Конспект лекций по дисциплине «Математическое моделирование процессов в машиностроении»

1. Системотехника и системный анализ

Системотехника как отрасль науки появилась в начале 30-х годов прошлого века и начала активно развиваться в период с 50-60-х годов. Возникновение этой науки связано с совершенствованием систем управления. Во-первых, появилась необходимость управлять научными и инженерными разработками, во-вторых, возникла потребность создания на их основе сложных систем автоматического управления. Кроме того, в 40-50-х годах начала бурно развиваться кибернетика и появились первые ЭВМ, что сильно подтолкнуло процесс изучения и проектирования сложных систем.

Необходимость в системотехнике стала очевидной, когда выяснилось, что отдельные, даже хорошо работающие компоненты не обязательно составляют удовлетворительно функционирующую систему. В сложной системе часто оказывается, что если даже отдельные компоненты удовлетворяют всем необходимым требованиям, система как целое не будет работать.

Системотехника – это научное направление, охватывающее проектирование, создание, испытание и эксплуатацию сложных технических систем.

Она является частью общей теории систем, которая рассматривает всё разнообразие систем в мире: социально-экономические системы, экологические системы, военные системы и т.д. Сферой интересов системотехники являются технические системы.

Основным понятием системотехники является система.

Система – это комплекс взаимосвязанных элементов, объединённых общей целью функционирования и имеющих связь с внешней системой.

Между элементами системы должны существовать связи. Различают три вида связей: вещественные(от силовых, кинематических связей до преобразований свойств и формы деталей; эти связи обеспечивают механическую работоспособность и сборку системы),энергетические(электрические, магнитные, гидравлические и пр.; они обеспечивают систему энергией, подводя её к необходимым элементам)и информационные(прямые и обратные, положительные и отрицательные; необходимы для контроля и управления системой).

Основными характеристиками любой системы являются функция, цель и структура. Функция – это действия системы, которые выражаются в изменении её возможных состояний. Например, функция такой системы, как машиностроительный завод, заключается в изготовлении каких-то изделий – продукции. Выполняется эта функция посредством преобразования различных ресурсов – материальных, информационных, энергетических, трудовых; поступающих извне, а также находящихся внутри системы. Выполнение системой своих функций называют функционированием.

Целью системы называется конкретное конечное состояние или конкретный конечный результат, которого стремится достичь система. Для такой сложной системы, как предприятие, цель может быть и не одна (получение прибыли, выпуск конкурентоспособной продукции, удовлетворение потребности заказчиков, занятие ли­дирующего положения на рынке и т.п.).

Структура – это расположение и взаимосвязи элементов системы при выполнении ей своих функций. Структура зависит от величины и сложности системы. Величина системы характеризуется числом элементов и количеством связей между ними, а сложность – многообразием элементов, неоднородностью их свойств и разным количеством связей.

Причём, элементы системы могут, в свою очередь, состоять из элементов, то есть являться системами, что ещё больше увеличивает её сложность.

Рассмотрение исследуемого объекта как единой системы представляет собой системный подход. Системный подход – это подход к изучению объекта как системы, в которой выявлены элементы, внутренние и внешние связи, наиболее существенным образом влияющие на результаты её функционирования, и цели каждого из элементов, исходя из общего предназначения объекта.

В чём особенности этого подхода по сравнению с традиционным, в котором система рассматривается просто как совокупность отдельных элементов?

При использовании системного подхода любой объект должен рассматриваться как большая и сложная система, и одновременно как элемент более общей системы (предприятие как участник рынка). При этом процесс анализа проводится в три этапа: 1) определение целого (системы), частью которого является интересующий нас объект; 2) объяснение поведения или свойств этого целого; 3) объяснение поведения или свойств интересующего нас объекта с точки зрения его функций в этом целом, частью которого он является.

Традиционный анализ также включает три этапа: 1) расчленение (анализ) того, что предстоит объяснить, 2) объяснение поведения или свойств его частей, взятых по отдельности, 3) объединение (синтез) этих объяснений в объяснение единого целого.

То есть, в системном подходе синтез предшествует анализу, а в традиционном – наоборот.

Например, при аналитическом подходе к предприятию его надо разделить на составляющие: цеха, участки, рабочие места, персонал. Затем дать определение этим элементам и, наконец, объединить эти определения в общее определение предприятия. При системном подходе надо начинать с выделения системы, содержащей предприятие, – с рыночной системы. Затем определить цели и функции рыночной системы, и только после этого можно дать определение предприятия как элемента рыночной системы.

Между аналитическим и системным подходами к принятию решений существуют серьёзные различия. Одно из них основано на принципе системности, который гласит: Если каждую часть системы заставить функционировать с максимальной эффективностью, то система как единое целое ещё не будет в результате этого функционировать с максимальной эффективностью.Иначе говоря, целое не равно сумме его составляющих.