Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) ( 104 ) (105) (106) (107) (108) (109) (110) (111) (112) (113) (114) (115) (116) (117) (118) (119) (120) (121) (122) (123) (124) (104)

Основные этапы синтеза ориентированы на формирование структуры системы с максимальным соответствием конструктивных элементов системы реализуемым функциям. Формируемая структура системы должна представлять собой рациональное сочетание многофункциональных в специализированных элементов, причем предпочтение отдается однотипным многофункциональным элементам при наиболее полном использовании их функциональных возможностей.

Предпочтительное использование многофункциональных элементов позволяет минимизировать структуру системы и обеспечить высокие показатели качества функционирования в процессе эксплуатации.

Учитывая необходимость сокращения сроков создания сложных систем и необходимость их совершенствования в процессе эксплуатации, при функционально-структурной организации системы следует предусматривать возможность реконфигурации системы и замены отдельных модулей.

Следует отметить, что вопросы структурного синтеза многоуровневых систем до настоящего времени решак)тся интуитивно и являются прерогативой мышления главного конструктора системы.

Этапы эволюционного синтеза систем. Методология эволюционного синтеза систем предусматривает следующие этапы формирования функционально-структурной организации систем:

1. Выделение основных и дополнительных функций системы.

2. Декомпозицию основных и дополнительных функций с целью формирования дерева функций системы.

3. Выделение набора вещественно-энергетических и информационных операторов, необходимых для формирования структуры системы.

4. Представление функций i-ro уровня декомпозиции набором функциональных операторов.

5. Анализ связей между операторами i-ro уровня.

6. Построение временных диаграмм активности операторов i-ro уровня.

7. Формирование функциональных модулей системы.

8. Эквивалентные преобразования операторных моделей с целью формирования структуры системы.

9. Выбор базовых функциональных структур.

10. Покрытие базовых функциональных структур конструктивными модулями.

11. Оценку технико-экономических показателей.

12. Рассмотрение возможных вариантов формирования .структуры системы на других уровнях декомпозиции.

13. Сравнительный анализ вариантов функционально-структурной организации системы.

14. Выбор рациональной структуры системы.

Выделение основных и дополнительных функций системы. Стратегия энолюционного синтеза систем базируется на анализе общих закономерностей развития систем и закономерностей развития систем определенного функционального назначения.

При создании принципиально нового класса систем необходим анализ развития систем родственных классов. На основе анализа перечисленных закономерностей выявляется ряд положений, присущих создаваемой системе. Одним нз основных результатов проводимого анализа является определение множества основных {BFi} и дополнительных {AFj} функций.

Множество основных функций определяет класс системы. Изменение множества {BFi} порождает систему нового класса. Множество дополнительных функций определяет сервис системы и такие показатели качества системы, как надежность, живучесть. Изменения множества



{AF\ порождают различные варианты систем данного класса, опредеч ляемого множеством {BFJ.

Декомпозиция основных и дополнительных функций - формирование дерева функций системы. На данном этапе осуществляется анализ наборов основных {BFi} и дополнительных {AFj} функций системы. На основе анализа множества осиопиых и дополнительных функций {RFn}, где {RFn}={BFp}U{AFi}, устанавливается их преемственность по отношению к функциям, характерным для систем рассматриваемого класса, сформировавшимся в процессе эволюции. Такое сопоставление позволяет уточнить состав множества {RFn}, учитывая различные особенно-ности условий эксплуатации системы и ее конкретного применения.

В результате анализа формируется древовидная модель системы- дерево функций системы. Каждый последующий уровень функций получается нз предыдущего в результате декомпозиции функций предыду. щего уровня. Функции предыдущего уровня декомпозиции могут рассматриваться как макрофункции MF по отношению к микрофункциям mF последующего уровня. На промежуточном i-м уровне декомпозиции j-я функция является макрофункцней MF по отношению к функциям (i+l)-ro уровня и одновременно может рассматриваться как микрофункция mFj по отношению к функциям (i-1)-го уровня. Каждый новый, более подробный уровень описания функций, воспроизводимых системой, отличается уменьшением уровня абстракции и повышением детализации. -. - г

Степень декомпозиции макрофункций и собственно число уровней древовидной Модели определяются функциональными возможностями элементов, используемых при создании системы. Обычно число уровней декомпозиции не превышает 5-7.

