3. Разновидности подходов к проектированию

Системы автоматизированного проектирования и управления являются одними из наиболее сложных современных искусственных систем. Поэтому их проектирование и сопровождение невозможны без применения системного подхода.

На практике идеи и положения системного подхода выражаются и конкретизируются в виде нескольких его разновидностей, которые рассматриваются в курсе системотехники и также называются походами к проектированию. Среди таких подходов выделяют три основных.

1. При структурном подходе синтезируются варианты системы из набора компонентов (блоков). Эти варианты оцениваются при их частичном переборе с предварительным прогнозированием характеристик компонентов.

2. Блочно-иерархический подход к проектированию использует декомпозицию сложных описаний объектов и средств их создания на иерархические уровни и аспекты. При этом подходе используются понятия стиля проектирования (восходящее и нисходящее) и устанавливаются связи между параметрами соседних иерархических уровней.

3. Объектно-ориентированный подход используется при разработке информационных систем и их программного обеспечения. Основан на введении в описания объектов их иерархии и отношений наследования между свойствами объектов разных иерархических уровней. Такой подход сокращает объём спецификаций объектов и уменьшает вероятность искажения данных за счёт ограничения доступа к ним.

Всем разновидностям подходов к проектированию присущи такие отличительные особенности:

1 Структуризация процесса проектирования, выражаемая декомпозицией проектных задач и документации, выделением стадий, этапов, проектных процедур. Эта структуризация является сущностью блочно-иерархического подхода к проектированию.

2. Итерационный характер проектирования. Итерация – результат повторного применения какой-либо математической операции. Метод итераций – метод последовательных приближений к решению конечных уравнений, в результате чего получаются все более точные приближенные решения таких уравнений.

3. Типизация и унификация проектных решений и средств проектирования.

4. Основные понятия теории систем

В теории систем и системотехнике используется ряд терминов, среди них к базовым (основным) нужно отнести следующие понятия:

Система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой.

Элемент — такая часть системы, представление о которой нецелесообразно подвергать при проектировании дальнейшему членению (или разделению).

Сложная система — система, характеризуемая большим числом элементов и большим числом взаимосвязей элементов. Сложность системы определяется также видом взаимосвязей элементов и наличием у неё свойств (признаков) целенаправленности, целостности, иерархичности, многоаспектности.

Целенаправленность — свойство искусственной системы, выражающее назначение системы. Это свойство необходимо для оценки эффективности вариантов системы.

Целостность — свойство системы, характеризующее взаимосвязанность элементов и наличие зависимости выходных параметров от параметров элементов, при этом большинство выходных параметров системы не является простым повторением или суммой параметров элементов.

Иерархичность — свойство сложной системы, выражающее возможность и целесообразность ее иерархического описания, т.е. представления в виде нескольких уровней, между компонентами которых имеются отношения целое-часть.

Очевидно, что современные автоматизированные информационные системы и, в частности, системы автоматизированного проектирования, являются сложными в силу наличия у них перечисленных свойств и признаков.

Подсистема — часть системы (подмножество элементов и их взаимосвязей), которая имеет свойства системы.

Надсистема — система, по отношению к которой рассматриваемая система является подсистемой.

Структура системы — отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей. Понятие структуры отличается от понятия самой системы тем, что при описании структуры принимают во внимание лишь типы элементов и связей без конкретизации значений их параметров.

Параметр системы — величина, выражающая свойство или системы, или ее части, или влияющей на систему среды. Обычно в моделях систем в качестве параметров рассматривают величины, не изменяющиеся в процессе исследования системы. Параметры подразделяют на внешние, внутренние и выходные, выражающие соответственно свойства элементов системы, самой системы, внешней среды.

Векторы внутренних, выходных и внешних параметров обозначим X = (x, x₂,…x_n), Y = (y, y₂,…y_m), Q = (q, q₂,…q_k) соответственно.

Фазовая переменная — величина, характеризующая энергетическое или информационное наполнение элемента или подсистемы.

Состояние системы — совокупность значений фазовых переменных, зафиксированных в одной временной точке процесса функционирования системы.

Поведение системы (динамика системы) — изменение состояния системы в процессе функционирования.

Вектор переменных, характеризующих состояние системы (вектор переменных состояния) — множество фазовых переменных, задание значений которых в некоторый момент времени полностью определяет поведение системы в дальнейшем.

Пространство состояний — множество возможных значений вектора переменных состояния.

Фазовая траектория — представление процесса функционирования системы в виде последовательности точек в пространстве состояний.