Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

СИСТЕМА: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, МОДИФИКАЦИИ, КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

Гарькина И.А. 1 Данилов А.М. 1 Сухов Я.И. 1
1 ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»
Предлагается методика системного проектирования сложных систем. Система рассматривается как совокупность взаимосвязанных, управляемых подсистем, объединенных общей целью функционирования. Выбор рационального варианта и оптимизация его параметров производится на основе показателя, отражающего эффективность решения поставленной задачи при минимальных суммарных затратах (за исключением некоторых особых случаев). Проектирование системы сводится к построению ее сложной модели. Для систем с длительным периодом эксплуатации используется прогноз ее изменения. В проекте учитывается ряд зависимостей между целями проектирования, возможными целями их достижения, окружающей средой и ресурсами. Рассматриваются способы преодоления неопределенностей при многокритериальной оптимизации. Приводится общая структурная схема системного проектирования сложных систем. Дается приложение методологии к проектированию композиционных материалов как сложных систем.
структурная схема синтеза.
Многокритериальная оптимизация
критерии оценки
системное проектирование
система
1. Баженов Ю.М., Гарькина И.А., Данилов А.М., Королев Е.В. Системный анализ в строительном материаловедении: монография. – М.: МГСУ: Библиотека научных разработок и проектов, 2012. – 432 с.
2. Гарькина И.А., Данилов А.М., Петренко В.О. Из опыта разработки материалов специального назначения // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5. – С. 235.
3. Данилов А.М., Гарькина И.А. Сложные системы: идентификация, синтез, управление: монография. – Пенза: ПГУАС, 2011. – 308 с.
4. Данилов А.М., Гарькина И.А., Сорокин Д.С. Гомеостатическая концепция моделирования систем в строительном материаловедении // Региональная архитектура и строительство. – 2014. – № 4. – С. 24-30.
5. E. Budylina, A. Danilov, I. Garkina. Control of multiobjective complex systems / Contemporary Engineering Sciences, vol. 8, 2015, no. 10, 441-445. http://dx.doi.org/10.12988/ces.2015.5276.
6. Danilov A., Garkina I. Systems approach to the modeling and synthesis of building materials // Contemporary Engineering Sciences. – Vol. 8. – 2015, no. 5. – P.219-225. http:// dx.doi.org/10.12988/ces.2015.517.
Выбор проектного решения из числа возможных альтернативных вариантов (средство достижения целей проектирования) обычно осуществляется на основе показателей (критериев выбора), обобщенно характеризующих степень достижения поставленной цели в том или ином варианте проекта.  На этой стадии проектирования система рассматривается как совокупность взаимосвязанных, управляемых подсистем, объединенных общей целью функционирования для решения заданной проблемы в некотором диапазоне условий. При выборе рационального варианта и оптимизации его параметров, как правило, используется и показатель  «эффективность – стоимость», отражающий соотношение между эффективностью решения поставленной задачи и суммарными затратами на решение. Этим обеспечивается максимальная эффективность при заданных затратах (или минимальная стоимость при заданном уровне эффективности). При решении отдельных задач, в том числе обороны страны, этот показатель может и не учитываться.

Обычно любые изменения внешней среды влияют на систему; верно и обратное: свойства внешней среды (динамическая система) изменяются при работе системы. Поэтому при проектировании системы с длительным периодом эксплуатации учитывается не только сегодняшнее состояние среды, но и прогнозируются ее изменения.

Система состоит из взаимосвязанных компонентов и представляет собой определенную целостность; изменение параметров любого из компонентов вызывает изменение работы системы и ее выходных параметров. Это приводит к необходимости предусматривать при проектировании возможные отказы  (нарушение работоспособности) подсистем и передачу функций одних подсистем другим. В определенных случаях может использоваться резервирование подсистем (простейший случай – дублирование: наряду с основной подсистемой имеется и резервная подсистема).

При проектировании должны предусматриваться различные модификации системы, так как  возможные прогнозы не являются абсолютно точными. С системных позиций следует исходить из подчинения целей подсистем целям системы в целом (организмический принцип). Основная системная проблема определяется в виде: «целое – больше суммы его частей» (свойства предметов и способы действия на высших уровнях не могут быть  представлены в виде суммы свойств и действий изолированных компонентов). Однако, если известны компоненты и существующие между ними отношения, то высшие уровни могут быть выведены, исходя из компонентов. Для того чтобы понять организованную целостность, нужно знать не только компоненты, но и отношения между ними. Методологическая неприспособленность традиционной науки для анализа отношений в системах  и недостаточность имеющихся математических методов является причиной того, что системные проблемы во многом до сих пор остаются философскими и до конца не сформировались как наука.  Пока многочисленные успехи классической науки не привели к пересмотру ее фундаментальной парадигмы – однолинейной причинности и расчленении предмета исследования на элементарные составляющие.

Формулировка общих принципов исследования систем в общей теории систем (логико-математическая область исследований) до сих пор не произведена. Хотя и предполагается, что осуществляемые в рамках этой теории точные формулировки таких понятий, как целостность и сумма, дифференциация, прогрессивная механизация, централизация, иерархическое строение и т.п., должны позволить применять эти понятия во всех дисциплинах, имеющих дело c системами. Только тогда системные законы будут представляться в виде аналогий (законов, представляющихся идентичными формально, но относящихся к описанию различных явлений  в рамках разных дисциплин).