Выделение набора вещественно-энергетических и информационных операторов, необходимых для формировании структуры системы. Операторное представление функций и структуры системы целесообразно по следующим соображениям. Оператор представляет собой более общее понятие, чем функция, и позволяет отображать функцию одной переменной в функцию другой переменной.

Понятие оператора может покрывать как элементарные операции- микрофуикцнн (простой оператор), так и совокупность макрофункций (сложный оператор). Над операторами возможны различные преобразования: вложение, декомпозиция и т. д., причем сложный оператор может рассматриваться как множество простых. Таким образом, при синтезе систем оператор отождествляется с направленным воздействием, необходимым для реализации соответствующей макро- или микрофуик-ции.

Полное определение оператора включает в себя: вид выполняемого простого илн сложного преобразования; элементы (объекты), подлежащие преобразованию; условия выполнения преобразования.

Будем различать вещественные (V), энергетические (Е) и информационные (I) операторы:

V-операторы, описывающие процессы в технологических системах, назначением которых является переработка, преобразование и транспорт вещества;

Е -операторы, отражающие реальные процессы в энергетических Системах: получение, аккумулирование, обмен, передачу и преобразование энергии;

I -операторы, отражающие процессы получения, хранения, переработки и передачи информации абстрагироваиио от конкретных вещественных или энергетических носителей и преобразователей информации,



Вводится также совокупность комплексных информацнонно-энер» гетических, информационно-вещественных и вещественно-энергетических прямых и инверсных операторов. Очевидно, что в силу закономерности вещественно-энергетической и информационной целостности систем такое абстрактное, удобное для синтеза разделение операторов весьма условно. В реальных системах процессы преобразования вещества, энергии и информации взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Представление функций определенного уровня декомпозиции набором функциональных операторов. Для каждого класса антропогенных систем должны быть разработаны методы перехода от типовых функций, характерных для данного класса, к соответствующим функциональным операторам.

В соответствии с закономерностью функциональной полноты элементов системы может быть выделена базовая совокупность операторов для систем определенного класса - функционально полный набор операторов (ФПНО). ФПНО позволяет покрыть множество функций древовидной структуры системы на произвольном .уровне декомпозиции. Переход от дерева функций к операторным моделям осуществляется путем декомпозиции внешних и внутренних связей между функциями каждого уровня, выделенными при формировании дерева функций системы.

Анализ связи между операторами i-ro уровня декомпозиции. Одним из основных этапов структурного синтеза систем является формирование операторных моделей.

Для полноты анализа и последующего синтеза базовых структур систем определенного функционального назначения наряду с декомпозицией множества {RFn} основных и дополнительных функций необходимо произвести декомпозицию внешних и внутренних связей выделенных функций, образующих множества {BFi} и {AFj}.

Так как каждый уровень декомпозиции системы отражает функционально-структурную организацию системы в целом с различной степенью детализации, то декомпозиция системных связей соответствует выделению и анализу в системе следующих организационных уровней: исполнительного, подготовительного, вспомогательного, координационного. Таким образом, построение операторных моделей позволяет описать последовательность вещественно-энергетических и информационных процессов и определить их логическую взаимосвязь. Это позволяет формировать структуру системы на уровне функциональных модулей.

Построение временных диаграмм активности. При формировании структуры системы необходимо учитывать не только совокупность функций, подлежащих реализации, но и установить определенную последовательность активности выделенных функций и условия их выполнения. В системе должна быть предусмотрена реализация определенных функций при различных конкретных ситуациях.

Для реализации конкретных операторов иа входах определенных функциональных модулей в соответствующие моменты времени должно быть организовано требуемое вещественное, энергетическое и информационное обеспечение, а ресурсы соответствующего модуля должны быть освобождены к моменту воспроизведения следующего цикла операций.

Таким образом, в результате построения и анализа временных диаграмм активности операторов каждого i-ro уровня множества {RFn} реализуемых системой основных и дополнительных функций могут быть разделены иа подмножества активных и пассивных элементов для каждого интервала времени функционирования системы.

Временной анализ активности элементов осуществляется с целью определить избыточность древовидной структуры системы.



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) ( 104 ) (105) (106) (107) (108) (109) (110) (111) (112) (113) (114) (115) (116) (117) (118) (119) (120) (121) (122) (123) (124)