ИТПЗ - Конспект лекций Пеньковский Г.Ф

2.2. Информационные системы общего назначения

Организационнаяструктураинформационнойсистемы(ИС) общего назначения приведена на рис. 6.

Директор ИС Заместитель

Основныеслужбы		Вспомогательные службы
Комплектования	Переработки	Охраны	Материально-
			технического
Отображения	Хранения	Кадров	обеспечения

Выдачи

Рис. 6. Организационная структура ИС

Основные службы ИС соответствуют всем видам работы с информацией по обслуживанию потребителей по функциональной схеме, показанной на рис. 7.

Пользователь
Правила поиска
Хранилище	Комплектование
Переработка

Отображение

Оценка

Документирование

Рис. 7. Функциональная схема ИС

Выдача

Примером информационной системы общего назначения является библиотека СПбГАСУ, структура которой показана на рис. 8.

Проректорпо

Проректор

учебнойработе

Библиотека

понаучнойработе

Методическая

Отдел

комиссия

интеллектуаль-

Заведующий

ной

собственности

Библиотечный

Заместитель

совет

Отдел

Отдел

Отделучебной

Отдел научной

комплектова-

общественно-

литературы

литературы

ния

политической

литературы

Обслуживание

сотрудников

Социально-

Обслуживание

экономическая

младшихкурсов

Хранение

литература

литературы

Обслуживание

среднихкурсов

Художественная

Межбиблио-

литература

течный

Обслуживание

иногородних

Читальный

студентов

Рис. 8. Структура библиотеки СПбГАСУ

Для повышения эффективности работы библиотеки руководством вузапринимаютсямерыпооснащениюбиблиотекивычислительнойтехникой и программными средствами.

Аналогичную структуру имеют информационные системы для руководителейразличныхпредприятий[9]. Этисистемыобслуживаютпроцедуру подготовки, принятия и реализации решений (рис. 9). Потоки информации циркулируют в системе управления в виде документов,

ккоторым предъявляются следующие требования [15]:

1)число документов должно быть оптимальным;

2)документы должны содержать лишь необходимые сведения;

20

21

3)в документах не должно быть дублирования;

4)документы должны быть логично построены для заполнения;

5)документыдолжныбытьпостроеныпоутвержденномустандарту.

Этап I. Выявление цели

Анализ состояния

Прогнозсостояниясистемы

Выявление проблемы

Формирование целей

Этап II. Выработка и принятие решения

Постановка задачи

Согласование,

Формированиевариантоврешения

утверждение

решения

Выбор вариантов

Этап III. Организация исполнения, контроль План реализации

Координациявыполнениярешения

Учет и контроль

Рис. 9. Схема принятия и реализации решения

Успешность работы предприятия целиком и полностью определяется эффективностью использования информационных систем руководством этих предприятий.

Учебные заведения для подготовки специалистов всех отраслей народногохозяйстватакжеможноотнестикразновидностиинформационных систем общего назначения. В качестве примера на рис. 10 приведена структура вуза СПбГАСУ.

Факультеты СПбГАСУ готовят специалистов:

1.Архитектурный – архитекторов.

2.Строительный– инженеров-строителейпромышленногоиграж- данского строительства, реставрации и реконструкции.

Рис. 10. Структура СПбГАСУ

* По учебной работе. ** По научной работе. *** По административно-хозяйственной работе.

22

23

3.Инженерно-экологических систем – инженеров по теплогазоснабжению, водоснабжению и канализаций.

4.Автомобильно-дорожный– инженеровавтомобильноготранспорта, организации перевозок, строителей дорог мостов и туннелей.

5.Факультет экономики и управления – инженеров в области экономики и управления на различных предприятиях.

6.Факультет безотрывных форм обучения – инженеров по основным специальностям, указанным ранее.

Срок обучения студентов от 4,5 до 6 лет. За это время студенты получают информацию в соответствии с учебными планами по своей специальностивобъеме, которыйдолженобеспечитьуспешнуюработуспециалистов после окончания вуза.

