Методологические основы системотехнической деятельности

Введение

В развитии теории и практики создания автоматизированных систем можно выделить две взаимосвязанных тенденции:

• усложнение объектов проектирования;

• переход от автоматизации отдельных процедур или этапов проектирования к созданию интегрированных систем, охватывающих всю деятельность организации.

В связи с этим предлагается рассматривать данные системы как сложные технические системы, состоящие из разнородных, но взаимосвязанных компонентов. А, следовательно, и проектировать их, используя методологию решения системотехнических задач.

В настоящее время ведутся работы по трем взаимосвязанным направлениям системотехники:

• развитие системного подхода – целостное рассмотрение сложной технической системы и процессов ее создания и функционирования;

• разработка комплексной научно-технической дисциплины, объединяющей принципы, методы, средства анализа и организации процедур исследования и проектирования сложной технической системы;

• системотехнической деятельности, направленной на организацию создания, использования и развития конкретной сложной технической системы.

В частности, в процессе создания САПР различаются следующие виды системотехнической деятельности:

• разработка методологии и организация процесса создания САПР;

• осуществление проектирования САПР как сложного технического изделия;

• получение оптимальных решений в рамках отдельной подсистемы, компонента САПР;

• обеспечение создания САПР с требуемым уровнем эффективности и качества.

Сложные технические системы

Под сложной технической системой (СТС) будем понимать технический объект, характеризующийся следующими свойствами:

• целенаправленность;

• целостность и членимость;

• иерархичность;

• многоаспектность;

• развитие.

Целенаправленность

СТС создается для достижения некоторой цели. Целью является устранение противоречий между желанием и возможностью его удовлетворения.

Целостность и членимость

СТС представляет собой целостное образование, состоящее из связанных между собой элементов. Совокупность устойчивых связей между элементами системы называется ее структурой. Обычно структуру описывают в виде графа: вершинами графа являются элементы, ребрам соответствуют связи между ними.

Иерархичность

СТС рассматривается, с одной стороны как некоторый элемент более общей системы, с другой стороны, как совокупность элементов, являющихся подсистемами. Данный подход дает возможность использовать метод декомпозиции для изучения СТС. Под декомпозицией понимаем разделение описания системы на части и последующее исследование полученных частей.

Многоаспектность

СТС характеризуется различными группами свойств (аспектами), которые необходимо учитывать при ее описании и проектировании. Описание, выполненное в каком-либо аспекте, называется ее представлением. Основными представлениями системы являются: функциональное, морфологическое и процессное. Каждое из представлений описывается с использованием своего метода.

Развитие

СТС изменяет свои функции, структуру, внутренние процессы на протяжении всего жизненного цикла: проектирования, изготовления, эксплуатации, ликвидации.

Проектирование СТС

Под проектированием будем понимать целенаправленную последовательность действий по принятию и реализации проектных решений, приводящую к созданию описания объекта проектирования, достаточного для его изготовления и эксплуатации в заданных условиях.

Целью проектирования является разрешение основного противоречия между потребностями, ради удовлетворения которых создается объект проектирования, и возможностями их удовлетворения. Потребность в объекте проектирования заключается либо непосредственно в устранении противоречия, возникшего в конкретной системе, в которую он будет включен, либо в его использовании в качестве типового компонента для определенного класса СТС. Возможности удовлетворения потребностей определяются выделяемыми финансовыми, трудовыми, временными, материальными и другими ресурсами.

В результате проектирования должен быть создан единый согласованный проект СТС, обеспечивающий ее работоспособность и требуемый уровень качества функционирования и эффективности.

Работоспособность СТС заключается в совместимости подсистем СТС между собой и с системой, в которую она включена, а также в функциональности СТС, т.е. в способности выполнять все возложенные на нее функции, перечень которых формируется во время предпроектных исследований и фиксируется в техническом задании.

Качество функционирования СТС — совокупность свойств, обуславливающих достижение требуемого результата в конкретных условиях функционирования.

