Функциональная модель систем

     Основные данные о работе

Версия  шаблона	1.1
Филиал	Железногорский
Вид работы	Творческая  работа
Название  дисциплины	Моделирование систем
Тема	Функциональная  модель систем
Фамилия студента	Вершинин
Имя студента	Владимир
Отчество  студента	Леонидович
№ контракта	08400080602006

     Содержание

     Функциональная  модель системы……..………..………………………………..3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Основная  часть

     Функциональная  модель систем

     Изучение  любой системы предполагает создание модели системы, позволяющей произвести анализ и предсказать ее поведение в определенно диапазоне условий, решать задачи анализа и синтеза реальной системы. В зависимости от целей и задач моделирования оно может проводиться на различных уровнях абстракции.

     Функциональная  модель предназначена для изучения особенностей работы (функционирования) системы и её назначения во взаимосвязи  с внутренними и внешними элементами.

     Модель – описание системы, отражающее определенную группу ее свойств.

     Описание  системы целесообразно начинать с нескольких точек зрения: функциональной, морфологической и информационной.

     Любой объект характеризуется результатами своего существования, местом, которое он занимает среди других объектов, ролью, которую он играет в среде. Функциональное описание необходимо, чтобы осознать важность системы, определить ее место, оценить отношения с другими системами.

     Функциональное  описание (функциональная модель) должно создать правильную ориентацию в  отношении внешних связей системы, ее контактов с окружающим миром, направлениях ее возможного изменения.

     Функциональное  описание исходит из того, что каждая система выполняет некоторые функции: служит областью обитания других систем, просто пассивно существует, обслуживает системы более высокого порядка, служит средством для создания более совершенных систем.

     Оценка функций системы (в абсолютном смысле) зависит от точки зрения того, кто ее оценивает (или системы, ее оценивающей).

     Функционирование  системы может описываться числовым функционалом, зависящем от функций, описывающих внутренние процессы системы, или качественным функционалом (упорядочение в терминах «лучше», «хуже», «больше», «меньше» и т.д.)

     Функционал  количественно или качественно  описывающий деятельность системы  называют функционалом эффективности.

     Функциональная  организация может быть описана следующим образом:

• алгоритмически,
• аналитически,
• графически,
• таблично,
• посредством временных диаграмм функционирования,
• вербально (словесно).

     Описание  должно соответствовать концепции  развития систем определенного класса и удовлетворять отдельным требованиям:

     – должно быть открытым и допускать возможность расширения или сужения спектра функций, реализуемых системой;

     – предусматривать возможность перехода от одного уровня рассмотрения к другому, (обеспечивать построение виртуальных моделей систем любого уровня).

     При описании системы будем рассматривать  ее как структуру, в которую в  определенные моменты времени вводится нечто (энергия, информация, вещество), и из которой в определенные моменты времени выводится.

       Один из недостатков данного описания – не конструктивность: трудность интерпретации и практического применения. Функциональное описание должно отражать такие характеристики сложных и слабо познанных систем как иерархию ,параметры, процессы.

     Общая эффективность системы есть вектор-функционал Э={Эs}. Результативность системы зависит от огромного количества внутренних и внешних факторов. Представить эту зависимость чрезвычайно сложно, а практическая ценность такого представления незначительна из-за многомерности и многосвязности. Наиболее рациональный путь формирования функционального описания состоит в применении такой многоуровневой иерархии описаний, при которой описание более высокого уровня будет зависеть от обобщенных и факторизованных переменных низшего уровня.

     Иерархия  создается по уровневой факторизацией процессов {Fi} при помощи обобщенных параметров {Qi}, являющихся функционалами {Fi}. Планируется, что число параметров значительно меньше числа переменных, от которых зависят процессы. Этот способ описания позволяет построить мост соединяющих свойства взаимодействующих со средой элементов (подсистемами низшего уровня) и эффективностью системы.

     Процессы {Fi(1)} можно найти на выходе системы. Это процессы взаимодействия со средой. Называем их процессами первого уровня и полагать, что они определяются:

     a) параметрами системы первого уровня - Q1(1), Q2(1),…, Qj(1),…, Qm(1);

     б) активными противодействующими  параметрами среды, непосредственно  направленными против системы для  снижения ее эффективности - b1, b2,…, bК;

     в) нейтральными (случайными параметрами  среды) c1, c2,…, cl,…, cL;

     г) благоприятными параметрами среды  d1, d2,…, dp,…, dP.

     Среда имеет непосредственный контакт  с подсистемами низших уровней, действуя через них на подсистемы более высокого уровня иерархии, так что Fi*= Fi*({bk},{cl}, {dp}). Построения иерархии (параметры b-го уровня - процессы (b-1)-го уровня - параметры (b-1)-го уровня) можно связать свойства среды с эффективностью системы.

     Параметры системы {Qj} могут изменяться при изменении среды, они зависят от процессов в системе и записываются в виде функционалов состояния Qj1(t).

     Собственным функциональным пространством системы является пространство, точками которого являются все возможные состояния системы, определяемое множеством параметров до уровня. Это состояние может сохраняться постоянным на некотором интервале времени Т.