2.3.Специальные информационные системы в строительстве

(САПР и АСУ)

Системы автоматизированного проектирования (САПР) представляют собой комплексы средств по работе с информацией, с помощью которыхпроектныеорганизациисоздаютинформационныемоделиобъектов строительства, в виде проектно-сметной документации [2,11].

Принципиальная структура САПР показана на рис. 11.

САПР

Обеспечивающие

подсистемы

Средствапоработе сподсистемами

Проектирующие

подсистемы

Информационные модели объектов

Рис. 11. Структура САПР

Средствапоработесинформациейвключаютвсебявсевидыобеспеченияпроектногопроцесса– техническое, математическое, программное, методическое, лингвистическое, информационное и организационное. В литературе встречается разделение этих видов обеспечения на

постоянный (жесткое– hardware) и переменный(мягкое– software) вид. Постоянное обеспечение включает в себя главным образом техническое оборудование, вычислительную технику со всеми средствами механизации; переменное – это программные и другие виды обеспечения, все, что оперативно можно менять и применять на этой технике

в зависимости от решения конкретных задач.

Проектирующие подсистемы предназначены для создания информационных моделей объекта во всех частях проектно-сметной документации, технологической, архитектурно-строительной, инженерныхсетей и оборудования, организации строительства, технико-экономической.

Автоматизированныесистемыуправления(АСУ) представляютсобой развитие блоков принятия и реализации решения в информационной системе для руководителей производства (см. рис. 9). Информация, поступающаяизСАПР дляАСУ, являетсяисходной иобеспечиваетвесь процесс создания объекта строительства.

2.4.Комплекс технических средств САПР дляработы

синформацией

Комплекстехническихсредств(КТС) входитвсоставтехнического обеспечения САПР и является материально-технической базой проектирования [2]. Состав КТС приведен на рис. 12.

КТС

					КТС
КТС			КТС				КТС			КТС
приема			отображения		обработки		передачи			хранения
УВЭП			ГД		ЭВМ		АП			Носители
АЦК			АЦД		АРМ		Линии			информации:
Сканер			ДТ				связи			бумажные,
УВМН			ГП							магнитные,
УВПК			АЦПУ							лазерные
			Плоттер

Рис. 12. СоставКТС

24

25

Условные обозначения, принятые на рисунке: УВЭП – устройство ввода с электронного пульта; АЦК – алфавитно-цифровая клавиатура;

сканер– устройстводлябесклавишногоавтоматическоговводаграфической и текстовой информации;

ГД – графический дисплей; АЦД – алфавитно-цифровой дисплей;

УВМН – устройство ввода на магнитных носителях; УВПК – то же на перфокартах; ДТ – дисплейный терминал; ГП – графопостроитель;

АЦПУ (принтер) – алфавитно-цифровое печатающие устройство; Плоттер – графопечатающее устройство; АРМ – автоматизированное рабочее место; АП – абонентский пункт.

Основным средством обработки информации являются электронные вычислительные машины (ЭВМ). В современных САПР используются в основном ЭВМ третьего поколения с развитой системой технического обслуживания. Быстродействие таких машин 1–2 млн операций

всекунду. Достижениянаучно-техническогопрогрессапозволилисоздать ЭВМ четвертого поколения с быстродействием до 100 млн операций

всекунду.

Внастоящее время идет разработка ЭВМ пятого поколения, которые кроме расчетов числового характера могут выполнять сложные логические заключения с быстротой до 100 млрд операций в секунду.

Впрактике автоматизированного проектирования широкое применениеполучилиавтоматизированныерабочиеместа(АРМ), представляющие собой миниатюрную САПР со всеми видами обеспечения, ориен- тированнуюнаодногопользователя-проектировщика. Промышленность выпускает АРМ двух типов – на базе мини-ЭВМ и на базе микроЭВМ.

ИспользуяАРМ, проектировщик имеет возможностьв диалоговом режиме выполнять следующие виды работ:

1) вводить в машину цифровую и графическую информацию;

2) корректировать информацию в процессе ввода;

3) решать различного рода задачи с использованием различных программных средств;

4) получатьпроектно-сметнуюдокументацию(ПСД) ввидечертежей и распечаток текста;

5) готовить документацию на магнитных носителях для передачи заинтересованной в этом другой стороне.