Эффективность СТС определяют сопоставлением результатов от ее функционирования и затрат всех видов ресурсов на ее создание и эксплуатацию. Обобщенный критерий эффективности СТС находят на множестве частных критериев эффективности, каждый из которых описывает одну из сторон системы и может быть оценен. По обобщенному критерию эффективности оценивается, насколько удачно разрешено основное противоречие.

Обобщая выше сказанное, следует подчеркнуть, что для разрешения основного противоречия проводятся:

1. анализ необходимости и принципиальной возможности создания СТС;

2. поиск компромисса между потребностями и затратами на их удовлетворение;

3. проведение анализа всех альтернативных вариантов построения СТС;

4. выработки требований к проектируемым компонентам.

Содержание системотехнической деятельности

Процесс проектирования СТС имеет структуру, обусловленную структурой объекта проектирования. Для его реализации необходима проектная организация, 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 изготовление, настройку, эксплуатацию, модернизацию.

Систему, в которую СТС входит в качестве подсистемы либо элемента, будем называть надсистемой.

Элементы структуры метасистемы

Для обеспечения эффективности создаваемой СТС, системотехническая деятельность охватывает не только вопросы оптимальной интеграции ее частей, но и вопросы, связанные с введением в процесс проектирования единого организационного начала. Единое организационное начало необходимо для разрешения противоречия между необходимостью создания единого согласованного проекта СТС и участием в проектировании большого числа специалистов, объединенных в различные коллективы проектировщиков.

Для обеспечения целенаправленности метасистемы решаются две комплексные задачи:

• представление результатов предшествующих этапов процессов проектирования, полученных другими проектировщиками, в виде достаточном для продолжения проектирования;

• обеспечение взаимодействия коллективов проектировщиков в интересах создания единого согласованного проекта.

Процесс проектирования СТС имеет иерархическую структуру, отражающую иерархическую структуру проектируемой СТС. Каждый фрагмент процесса проектирования, соответствующий вершине любого уровня, кроме нижнего, можно представить в виде общей задачи проектирования, которую можно разбить на частные задачи. Эти частные задачи соответствуют вершинам дерева процесса проектирования, находящимся на нижнем уровне и смежным с вершиной, соответствующей общей задачи проектирования. Взаимодействие коллективов проектировщиков, решающих частные задачи проектирования, обеспечивается системотехником путем координации частных задач проектирования между собой и с общей задачи проектирования. Координация заключается в согласованной декомпозиции общей задачи проектирования на частные задачи и последующем согласовании результатов их решения с позиций эффективного решения общей задачи проектирования.

Основные задачи метосистемы

Сложность разрабатываемой технической системы определяет значительные сроки ее создания (не менее 3—5 лет). Эти сроки соизмеримы с динамикой развития надсистемы, метасистемы и темпом морального старения элементной базы, используемой в СТС. В результате, закладывая в проект СТС выполнение функций по устранению противоречий, имеющихся в надсистеме к началу проектирования, и ориентируясь на использование существующей элементной базы, можно получить морально устаревшую систему, которая решает практически не нужные задачи. Поэтому актуальными задачами при проектировании СТС являются сокращение сроков проектирования и обеспечение гибкости СТС.

Сокращение сроков проектирования осуществляется путем:

• предварительного анализа реализуемости технического задания;

• унификации (типизации) процесса проектирования, проектных процедур, проектных решений;

• распараллеливания процессов проектирования;

• поочередного ввода СТС в эксплуатацию.

Предварительный анализ реализуемости технического задания

Оценка реализуемости технического задания снижает время проектирования за счет исключения поиска проектных решений, которые бы удовлетворяли нереализуемым техническим требованиям. При анализе используются упрощенные модели, позволяющие перейти от технических требований к параметрам СТС и техническим требованиям, предъявляемым к параметрам ее подсистем. Реализуемость последних оценивается экспертным путем.