Математические модели СТС

По характеру отображаемых свойств объекта математические модели делят на структурные, параметрические и функциональные. Структурные математические модели предназначены для отображения представлений системы как совокупности взаимодействующих элементов, т.е. структуры представлений. Структурная модель представляет собой граф.

Структура внешнего Ф-представления обычно является иерархической и отображается в виде графа, называемого деревом функций (деревом целей). В этом графе каждая вершина связана только с вершинами соседних уровней, причем вершины нижнего уровня соответствуют функциям, обеспечивающим выполнение функций верхнего уровня.

Структуру внутреннего Ф-представления можно рассматривать как присоединенную к нижнему уровню структуру внешнего Ф-представления. Внутренние функции СТС более подробно с учетом информации о строении СТС раскрывают содержание внешних функций. Однако общая структура всего Ф-представления обычно не является иерархической, так как функции нижнего уровня выполняются в интересах нескольких внешних функций.

Структура М-представления СТС может строиться по-разному, хотя принцип иерархичности построения СТС справедлив и для М-представления. Иерархическое строение СТС может совпадать с деревом функций. Это объясняется тем, что некоторые подсистемы могут выполнять несколько функций, а некоторые функции – выполняться несколькими подсистемами

Структура П-представлений – с помощью ориентированных графов отображается двумя способами. При первом способе каждой вершине графа соответствует некоторое состояние СТС, а дуге – некоторая единица процесса, в течение которой СТС переходит из одного состояния в другое. Выделяются вершины, соответствующие начальным и конечным состояниям. При втором способе единице процесса соответствует вершина графика, а дуги графа указывают на порядок выполнения действия. Начальная и конечная вершины графа соответствуют фиктивным действиям начала и конца процесса. Этот способ более удобен для изображения параллельных и альтернативных процессов, протекающих в системе.

Параметрические математические модели системы предназначены для описания (определения, оптимизации) характеристик (количественных параметров) трех видов: 1) параметров компонент структуры; 2) характеристик структуры, инвариантных к параметрам компонент; 3) характеристик структуры, функционально зависящих от параметров компонент.

Параметры компонент структуры – параметры вершин и дуг графа (например, длина дуги, вес вершины). Характеристики структуры, инвариантные к параметрам компонент, – число вершин, число дуг, уровень иерархии дерева. Характеристики структуры, функционально зависящие от параметров компонент, – длина пути от одной вершины до другой, складывающаяся из длин дуг, по которым проходит путь.

Параметры компонент структуры Ф-представления – это показатели эффекта, каждый из которых описывает полезный результат реализации функции, соответствующей одной из вершин графа рассматриваемой структуры. Критерий эффекта всей системы в этом случае будет соответствовать параметру корневой вершины. Проблема состоит в том, что не каждой вершине можно сопоставить поддающийся количественной оценке показатель качества.

Параметры компонент структуры М-представления можно разделить на три вида: 1) показатели затрат на реализацию этих компонентов; 2) показатели качества выполнения функций, которые реализуют эти компоненты; 3) показатели, описывающие конкретный вариант технической реализации компоненты.

Параметры компонент структуры П-представления – это величины, характеризующие длительность, трудоемкость, стоимость выполнения единицы процесса. С помощью П-представления определяются характеристики производимой СТС продукции, а также такие важные показатели качества СТС как показатели производительности и своевременности, надежности.

Функциональные модели делятся на аналитические, представляющие собой аналитические зависимости между параметрами, и имитационные, отражающие процессное представление системы.

Содержание процесса проектирования СТС

Процесс проектирования СТС имеет структуру, обусловленную структурой объекта проектирования. Для его реализации необходима проектная организация (одна или несколько), обладающая чертами сложной системы, которую по отношению к проектируемой СТС будем называть метасистемой. В общем случае метасистема обеспечивает осуществление всего жизненного цикла СТС, включая не только ее проектирование, но и создание, ввод в эксплуатацию, модернизацию.