Автономная работа проектировщика на АРМ позволяет оперативно решать различные задачи проектирования. Сложные задачи сквозного проектирования, охватывающие все части ПСД с системной оптимизацией проектных решений, потребовали создания информационно-вы- числительныхсетейсобщейинформационнойбазойдлянесколькихАРМ и даже для нескольких организаций. Создание таких сетей позволяет одновременно и параллельно решать многие задачи проектирования, оперативно согласовывать проектные решения с учетом их взаимодействия в различных частях документации.

2.5. Информационное обеспечение САПР, базы данных

Информационное обеспечение (ИО) – это совокупность системы построения и размещения массивов информации, ее классификации и кодирования, а также унифицированных систем документации, используемой при проектировании объектов строительства [2].

ИО САПР характеризуют следующие показатели:

1)состав информации, перечень информационных единиц, документов, сообщений, необходимых для решения проектных задач;

2)структураинформации, закономерностиеерасположенияипреобразования в цепочке «вход–обработка–выход»;

3)характеристикидвижения информации, оценки потоковинформации (объем, интенсивность), маршруты движения документов, схемы документооборота, регламентации по продолжительности хранения

иобновления информации;

4)характеристики качества информации – полезности, значимости, полноты, своевременности, достоверности;

5)способы преобразования информации, методики расчета и способы подготовки рабочих массивов информации.

Сведения об объектах и процессах фиксируются в данных информации в виде цифр и символов. Наименьшей семантически значимой единицей данных является элемент данных. Совокупность элементов данных в логической записи представляет собой файл. Набор файлов, содержащих исходную информацию для проектирования, называют базовым файлом. Файлы, содержащие промежуточные результаты, назы-

ваются рабочими файлами.

26

27

Для поиска нужной информации важно классифицировать ее по различным признакам.

По методам организации данных информация может быть систематизированной, рассортированной по составу показателей и несистематизированной, случайной, поступающей эпизодически во времени.

Классификация информации по разным признакам приведена на рис. 13.

Информация

Признаки

По месту			По стабиль-				По стадии		По способу		По функции
возникновения			ности				обработки		отражения		управления
Входящая			Переменная				Первичная		Текстовая		Плановая
выходящая							вторичная		графическая		учетная
внутренняя			постоянная			промежуточная			звуковая		оперативная
внешняя							результативная		комплексная		справочная

Рис. 13. Классификация информации

Всяинформация, используемаяприпроектированииобъектовстроительства, хранится в базах данных и знаний (БДиЗ), представляющих собой систему иерархически организованных банков данных и знаний, построенных на основе единых математических принципов, методов представления, храненияи обработкиинформации. Структура типового банка данных и знаний представлена на рис. 14.

Банкданныхимеетсистемууправления(СУБД), включающуювсебя программноеобеспечениедляорганизациипоиска, поддержанияиобновленияданных, ивнутреннююсистемуобслуживания, выполняющуюфункции контроля, защиты и автоматической идентификацииданных.

По характеру выполнения отдельных функций различают модели БДиЗ – плоские файловые, иерархические, сетевые и реляционные.

Плоские файловые модели включают последовательное перечисление их частей, по типу содержания книги, приводимого в ее начале или конце.

Банк данных и знаний (БДиЗ)

База данных

База знаний

СУБД

ТО БД

Типовыепроекты

Управляющая

ТС ввода

Основные

Рабочие базы

программа

информа-

базы

ции

Индивидуаль-

БДпоархитек-

ныепроекты

Обслужива-

Норматив-

турно-

ющая

ТС хране-

наяинфор-

строительнойчасти

программа

ния инфор-

мация

Экспертные

мации

системы

Справочная

БДпоконструкциям

Трансляторы

информация

ТСобработ-

Научно-техни-

киинфор-

БД по инженер-

ческаяинформация

мации

ным сетям

Руковод-

ства,

указания

БДпоархитек-

ТС отобра-

турно-строительной

жения ин-

части

формации

Стандарты

и выдачи

на оборудо-

вание

БДпоорганизации

строительства

БДпоархитек- турно-строительной части

Рис. 14. Структура типового банка данных и знаний

Иерархические модели строятся в виде графа-дерева с ветвями на его уровнях.

