ЧАСТЬ 1
(ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ)
Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлениям 240100, 241000, 250400, 190700, 151000, 190600, 250100, 230400
Отпечатано в авторской редакции с готового оригинал-макета –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Подписано в печать с оригинал-макета __.__.14. Формат 60´ 84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. __. Печ. л. __. Тираж ___ экз. Заказ № __. С ___. –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ " СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЧЕЛОВЕК-МАШИНА" (наименование дисциплины (модуля) ЧАСТЬ 1
Направление подготовки (специальность) _ 220100.62 " Системный анализ и управление"
Профиль подготовки (для бакалавров)_ ___" Эргономика и информационно-измерительные системы" __
Квалификация (степень) выпускника_________ бакалавр ___________________________ (бакалавр, магистр, специалист)
Составитель: доц., к.т.н. Трофимов Е.А.
г. Москва 2014 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Тема 1.Системный анализ как метод научного познания………..…………..3
Тема 2. Моделирование - инструмент системного ………..………….. …….8
Тема 3. Многообразие моделей систем ………..………….. ……………….20
Тема 4 Общие положения теории управления………………………………..27
Тема 5 Управление технологическими процессами………………………….36
Тема 6 Системы реального времени…………………………………………...40
Тема 7 Адаптивная модель операторской деятельности…………………..…43
Тема 8 Моделирование САУ …………………………….……………………..49
Литература…………………………………………………………………….....96
ТЕМА 1 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ КАК МЕТОД НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ 1.1. Методология системного анализа Системный анализ является методом (или методологией) познания окружающей нас действительности. Человек в своей деятельности постоянно сталкивается с необходимостью изучения или исследования различных объектов. Предметом (или объектом) исследования может быть все что угодно. Это может быть какой-то процесс (например, процесс производства продукции – его исследуют для последующей оптимизации), явление природы (явления изучают), физический объект или социальная структура и т.п. Мы собираем информацию об интересующем нас объекте и производим анализ известных фактов. И на основании такого анализа – синтезируем новые знания о предмете исследования. Системный анализ и дает нам методологию такого исследования. В основе его лежит представление объекта исследования в виде системы. Система - множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, представляющих собой целостное образование, обладающее свойствами, которыми не обладают отдельные элементы системы. Например, промышленное предприятие или организация может рассматриваться как система. Это целостное образование. Элементами системы являются подразделения предприятия. Все подразделения взаимосвязаны, каждое подразделение выполняет свои профильные функции, но в целом предприятие обладает отличительным свойством – выпускать готовую продукцию, либо оказывать какие-то услуги.
Системный анализ - метод, представляющий собой последовательность действий по установлению отношений и связей между элементами исследуемой системы. Метод опирается на комплекс общенаучных, экспериментальных, естественнонаучных, статистических, математических методов. Вообще любое научное исследование состоит из двух этапов: анализ и синтез. Анализ по определению — мысленное или фактическое расчленение целого на составные части. Синтез – установление новых элементов, отношений и связей между элементами, их свойств и параметров, что приводит к новым знаниям о предмете исследования. Системный анализдает нам методологию научного исследования. При анализе систему разбивают на составляющие элементы, выясняя те их свойства, параметры и связи, которые определяют работу системы. Системный анализ (синоним - системный подход), опирается на ряд математических дисциплин - «Исследование операций», «Теория вероятностей и математическая статистика», «Теория массового обслуживания», «Теория принятия решений» и др.