В процессе проектирования СТС как единого целого необходимо разрешать противоречия между необходимостью создания единого согласованного проекта СТС и участием в проектировании большого числа специалистов, объединенных в различные коллективы проектировщиков. Разрешение этого противоречия осуществляется в рамках системотехнической деятельности, которая обеспечивает функционирование метасистемы как единого целого в интересах создания и эксплуатации эффективной СТС.

Для обеспечения целенаправленности метасистемы необходимо решать две комплексные задачи:

1. Представление результатов предшествующих этапов процесса проектирования, полученных другими проектировщиками в виде, достаточном для продолжения проектирования. В общем случае эта задача справедлива не только для проектирования, но и для всего жизненного цикла СТС. С этой точки зрения структурные единицы процесса проектирования должны выделяться по виду получаемых на них представлений СТС и ее подсистем или по виду операций, выполняемых на этих представлениях.

2. Обеспечение взаимодействия коллективов проектировщиков в интересах единого согласованного проекта. Пусть процесс проектирования СТС имеет иерархическую структуру, отражающую иерархическую структуру проектируемой СТС. Тогда каждый фрагмент процесса проектирования, соответствующий вершине любого уровня, кроме нижнего, можно представить в виде общей задачи проектирования (ОЗП), которую можно разбить на частные задачи проектирования (ЧЗП). Взаимодействие коллективов проектировщиков, решающих ЧЗП, обеспечивается системотехником путем координации ЧЗП между собой и с ОПЗ. Координация заключается в согласованной декомпозиции ОЗП на частные задачи проектирования и последующем согласовании результатов и решения с позиций эффективного решения ОПЗ.

Сложность разрабатываемой технической системы определяет значительные сроки ее создания. Эти сроки соизмеримы с динамикой развития надсистемы, метасистемы и темпом морального старения технических решений, используемых при создании СТС, а, в конечном счете, с длительностью жизненного цикла системы. В результате можно получить морально устаревшую систему. Поэтому актуальными задачами при проектировании СТС являются сокращение сроков проектирования и обеспечение гибкости СТС. Сокращение сроков проектирования осуществляется путем: 1) представительного анализа реализуемости ТЗ; 2) унификации (типизации) процесса проектирования, проектных процедур, проектных решений, организации проектирования СТС; 3) распараллеливания процесса проектирования; 4) поочередного ввода СТС в эксплуатацию.

Предварительный анализ реализуемости ТЗ производится на основе упрощенных моделей или экспертным путем, время проектирования снижается за счет исключения проектных решений, которые не отвечают заданным техническим требованиям.

Унификация процесса проектирования, проектных процедур, проектных решений, организации проектирования СТС заключается в следующем. Для разработки указанных типовых средств существует ведущая организация отрасли, которая осуществляет единую техническую политику по созданию СТС в данной отрасли. В составе ведущей организации выделяется подразделение, выполняющее функции гиперсистемотехника, т. е. занимающееся системотехнической деятельностью в приложении не к конкретной СТС, а к некоторому характерному для отрасли классу СТС. Результатом деятельности ведущей организации является: 1) типовой технологический процесс проектирования СТС, который определяет порядок и содержание работ по созданию определенного вида СТС и учитывает организационные особенности разработки; 2) применяемые методы и инструментальные средства; 3) типовые проектные процедуры и решения.

Распараллеливание процесса проектирования осуществляется путем одновременного решения ряда частных задач проектировании. Возможности распараллеливании определяются иерархической структурой СТС. Недостатком распараллеливания процесса проектирования является то, что увеличение числа параллельно решаемых частных задач проектирования усложняет их координацию, что существенно увеличивает время проектирования.

Поочередный ввод СТС в эксплуатацию позволяет: 1) ускорить получения хотя бы части результатов, ожидаемых от введения СТС в эксплуатацию; 2) проверить правильность принципов и решений, положенных в основу проекта; 3) скорректировать систему, приведя ее в соответствие с развитием надсистемы.