Сетевые модели строятся с применением логических цепочек, в узлах которых находится искомая информация, а ребра (звенья цепочки) содержат адрес этой информации.

Реляционные модели строят в виде двумерных таблиц, в которых первая колонка содержит код объекта, в других колонках таблицы записывается вся информация, характеризующая этот объект.

Код и характеристика объекта представляют собой цифровую модельобъекта(ЦМО), использованиекоторойсущественнооблегчаетпроцесс проектирования.

ИерархическуюмодельимеютсистемыБДОКА, СИНАБ, БАСТАН, Fox Base, Paradox; сетевую модель – СУБД СЕДАН, СИОД, НАОБАБ; реляционную – система РЕГЕНД.

Эксплуатация баз данных показывает, что наиболее удобными и предпочтительными являются реляционные БД.

28

29

3. Информационные технологии проектирования зданий и сооружений

3.1. Системныйподход внауке и его применение в строительстве

Системноепредставлениеобокружающеммиреучеловекаформировалось в процессе развития человеческого общества. Взаимосвязь отдельных явлений в природе всегда была объектом внимания человека. Наблюдая материальный мир, он видел не просто отдельные предметы и явления, а всегда стремился установить связь между ними, выявить систему как некоторое множество связанных элементов. Слово «система» давноприменяется вобиходе человека. Без специальныхпояснений все достаточно четко представляют себе смысл таких понятий, как солнечная система, система отопления и вентиляции, система снабжения, система образования и т. д.

Ограниченные возможности человека в познании мира, в переработке информации привели его к необходимости расчленять сложные системы на отдельные элементы, чтобы изучать их свойства вне связей с другими элементами. Так появилось первое представление о системе в форме «концепции элементаризма», согласно которой система представлялась простой суммой ее элементов [8].

Сразвитиемнаукиитехники, материалистическойдиалектики, изучающейвсеобщиесвязиявленийвприроде, сталопонятно, чтонеучитываемые взаимосвязи в сложных системах придают им некоторые новые свойства, которыми не обладают исходные элементы, –свойства целостной системы.

В теории познания все большее распространение получает «концепция целостности». Новые свойства системы по этой концепции вначале не могли объяснитьнаучнымпутеми виделивэтомнечтозапределамичеловеческогоразума. Однаковдальнейшемудалосьнайтиинаучное обоснование этомуявлению, лежащему воснове системного подхода к решению проблемы познания. Первая попытка создать общую наукуоборганизации системыбыла сделана А. А. Богдановым(см. Богданов А. А. Тектология. Всеобщая организационная наука. Берлин – Петербург– Москва, 1922). Вегоработебылсформулированпринципорганизованности, под которым понималось свойство целого быть больше суммы своих частей. Чем больше целое отличается от простой суммы составляющих частей, темвышеорганизация этого целогокак системы.

Научный подход к изучению социальных и биологических объектов как некоторых сложных систем одним из первых в теории познания применил Ч. Дарвин. Созданная им теория биологической эволюции не только ввела в естествознание диалектическую идею развития, но и утвердила представлениеоразличныхуровняхорганизациижизникакоснову системного мышления в биологии.

Другим примером системного подхода в естественных науках являетсяоткрытиеД. И. Менделеевымпериодическойсистемыэлементов, отражающей единство и многообразие связей в окружающем нас материальном мире.

