимному  функционированию  подсистем  различных уровней и основные связи между ними.) Такое представление необходимо для осуществления координации разработчиков подсистем.

На этом этапе осуществляется разделение и распределение функций  между отдельными разработчиками системы. Для человеко-машинных систем проектирование деятельности персонала, плоскости  соприкосновения человека с машиной и создание оборудования являются самыми крупными подразделениями. Человеку-оператору придается большое значение, поскольку не только машины не могут работать длительное время без вмешательства людей, но  и  люди  сейчас  редко  работают  без  машин.  При  этом  важно  помнить,  что  в  человеко-машинной системе машины и люди должны взаимодополнять друг друга. Однако они являются взаимодополнимыми, а не сравнимыми. Там, где есть человеческие компоненты, проектирование их поведения должно основываться на другого рода знаниях, чем проектирование  машинных  компонентов, —  здесь  должны  не  только  учитываться,  но  быть  главными, решающими социальные и психологические факторы.

Таким образам, специфика  отдельных частей человеко-машинной системы такова, что интеграция их оказывается нелегкой научной и  инженерной задачей, требующей от инженера-системотехника разносторонних знаний и богатого опыта. Кроме того, интеграция систе-

мы в процессе ее создания возможна, только если достаточно четко  проведено ее разбиение на отдельные  части.

Единицы могут  быть  наполнены  сразу  из  каталога  стандартных  компонентов (в  этом случае используются типовые проекты отдельных подсистем, но для них необходимо разрабатывать  специальные проекты привязки к  конкретным условиям дайной системы). Однако, как правило, для их наполнения требуется специальная разработка на этапе функционального конструирования (4). Последний связан с функциональным системным представлением, в соответствии с которым каждая единица описывается  в виде определенной функциональной структуры (организации).  Система  рассматривается  в  виде  совокупности  блоков-единиц, имеющих типовую организацию, которая на следующем этапе должна быть конкретизирована. Поскольку функциональная  структура  является  общей  для  класса  аналогичных  систем, сама система даже при иной реализации ее единиц (скажем, при появлении  новых более экономичных и  удобных конструктивных элементов старые элементы могут быть заменены ими уже в процессе функционирования системы) остается неизменной. Другими словами, система в процессе ее модификации совершенствуется, но остается в принципе той же самой. На данном  этапе  осуществляется  также  координация  специалистов,  разрабатывающих  отдельные блоки системы.

Инженер-системотехник должен уметь мыслить на языке функций, а не способов, какими эти функции  осуществляются компонентами системы. Это облегчает поиск последующих  решений по реализации данных функций. Например, проектируя вычислительную машину, необходимо сначала представить  ее структуру как совокупность логических  элемен-

тов (И, ИЛИ, НЕ и т.п.), отвлекаясь от той электронной «начинки», которой  они могут быть реализованы. Только таким способом можно спроектировать варианты и выбрать оптимальную  структуру сложной вычислительной системы.

Функциональные  места  организации  предельных  единиц  наполняются  из  каталога стандартных  элементов на этапе морфологического и технологического конструирования (5), который  основывается  на  микроскопическом  представлении  системы.  Если  соответствующих  стандартных элементов в каталоге не оказывается, то они конструируются специально для  каждой  конкретной  системы.  Осуществляется «погружение»  данной  функциональной структуры (организации) «на материал», ее реализация.

Выбираемые из каталогов  компоненты и элементы должны обладать свойствами первого порядка (ради которых  они включаются в систему), как  можно более близкими к идеальным  свойствам единиц и функциональных мест, которые они  заполняют. Свойства второго порядка (нежелательные) не должны слишком сильно искажать «идеальное»  функционирование системы. Связи между  элементами и компонентами отражают операции изготовления инженерного  объекта, поэтому такого рода конструирование  и называется технологическим. Данное представление системы необходимо для координации специалистов в ходе ее изготовления и внедрения.

В ходе системотехнической деятельности все компоненты и характеристики  сложной системы могут быть несколько  раз изменены и уточнены.

Для  сложных человеко-машинных  систем  эта  задача относительно человеческих компонентов может  осуществляться путем отбора но специальным  тестам лиц, которые наиболее подходят, например, для управления ею: обладают быстрой реакцией и другими соответствующими данными. Именно так отбираются операторы  для управления сложными технологическими и химическими процессами, космонавты, машинисты тепловозов и т.д.

Заключение.

Таким  образом,  системотехника,  развиваясь  неклассическим,  нестандартным  путем, отличается от классических научно-технических  дисциплин прежде всего тем, что  в последних теория строилась  под влиянием определенной базовой  естественнонаучной дисциплины и именно из нее  заимствовались первоначально  теоретические средства и образцы  научной деятельности. Для системотехники такой базовой дисциплины нет, так  как она обусловлена необходимостью решения комплексных инженерных  задач,  требующих участия представителей многих научных  дисциплин (математических,  технических,  естественных и  даже  общественных). Инженерная деятельность по самому своему смыслу должна опираться  на научные  разработки,  поэтому  в  системотехнике  и  возникает  задача  проведения  особого  комплексного теоретического исследования сложных  систем.

Использование и развитие системного подхода в системотехнике определяет ее специфику  как  комплексной  научно-технической  дисциплины. Как видно из данной работы, системные  представления  являются  конкретно-методологическим средством описания как сложного инженерного объекта, так и системотехнической деятельности.

Список  используемой литературы.

1. Горохов В.Г. Методологический анализ системотехники. Москва, 1982г.
2. Конторов Д.С., Голубев-Новожилов Ю.С. Введение в радиолокационную системотехнику. Москва,1971г.