Системотехника

Здесь дан лишь краткий очерк методики, процедуры которой на практике могут быть чрезвычайно сложными и обширными. Однако в этом очерке продемонстрировано основное свойство системотехники, отличающее ее от других форм проектирования: анализ вход/выход. Указана также основная трудность: трудность членения системы на подфункции до того, как стало известно, можно ли к заданному сроку окончания проекта приобрести или изготовить технические средства для выполнения этих функций. Этой трудности можно Избежать, если все функции будут соответствовать элементам какого-либо из уже существующих наборов стандартных физических блоков, например логическим блокам на штепсельных разъемах, из которых можно собирать различные системы ЭВМ, или узлам системы центрального отопления. При этом предполагается, что главная задача проектирования — обеспечение правильного взаимодействия компонентов системы — уже заранее решена автором набора, что он уже предусмотрел все возможные виды функционального взаимодействия блоков, осуществляемого с помощью стандартных соединений и стыковочных устройств в соответствии со стандартными правилами сборки. Таким образом, системотехника по существу представляет собой метод решения сравнительно простой задачи проектирования изделий из нормализованных узлов. В той мере, в какой проектировщик не может воспользоваться нормализованными блоками, ему приходится отступать от описанного здесь процесса последовательного решения задачи. Соответствующий метод проектирования систем человек — машина рассматривается ниже.

В этом очерке ничего не говорится о сложной и важной задаче согласования интенсивности потоков и динамики поведения всех блоков системы. Методы решения проблем динамики систем читатель в большом числе встретит в пособиях, указанных в библиографии.

Как уже было сказано, описанная методика наиболее эффективна тогда, когда основная часть задачи состоит в отыскании способа соединения готовых нормализованных узлов в работоспособную систему. Она особенно удобна, когда выбор блоков или их детальная разработка передается субподрядчикам.

Теории этого метода легко обучить и обучиться. Если проектируемая система состоит из отдельных, но не стандартных или готовых узлов, то применять системотехнику хотя и трудно, но все же вполне возможно. Метод может завести в тупик, если пользоваться им при проектировании систем с большой степенью связности, когда основная цель состоит в том, чтобы обеспечить высокие технические характеристики при малых затратах или малом весе путем объединения деталей и отказа от выполнения некоторых функций, т.е. путем непрерывного изменения способа членения функций.

Пример входов и выходов системы управления автостоянкой приведен на рис. 7.7, где они показаны по разные стороны от прямоугольника, изображающего всю систему в целом. Чтобы однозначно определить границы системы и ее назначение, достаточно указать необходимые ей входы и выходы. Однако для этого требуется тщательно исследовать условия среды, в которой должна работать система, и запросы заказчика. Методы исследования проектных ситуаций описаны в данном разделе. Пока нужно только проследить, чтобы все существенные виды обмена материалами, энергией и информацией между системой и окружающей средой были обозначены на схеме. Не менее важно определить временные зависимости между входами и выходами, например интенсивность потока прибывающих и убывающих машин в разное время суток, в разные дни недели и в особые периоды (праздники и т.п.).

Необходимо выбрать систему функций для преобразования входов, показанных на рис. 7.7, в заданные выходы. Поскольку такие преобразования можно делать различными способами, выбор функций

произволен. В данном случае были выбраны следующие функции:

а) регистрация времени прибытия;

б) закрепление контрольного талона за прибывшим автомобилем:

в) снятие контрольного талона с убывающего автомобиля;

г) расчет суммы и сбор платы.

 

Эти функции можно самыми различными способами делить на более дробные или объединять в более крупные. Например, функции «а» и «б» можно заменить функцией «идентификация каждого прибывающего автомобиля и регистрация времени его прибытия». В этом случае на автомобиль не будет выдаваться контрольный талон, и придется надлежащим образом изменить остальные входы, выходы и функции. Точно так же функцию «г» можно разделить на две: «расчет суммы» и «сбор платы», что потребует соответствующих изменений на заключительных этапах этого процесса.

Затем каждую из выбранных функций изображают вместе с необходимыми для ее осуществления входами и образуемыми ею выходами (рис. 7.8).

Входы и выходы, находящиеся внутри системы, соединяют между собой и отлаживают систему до достижения полной согласованности между ними (рис. 7.9), т.е. выясняют, откуда исходит каждое входное и куда направлено каждое выходное воздействие.

Внутренняя согласованность обычно достигается путем длительного поиска методом проб и ошибок. При этом выявляются промахи, допущенные на предыдущих стадиях; например, проектировщик мог забыть о том, что для регистрации времени прибытия и расчета суммы сборов за стоянку необходимо иметь внешний источник сигналов времени. (Читателям, которым до этого не приходилось иметь дело с системотехникой, полезно на собственном опыте испытать этот метод проб и ошибок; для этого им предлагается попытаться самостоятельно разобрать систему управления автостоянкой на основе другой системы функций, указанной выше.)

Трудно найти необходимый уровень детализации функций и обеспечить сохранение всех функций и связей между ними на выбранном уровне, а не выше или ниже его. Функции могут считаться достаточно детализированными, если на следующем этапе проектирования можно подобрать физически независимое устройство для выполнения каждой функции. Ограниченное число случаев расщепления и слияния функции на этапе 3 допустимо, но если большинство функций оказываются слишком детализированными или слишком обобщенными, то функциональное описание как средство декомпозиции задачи проектирования теряет всякий смысл. В источниках, указанных в библиографии в конце этого раздела, приведены математические методы обеспечении совместимости подсистем.

Системотехника малоэффективна при проектировании объектов «плотносвязанной» конструкции, например двигателей, в которых некоторые элементы выполняют по несколько функций. Гораздо успешнее ее можно использовать для разработки поточных систем, в которых блоки физически разделены и выполняют каждый свою функцию.

Разбирать этот этап здесь нецелесообразно, так как его осуществление не связано с использованием методов системотехники. Если какая-то функция сама представляет собой поточную систему, можно повторить этапы 1 и 2. В противном случае проектировщик пользуется другими методами, более подходящими для разработки плотносвязанных объектов, — такими как синектика, стоимостный анализ, фундаментальный метод проектирования Мэтчетта или обычное выполнение чертежей в масштабе.

Именно на этом этапе выявляется крупнейшее достоинство системотехники: уверенность, с которой можно предоставлять субподряды на разработку или поставку физических блоков системы. Эта уверенность основана на том, что входы и выходы каждого блока точно определены. Жесткий контроль за формулировкой требований к входным н выходным характеристикам позволяет заранее выявить и устранить целый ряд неувязок и задержек, с которыми обычно приходится сталкиваться при координации конструкторских работ по субподрядам.

В источниках, приведенных в библиографии, описан целый ряд методов моделирования и испытания физических систем. Если на ранней стадии проектирования возникает необходимость провести сравнение нескольких вариантов решения, то проводится математическое или экономическое исследования методами теории сетей и теории полезности. На последующих этапах с помощью аналоговых вычислительных машин или физических моделей можно провести испытания основных подсистем или всей системы на пропускную способность, устойчивость, чувствительность, себестоимость, надежность и т.д.

Для проекта системы управления автостоянкой целесообразно рассчитать или проверить на физической модели время обработки одного автомобиля, предполагаемое время ожидания в очереди, вероятность аварий и задержек, пригодность системы для предполагаемых типов автомашин, размеры первоначальных капиталовложений и расходов на эксплуатацию стоянки, суммы сборов, вероятность создания помех другим объектам окружающей среды или возникновения помех с их стороны, влияние темноты, дождя, снега, яркого солнца и т.д.