Быстрое развитие наук в отдельных отраслях знаний, характерное для последних лет, привело к разобщенности наук. Специалисты становятся все более узкими по профилю подготовки, хотя глубина и уровень знанийповышается. Изучаемые объектывнаукахстали весьма сложными по своей структуре и обилию связей, влиянием которых уже нельзя пренебречь. Опыт показывает, что если какие-то связи, казавшиеся на первый взгляд несущественными, были не учтены, то впоследствии это можетпривестикнепредсказуемымрезультатам. Такаяситуациясложилась в нашей стране при строительстве гидроэлектростанций, при проведении мелиоративных работ. Строительство объектов привело здесь квесьма нежелательнымпоследствиямвсельскомхозяйстве, врешении продовольственных проблем страны. Очень дорого нам обошлось, как теперь выяснилось, пренебрежение в строительстве промышленных объектоввопросамиэкологии, вопросамисоциальногоплана, связанными с условиями жизни и труда человека на этих объектах.

Создание современныхсложных народно-хозяйственныхкомплек- сов, техническихсистем, строительствопромышленныхобъектовскомплексамиобслуживающихзданийисооружений(жилых, транспортных, общественных) привело к необходимости проведения исследований системного характера. Такие исследования потребовалиобъединения усилий специалистов разных научных профилей, унификации и согласованияинформации, получаемойврезультатеисследований. Успешноепроведениекомплексныхисследованийвусловиях«информационноговзрыва» стало возможным с появлением современной вычислительной техники, с созданием новых математических методов обработки информации и принятия решений. Это новое направление в реализации системного подхода к решению проблем в науке и технике успешно развивается в пятидесятых годах в США и связано с работами Л. Берталанфи,

30

31

Н. Винера, Р. Акофа иМесаровича. Важный вкладвразвитие новогонаправлениявнаукевнеслисоветскиеученыеВ. Н. Садовский, А. И. Уемов, И. В. Блауберг, Э. Г. Юдин. Применительно к строительной отрасли это направление развито в работах А. А. Гусакова, В. И. Рыбальского.

Интенсивноразвиваютсянауки, составляющиетеоретическуюбазу и аппарат системногоподхода – теория систем, теория информации, кибернетика, исследованиеопераций, системотехника. Системныйанализ, занимая промежуточное положение между философией и математикой, междугуманитарными и точными техническими науками, долгое время именно поэтому не признавался ни теми, ни другими. Однако в последние годы наметился перелом в отношении к системному представлению всех объектов независимо от природы, от научных направлений. Системный анализ находит все большее применение во всех сферах человеческой деятельности как общая методология познания мира и роли человека во взаимодействии с природой.

Рассмотрим основные положения системного подхода к решению различных проблем.

Под системнымподходомк решениюразличныхпроблемпонимают общую методологию исследования явлений, процессов, объектов, представляемых в виде сложных систем.

Основополагающие принципы системного подхода обусловлены свойствами систем. Основные из них – принципы цели, целостности и сложности.

Принцип цели состоит в том, что любую проблему представляют какнекоторуюконечнуюцель, нарешениекоторойнаправленоисследование. Именно эта цель является главным системообразующим фактором, определяющим структуру и сложность систем, включающих промежуточные цели, с помощью которых достигается решение проблем.

Принципцелостностизаключаетсяввыделениирассматриваемых системизокружающейсредыивзаимосвязивсехвнутреннихэлементов этихсистем, обеспечивающейпоявлениеунихнекоторыхновыхсвойств, которых нет у отдельных элементов.

Принцип сложности выражается в иерархической структуре систем. В зависимости от целей и методов исследований любая система можетиметьразличнуюстепеньсложности. Онаможетиметьнесколько уровней, называемых стратами, может представлять собой элемент метасистемы, т. е. системыболеевысокогопорядка. Инаоборот, любойэлемент системы можно представить в виде системы более низкого уровня в зависимости от задач исследования.

Примером использования принципов системного подхода в исследовании является анализ работы фермы покрытия в каркасе промышленного здания (рис. 15).

Здесьцельисследования– обеспечениенесущейспособностифермы, воспринимающей внешние нагрузки Р от покрытия.