Несмотря на внешнюю простоту, очевидны затруднения  в тривиальных ответах по реализации понятия «система» на различных уровнях наблюдаемого мира.  Первым шагом может быть выделение реальных систем (воспринимаемых или выводимых из наблюдения и существующих независимо от наблюдателя). Однако символические конструкции (логика, математика и др.) также можно рассматривать как системы – концептуальные системы (имеющие эквиваленты в реальности). В этом смысле  их разграничение  не всегда является простым. Система может быть охарактеризована только через взаимодействие составляющих элементов. Различие между реальными  и концептуальными системами на уровне простого здравого смысла практически невозможно установить. Различные аспекты функционирования системы всегда будут изучаться на основе разных моделей и соответствующих теорий, что в конечном итоге может привести к их унификации.

Таким образом, общая теория систем, являясь моделью определенных общих аспектов реальности, позволяет увидеть  многое из того,  что раньше не замечалось или эти вопросы обходились.  В этом и заключается основное методологическое значение теории систем. Как любая научная теория с широким диапазоном изучаемых вопросов, она связана с решением вечных философских проблем  и попыткой найти на них ответы.

Системный объект в наиболее общем виде, таким образом, обладает свойствами:

- создается ради определенной цели и в процессе достижения этой цели  функционирует и развивается (изменяется);

- управление системой осуществляется  с использованием информации о состоянии системы, а также состоянии внешней среды по результатам моделирования поведения объекта;

- состоит из взаимосвязанных компонентов, выполняющих определенные функции в его составе;

- свойства системного объекта не исчерпываются суммой свойств его компонентов; все компоненты при их совместном функционировании обеспечивают новое свойство, которым не обладает в отдельности каждый из компонентов (возможность управления свойствами целостной системы).

Фактически проектирование системы сводится к построению ее сложной модели. Предполагается, что компоненты системы в свою очередь могут рассматриваться как системы. Проектируемая система является компонентом системы более высокого порядка (надсистемы). Определяется иерархия систем – расположение частей или элементов целого в порядке от высшего уровня к низшему. Проект системы объединяет частные, взаимосвязанные, взаимообусловленные модели; отражает значительное число параметров и связей между ними, не всегда простых для формализованного описания. В этом смысле о  проекте системы можно говорить, как о большой сложной модели, отражающей все свойства будущей реальной системы. Проект представляет собой ряд зависимостей между целями проектирования, возможными целями их достижения, окружающей средой и ресурсами.

Таким образом, из предыдущего непосредственно вытекает следующая методология проектирования систем. В ее основе лежит  общая формулировка технического задания на проектирование.  В частности,  при разработке композиционных материалов нового поколения должны учитываться  уже известные, традиционные: современные композиты существенно отличаются не только друг от друга, но и от их предшественников десяти-, двадцатилетней давности.  Как правило, происходит лишь усложнение решаемых задач и, как следствие, увеличение сложности и стоимости проектирования, возрастают трудоемкость изготовления и время полного цикла создания. Цель проектирования остается прежней, но меняется подход к проектированию, его методология: разработка (синтез) проекта осуществляется методом моделирования. А именно, разрабатывается ряд частных моделей, описывающих отдельные свойства систем. Предполагается, что множество этих взаимосвязанных и взаимозависимых моделей будет описывать систему с необходимой  точностью, отражая всю совокупность ее свойств. Объект рассматривается как система (системный объект) с возможностью изучения свойств на основе системного подхода; обладает определенной завершенностью, целостностью, состоит из взаимосвязанных элементов, отличается от окружающей его внешней среды и взаимодействует с ней.

Добиться оптимизации всех критериев одновременно невозможно в принципе. Реально возмож­но достичь только некоторого компромисса (сочетания требуемых ка­честв). В этом и заключается основная проблема многокритериальности (неопределённости целей): как сформулировать единую цель при

Здесь математика хоть и не может дать однозначного ответа на вопрос, но может помочь принять правильное решение. Естественно, с ростом уровня качественного описания возрастает сложность модели.

Количественные показатели критериев качества в рамках выбран­ного класса модели (параметры ) определяются на основе экспери­мен­таль­ных данных и всегда лишь приближенно. При формализации оптимизационной задачи предполагается, что известны точные виды функций . Естественен вопрос: как будут отличаться решения опти­ми­зационных задач при точном и неточном задании ? Если некото­рый критерий качества  носит ярко выраженный экстремальный характер, то даже при незначительных изменениях факторов  проис­ходит значительное изменение ; ошибка в формализации  может привести к получению значительной ошибки при определе­нии оптимального решения. Так как при проектировании с системных позиций производится проектирование части целого как элемента целого, то критериями оценки системы являются ее показатели, обеспечивающие оптимальность системы в целом и подсистем на соответствующих уровнях [1,3,4]. Таким образом, системное проектирование предлагается осуществлять в соответствии со структурной схемой синтеза, приводимой на рис.1.

Рис.1. Структурная схема системного проектирования

 

Такая схема эффективно использовалась при разработке ряда композиционных материалов на основе их представления в виде сложных систем [2,5,6].

Рецензенты:

Родионов Ю.В., д.т.н., декан автомобильно-дорожного института ПГУАС, профессор, заведующий кафедрой «Эксплуатация автомобильного транспорта», г. Пенза;

Логанина В.И., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Управление качеством и технологии строительного производства» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, г. Пенза.                   

 


Библиографическая ссылка

Гарькина И.А., Данилов А.М., Сухов Я.И. СИСТЕМА: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, МОДИФИКАЦИИ, КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19206 (дата обращения: 25.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074