     Процессы {Fi(2)}не могут быть обнаружены на выходе системы. Это процессы второго у0ровня, которые зависят от параметров Q(2) подсистем системы (параметров второго уровня). И так далее.

     Образуется  следующая иерархия описания: эффективность (конечное множество функционалов) – процессы первого уровня (функции) – параметры первого уровня (функционалы) - процессы второго уровня (функции) – параметры второго уровня (функционалы) и т.д. На каком-то уровне наши знания о функциональных свойствах системы иссякают, и иерархия обрывается. Обрыв может произойти на любом уровне для разных параметров (процессов), причем как на процессе, так и на параметре.

     Внешние характеристики системы определяются верхним уровнем иерархии, поэтому зачастую удается ограничиться описанием вида ({Эi},{yS}, {Fi(1)}, {Qj(1)}, {bk}, {cl}, {dp}). Количество уровней иерархии зависит от требуемой точности представления входных процессов.

     Выше  рассмотрен способ обобщенного аналитического функционального описания систем. Весьма часто при анализе и синтезе систем используется графическое описание, разновидностями которого являются:

• дерево функций системы;
• стандарт функционального моделирования IDEF0.

     Все функции, реализуемые сложной системой, могут разделены на три группы:

• целевая функция;
• базисные функции системы;
• дополнительные функции системы.

     Целевая функция системы соответствует ее основному функциональному направлению, т.е. целевая (главная) функция – отражает назначение, сущность и смысл существования системы.

     Основные  функции отражают ориентацию системы и представляют себя совокупностью макрофункций, реализуемых системой. Эти функции обусловливают существования систем определенного класса. Основные функции – обеспечивают условия выполнения целевой функции (передача ,приобретение, прием, хранение, выдача).

     Дополнительные (сервисные) функции расширяют функциональные возможности системы, сферу их применения и способствуют улучшению показателей качества системы. Дополнительные функции – обеспечивают условия выполнения основных функций (соединение (направление, разведение, гарантирование)).

     Формулировка  функции внутри вершин должна включать два слова: глагол и существительное “Делать что”.

     Дерево функций системы представляет декомпозицию функций системы и формируется с целью детального исследования функциональных возможностей системы, а также анализа базы функций, реализуемых на различных уровнях иерархии системы. На базе дерева функций системы осуществляется формирование структуры системы на основе функциональных модулей. А дальше структура на основе таких модулей покрывается конструктивными модулями (для технических систем) или организационными модулями (для организационно-технических систем). Этап формирования дерева функций является одним из наиболее ответственных не только при анализе, но и при синтезе структуры системы. Ошибки на этом этапе приводят к созданию “систем-инвалидов”, не способных к полной функциональной адаптации с другими системами. Исходными данными для формирования дерева функций возникают основные и дополнительные функции системы.

     Создание дерева функций представляет процесс декомпозиции целевой функции и множества основных и дополнительных функций на более элементарные функции, реализуемые на последующих уровнях декомпозиции.

     При этом каждая из функций конкретно  взятого i-ого уровня может рассматриваться  как макрофункция по отношению к  реализующим ее функциям на (i+1)-го уровня, и как элементарная функция по отношению к соответствующей функции верхнего (i-1)-го уровня.

     Описание  функций системы с использованием IDEF0-нотации основано на тех же принципах декомпозиции, но представляется не в виде дерева, а набора диаграмм(см.Приложение А).

     Очень часто при анализе и синтезе  систем используется графическое описание, разновидностями которого являются:

• дерево функций системы,
• стандарт функционального моделирования IDEF0.

     Все функции, реализуемые сложной системой, могут быть условно разделены  на три группы:

• целевая функция;
• базисные функции системы;
• дополнительные функции системы.

     Целевая функция системы соответствует  ее основному функциональному назначению, т.е. целевая (главная) функция —  отражает назначение, сущность и смысл  существования системы.

     Основные  функции отражают ориентацию системы и представляют собой совокупность макрофункций, реализуемых системой. Эти функции обусловливают существование системы определенного класса. Основные функции — обеспечивают условия выполнения целевой функции (прием, передача приобретение, хранение, выдача).

     Дополнительные (сервисные) функции расширяют функциональные возможности системы, сферу их применения и способствуют улучшению показателей  качества системы. Дополнительные функции  — обеспечивают условия выполнения основных функций (соединение (разведение, направление, гарантирование)).

     Описание  объекта на языке функций представляется в виде графа.

Рисунок 1 – Описание функций на языке  функций в виде графа 

     Формулировка  функции внутри вершин должна включать 2 слова: глагол и существительное  «Делать что».

     Дерево  функций системы представляет декомпозицию функций системы и формируется  с целью детального исследования функциональных возможностей системы  и анализа совокупности функций, реализуемых на различных уровнях  иерархии системы. На базе дерева функций системы осуществляется формирование структуры системы на основе функциональных модулей. В дальнейшем структура на основе таких модулей покрывается конструктивными модулями (для технических систем) или организационными модулями (для организационно-технических систем). Таким образом, этап формирования дерева функций является одним из наиболее ответственных не только при анализе, но и при синтезе структуры системы. Ошибки на этом этапе приводят к созданию «систем-инвалидов», не способных к полной функциональной адаптации с другими системами, пользователем и окружающей средой.