Целостность объекта исследования проявляется в выделении фермы из каркаса здания и учете взаимосвязи элементов фермы – поясов, стоек, раскосов. Приэтомеслишарнирносоединенныеэлементыфермы способны воспринимать только продольные усилия (рис. 15, а), то ферма как система приобретает новое свойство – воспринимать нагрузки поперечного к пролету направления, вызывающие в конструкции изгибающиймоментипоперечную силу(рис. 15, б). Этосвойствоферма получает в результате организованного взаимодействия элементов фермы между собой.

а) б)

Рис. 15. Свойства элементов (а) и фермы (б)

Иерархическийпринципсложностидляэтойжефермыпроявляется в том, что она является элементом несущего каркаса здания (метасистемы). В свою очередь сама ферма также является системой.

Представление объектов и процессов с помощью сложных систем осуществляется на макро- и микроуровне.

Макроподход позволяет отделить систему от окружающей среды, выделить ее как нечто целое. Такой процесс называют внешним проектированием системы. Так, если принимается решение о строительстве жилого дома, то его принимают за систему, входящую в метасистемугородскойзастройки. Главныйархитекторгородаопределяет место, этажность, архитектуру дома.

Микроподходприменяетсяприрассмотрениивнутреннейструктуры системы (внутреннее проектирование системы). В приведенном выше

32

33

примересжилымдомоммикроподходпроявляетсявпринятииобъемнопланировочных и конструктивных решений, в разработке проекта инженерных коммуникаций здания.

Аналогично поступаютприрешениивопросоворганизациистроительства. Например, принимаетсярешениеосозданиистроительнойорга- низациидлявыполнениястроительно-монтажныхработвопределенном районе. Засистемупринимаютсоздаваемуюстроительнуюорганизацию. Окружающаясреда– этопотенциальныепотребителистроительнойпродукции(заказчики), поставщикистроительныхматериалов, конструкций, энергосистема, транспорт, базыискладыматериально-техническогоснаб- жения, предприятияздравоохранения, образованияит. д. На макроуровне строительная организация рассматривается как некоторая автономнаясистема, взаимодействующаясокружающейсредой. Наэтомуровне решаются вопросы снабжения строительной организации, обеспечения транспортом, энергетическими ресурсами, вопросы создания необходимых бытовых условий для рабочих и служащих. На микроуровне решаютсявопросыформированиявнутренней структурыстроительнойорганизации, управленияподразделениямидлядостиженияцелейстроительного производства в заданном районе.

Понятие «системный анализ» у различных авторов имеет двоякое толкование. Вузкомсмыслесловасистемныйанализпредставляетсякак совокупность методологических средств, применяемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам управления производством в различных сферах деятельности человека. Основой системного анализа является системный подход, его принципы и методы решения проблем. По существусистемныйанализ рассматриваетсякак метод реализации системного подхода к управлению производством, когда каждая проблема представляется как система целей с учетом связей с множеством других проблем и аспектов.

В широком смысле слова под системным анализом часто понимаютименносистемныйподходкрешениюпроблемвразличныхисследованиях. Применение системного анализа в строительной отрасли дает возможность обоснованно принимать решения в проектировании, возведении и эксплуатации объектов строительства. Основные положения системного анализа, его этапы и методы решения задач в строительстве излагаются в 3.2.

Рассмотрим основные понятия теории систем для последующего их использования в системном анализе.

Под системой понимают целостный комплекс взаимосвязанных элементов, объединенных общей целью функционирования системы.

Влюбомобъектесуществуетбесконечнобольшоеколичествовнутренних связей и связей внешних с окружающимиего объектами. Тем не менее, говоря о системе, подразумевают некоторое достаточно ограниченноечислосвязей, обеспечивающихфункционированиеобъекта(системы) и достижение некоторой цели, представляющей интерес в конкретном исследовании. Понятия цели и связей формируются исследователем и носят субъективный характер так же, как и системы в целом. Однакосубъективизмв понятии системыне означает, что она существует только в сознании исследователя. В сознании отражается его представление о системе, условно отделяемой от всего остального материального мира. Отметим здесь, что в теории систем встречается также такое понятие, как парадигма системы – концептуальная схема и модель решения некоторой проблемы с помощью системы, построенной автором исследования.