Основной механизм системного анализа (инструмент, процедура) – это построение модели, отображающей взаимодействие элементов и взаимосвязи реальной системы. Обычно человек строит модели для того, чтобы изучить и установить связь между сущностью реальной действительности и явлениями. Модели могут иметь различный вид, но все они предназначены для того, чтобы лучше понять сложные явления окружающего нас мира. 1.2. Организация систем Для того, что бы описать систему необходимо определить ее структурную и функциональную организацию. Структурная организация дает представление КАК УСТРОЕНА система, а функциональная – КАК ФУНКЦИОНИРУЕТ система. Система – это не сумма каких либо объектов. Система как целостное образование и отличается от простой суммы ее элементов своей структурой. Под структурой системы понимают совокупность упорядоченных отношений и связей между ее элементами, обеспечивающих ее целостность, то есть сохранение свойств системы при различных внешних и внутренних изменениях. Понятие структуры связано с упорядоченностью связей и отношений, которые связывают элементы системы. “Чтобы получить часы, недостаточно получить “коробку” со всеми его деталями. Необходимо еще правильно соединить детали между собой”. Для этого необходимо знать какое отношение имеют детали к часам (какую выполняют там функцию – для чего они нужны) и как они связаны между собой. Структура системы задается перечнем элементов, входящих в ее состав и конфигурацией связей между ними. Элемент системы - представляет собой минимально неделимый объект, который рассматривается как единое целое. Степень дробления системы на составляющие ее элементы определяется целесообразностью и целями исследования системы. Например, все материальное состоит из элементарных частиц либо квантов, но такое разбиение не всегда уместно. Если мы исследуем работу какого либо механизма, то целесообразно рассматривать его как систему, состоящую из отдельных деталей и не производить дальнейшую детализацию до элементарных частиц. Элемент, система, сложная система — понятия относительные, т.к. любой элемент, если его расчленить, если его не рассматривать как неделимый объект, то он становится системой, и наоборот любая сложная система становится просто системой, если входящие в его состав подсистемы системы рассматривать как элементы. Элементы системы находятся в отношении между собой. Эти отношения реализуются в виде некоторых связей. Есть понятие - " задать отношение " между элементами системы. Это значит - указать, между какими элементами установлено отношение. Например, рассмотрим некоторый социум людей в качестве системы. Отношение " быть братом" полностью определено, если мы составим список всех пар людей, таких, что один из них - брат другого. Отношение может быть симметричным, если элементы можно поменять местами: " Михаил - брат Николая" или " Николай - брат Михаила ". В суждениях типа " Михаил - брат Светланы" объекты нельзя поменять местами. Это говорит о том, что отношение " быть братом" не симметрично. Отношение может быть установлено как на парах объектов (бинарные отношения), так и для троек, четверок и т.д. Например, отношение " быть хоккейной командой" устанавливается на множествах из шести человек. Отметим, что основным и наиболее распространенным типом отношений являются бинарные отношения. Разновидностей отношений очень много: - Социальные отношения, - Экономические, -Отношения типа «Часть – целое». Деталь является частью механизма. Если рассматривать механизм как систему, то отдельная деталь имеет отношение с системой как часть целого. - Отношение типа «Род – вид» - (родо- видовые). Например: род пасленовых, вид – картофель. Отношения реализуются в виде связей. Связи определяют взаимодействия элементов системы, как внутри системы, так и с внешней средой. Например, родо-видовые отношения реализуются в виде наследственной связи. Взаимодействие осуществляется в виде передачи наследственных признаков. Разновидностей связей, как и отношений достаточно много: - Причинно следственные связи. Градусник показывает повышенную температуру, если человек заболел. - Следование или временная связь. Солнце садится, следует ночь. После рождения следует жизнь, затем увядание … - Информационные связи. Обеспечивают передачу информации, например, телефонная сеть. - Статистически определенные связи. Когда отношения между элементами существуют, но количественная оценка в явном виде отсутствует и может быть определена только статистически. - Ф ункциональные связи. Определяются функциональной зависимостью между элементами системы (их можно еще назвать логическими). - Физические связи. Например, механические часы, их элементы имеют механическую связь. Можно привести примеры электрической, магнитной и т.п. связи. В ядре вещества элементарные частицы обладают сильной связью. Пример системы отношений и связей: · Одним из примеров системы, которую вы хорошо знаете, является семья. Между родителями и детьми, братьями и сестрами, являющимися объектами системы «семья», существуют разнообразные отношения: - пространственные (проживание в одном доме); - социальные (взаимоотношения детей и родителей); - временные (режим труда, учебы и отдыха) и т. д. генетические (дети внешностью и характером похожи на родителей); -материальные (родители кормят, одевают детей, заботятся о своих родителях). На практике используются различные способы описания структуры. а) графический — в форме графа, где вершины графа соответствуют элементам системы, а дуги — связям между элементами (частный случай графического задания структуры системы — это форма схем); б) математический, когда задается количество типов элементов системы, число элементов каждого типа и матрицы связей между ними.
|
194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.