Взависимости от цели и подхода конкретного исследователя один

итотжеобъектилипроцессможетбытьпредставленразличнымисистемами. Так, наш университет можно рассматривать как объект системы образования(однацель) икакстроительныйобъект– здание(другаяцель). В первом случае элементами системы являются студенты, преподаватели, кафедры, учебныйотдел, т. е. элементы, имеющиеотношениекглавной цели системы, – к организации учебного процесса для получения студентами образования по определенной специальности.

Во втором случае университет представляет собой строительный объект – здание, элементами которого являются несущие и ограждающие конструкции (фундаменты, стены, перекрытия), инженерные коммуникации, т. е. элементы, обеспечивающие необходимые условия для протекания внутренних технологических процессов в здании.

Из определения системы как совокупности элементов следует, что элементомявляетсянекотораяминимальнаячастьсистемы, неподлежащая дальнейшему расчленению в конкретном исследовании, обладающаяопределеннойсамостоятельностьюивлияниемнацель функционированиясистемы. Элементымогутбытьоднородными(однотипныебалки в перекрытии здания) и неоднородными (балки, фермы, колонны

вкаркасе здания).

Понятие элемента, как и самой системы, зависит от цели исследования. Свойстваэлемента, отличающие егоотдругихобъектов, опреде-

34

35

ляют его значение, роль в достижении системой цели функционирования. Свойства элементов являются критерием, по которому исследователь включает или не включает их в состав системы. Это свойство элементов, имеющееотношение кцелиисследования, называетсяхарактеристикой, а ее численное значение является параметром элемента (объемный вес, влажность, температура).

Так, элементамирамы, какнекоторойподсистемывобщейсистеме каркаса здания, являются ригель, стойки, фундаменты стоек. Эти элементыобладаюткомплексомсвойств, характеризующихматериал(прочность, цвет, влажность, объемныйвес, модуль упругости, стоимость и т. д., размеры, условияработы). Однакоеслицельюисследованияявляется оценка прочности рамы, то характеристиками элементов будут лишь те их свойства, которые влияют на прочность рамы (прочность материала, сечение элемента, условия его работы).

Состояние системы определяется множеством значений параметровее элементов в данныймоментвремени. Переходсистемы из одного состоянияв другое характеризуется изменением значения хотя бы одного из параметров.

Аналогичным образом определяется и состояние среды, окружающейсистему. Приэтомсовокупностьсостоянийсистемыисредывнекоторый момент времени принято называть ситуацией.

Взаимодействие элементов системы между собой происходит благодаря связяммеждуними. Связиэлементов всистеме обладаютв большейили меньшейстепени синергическимисвойствами (при совместном действиитакихсвязейобщийэффектувеличиваетсябольше, чемотпростогосложениядействийсвязей). Связимогутбытьмеханическими, энергетическими, информационными или сочетать в себе все эти разновидности в различных комбинациях.

Любая система или ее элемент в процессе функционирования и проявления связей приобретает функциональную структуру (рис. 16), включающую в себя три составных части:

вход – воспринимающий изменения в других элементах или внешней среде, окружающей систему;

выход– выдающий результат воздействия на системуввиде новых параметров ее состояния (отклик, реакция системы);

процессор – преобразующий параметры на входе в параметры системы на выходе

Прямая связь

Вход Выход

Процессор

Обратная связь

Рис. 16. Функциональная структура системы

Функциональные части системы соединяет прямая связь: вход – процессор – выход. Связь называется обратной, если она соединяет выход с входом.

Рассмотрим классификацию и способы представления систем. По разным признакам и свойствам элементов различают ряд клас-

сификаций систем. Таблица с общей классификацией систем приведена ниже.

Классификациясистем

Признак (основание)		Виды систем
Природа элементов		Абстрактные, материальные
Происхождение		Естественные, искусственные
Характер поведения		Управляемые, неуправляемые
Степень сложности		Простые, сложные
Отношению к среде		Открытые, замкнутые
Длительность существования		Постоянные, временные

По природе элементов системы могут быть абстрактные и материальные. Абстрактныесистемысозданывоображениемчеловекаинеимеют прямого аналога вреальном мире (языки, системы счисления, системыпонятий). Материальныесистемысостоятизреальных(физических) элементов. Ониделятсяна механические, биологические и социальные.

По происхождению системы бывают естественные и искусственные, созданные человеком.

По характеру поведения различают управляемые и неуправляемые системы. Из управляемыхсистем выделяют системыс ручным управле-

36

37

нием, автоматизированные и автоматические. Ручное управление осуществляетсячеловеком. Автоматизированныесистемыимеюттехнические средства, помогающие человеку управлять системой. Автоматические системы функционируют без прямого участия человека.

Постепенисложностисистемыбываютпростыеисложные. Впростыхсистемахпреобладаютоднородныеэлементы. Длясложныхсистем характерно большое разнообразие элементов, их возможных состояний, неопределенностьи сложность выполняемыхфункций, сложныйхарактер связей между элементами с большим объемом информации, передаваемой по связям. В теории систем и в теории информации существуют количественныекритерии, оценкиобъема исложности циркулирующей

всистеме информации, по которымможно судить, какова степень сложности той или иной системы.

По отношению к среде системы являются открытыми или замкнутыми. Открытые системы взаимодействуют с окружающей средой, что отражается на их состоянии. В замкнутых системах взаимодействие со средой отсутствует или им пренебрегают в каких-то конкретных исследованиях.

По длительности существования системы могут быть постоянные ивременные. Постоянныесистемынеменяютсвоейструктурыисвойств

висследуемом периоде времени, а временные – меняют структуру или свойства.

Заметим, что использование классификации систем должно быть тесно увязано с понятием системы и соответствующей цели исследования. Один и тот же объект можетбыть представлен разными видами систем в зависимости от цели и задач исследования, как было показано ранее на примерах систем.

Дляописания свойствили представления (идентификации) систем используется несколько форм: словесная (текстуальная), аналитическая и графическая.

Словесноеописание являетсянаиболее распространенной формой представления систем. С его помощью можно достичь высокой степени подробности, однако описание в такой форме трудно воспринимается и плохо поддается формализации.

Аналитическаяформа представлениясистемвключаетв себясовокупностьматематическихзависимостейисимволов, описывающихструктуру и связи в системах. Так, содержание системы можно представить

вобобщенном кортежном виде

¦:^^M `,^x`, F `,

(15)

где – система; {М} – совокупность элементов; {x} – совокупность связей; F – функция (новое качество) системы.

Выражение для структуры системы имеет вид

ˆ ` `	(16)
¦¦: M ,^xˆ` ,

` ^ `

где Mˆ – совокупность групп элементов; xˆ – совокупность связей

между группами элементов.

Функция F в формуле (16) опущена, так как структура безотносительнакэтойфункции. Новыекачествавсистемеопределяютсянеструктурой, а количественной реализацией связей в системе.

Дляаналитическойформыпредставлениясистемхарактернавысокая компактность, но она не обладает достаточной наглядностью.

При графическом описании систем с использованием схем, графиков, чертежейзначительноповышаетсянаглядностьописания. Приэтом широкое применение видентификации системполучила теория графов, основные понятия которой полезно знать для последующего применения в системном анализе.

Графом называется геометрическая фигура, состоящая из вершин (узлов) и ребер (дуг).

степенью данной вершины. Если (А), (В)... степени вершин А, В и т. д., то общее число ребер в графе определяется по формуле

n	1	>Υ A Υ B ... Υ E	(17)
	2	.

Нуль-граф состоит из одних вершин. В полном графе каждая пара вершин соединена ребром, в неполном графенекоторые ребра могут отсутствовать.

ВершиныАиВ(рис. 17, а) связанымеждусобой, еслионисоединены какой-либо последовательностью ребер (цепью). Если цепь замкнута, то она называется циклом. Граф является связным, если любую пару еговершинможносоединитьнекоторойцепью. Несвязныйграфсостоит из отдельных несвязных элементов.

38

39