Системный подход к проектированию сложных объектов проектированию сложных объектов технологических процессов и процессов проектирования

Техпроцессы и их компоненты относятся к числу сложных. Они характеризуются большим числом элементов, сложными пространственно-временными связями, зависимостью общих свойств объекта не только от свойств составляющих его элементов, но и от характера связей между ними. Более сложными являются процессы и системы автоматизации технологического проектирования, состоящие из большого числа взаимосвязанных проектных операций, осуществляющих поиск, анализ, синтез, оценку, оптимизацию и выбор технологических решений на различных стадиях проектирования. Традиционные методы изучения и формализации сложных методов и объектов, при которых основное внимание уделяется качественному и количественному описанию свойств объектов и составляющих их частей, не позволяют строить адекватные модели, отображающие связи объектов с окружающей средой, их функцию и многоуровневую структуру. В то же время, указанные характеристики объектов оказывают решающее влияние на вид и структуру алгоритмов процесса проектирования. В связи с этим все большее значение для дальнейшего развития теории и методов проектирования приобретает системный подход к объектам производства, техпроцессам и процессам проектирования. В отличие от традиционных методов формализации системный подход исходит из того, что специфика сложных объектов и процессов не исчерпывается свойствами их составляющих, а обусловлена характером связей и отношений между элементами. В системных исследованиях можно выделить 3 основных направления: структурно-функциональный анализ, структурализм, непосредственно системный подход. Эти направления отличаются тем, что рассматривают различные стороны объекта как системы.

Структурно-функциональный анализ изучает сложноорганизованные объекты с точки зрения выполняемых ими функций по отношению к более сложным системам, в состав которых они входят. Различные свойства объекта синтезируются в целостную картину при помощи совокупности функций. Это позволяет представить объект как организованную структуру и перейти к изучению ее структуры в организации. В структурно-функциональном анализе основную нагрузку несет понятие функции, а структура объектов и процессов как бы постулируется. В структурных исследованиях изучается проблематика целостности, расширяется понятие о связях и их топологии. Принцип целостности нашел конкретное воплощение в выдвижении на передний план понятия структуры как ингреантной характеристики сложного объекта. Понятие структуры связано с осознанием иерархичности построения сложных объектов и процессов. Выдвигаются задачи выявления и классификации типов связей, формулируются требования комплексного подхода, учитывающего различные виды связей в сложноорганизованном объекте. В связи с этим в структурных исследованиях основной упор делается на изучении структуры, а функциональная сущность ее частей берется как одна из предпосылок. В системном подходе понятие "система" является более широким, оно включает в себя в качестве составляющих такие понятия, как "структура", "функция", В системном подходе понятие "система" является более широким, оно включает в себя в качестве составляющих такие понятия, как "структура", "функция", "состояние", "связь", "элемент", "отношение" и "управление". Это однозначное преимущество системного подхода перед традиционными методами исследования. В связи с этим системный подход служит методом комплексного изучения сложных объектов и процессов со стороны того, как они устроены, в каких отношениях и связях находятся их части, какова функция частей объекта в целом, каков характер и взаимодействия с окружающей средой. Для системного подхода свойственно углубленное внимание к разработке методологического аппарата. Специфической чертой этой методики является стремление основать ее на принципе Изоморфизма законов в различных областях знаний. Один из основоположников общей теории систем Берталанфид считал, что выявление законов и соотношений, общих для различных объектов и процессов - главная ее задача. Отсюда вытекает тезис о междисциплинарном характере системного подхода и о возможности переноса законов и понятий из одной области знаний в другую. Особое место в системных исследованиях занимает кибернетика. В ней широко используется понятийный аппарат системного подхода, но, несмотря на это, кибернетика обладает своим собственным предметом исследования и, являясь наукой об управлении, рассматривает в первую очередь одну важную сторону функционирования системы - регулятивную, в то время как для системного подхода характерно комплексное изучение объекта, охватывающее различные стороны его функционирования. К понятию системного подхода относятся объекты и процессы любой природы, которые можно условно или физически расчленить на совокупность более простых, взаимосвязанных между собой, частей, выступающих как единое целое. Отношение характеризует связи между частями и их свойствами, посредством которых части и

элементы объединены в систему. В свою очередь каждая полученная часть может рассматриваться как сложный объект, состоящий из более простых элементов. В связи с этим к категории систем относятся не все объекты и процессы, а только те, которые состоят из отдельных частей и элементов и обладают целостным характером функционирования. Свойства и функции системы объектов не сводятся непосредственно к сумме свойств и функций составляющих их элементов. Они обладают новыми функциями и свойствами, которых может и не быть у отдельных элементов. В дальнейшем сложные объекты и технологические процессы их изготовления будем рассматривать как технические системы (ТС) или Т-системы. ТС в САПР определяются пятью характеристиками:

T={H,F,S,U,Z}

H — связи системы с окружающей средой,

F — набор выполняемых функций,

S — структура системы,

U — история функционирования и развития системы,

Z — совокупность функциональных и структурных свойств системы. Данные характеристики относятся к числу системных и определяют наиболее существенные черты в строении и функционировании сложных объектов и процессов. Для того, чтобы техпроцессы и процессы проектирования можно было бы отнести к категории системных, необходимо показать, что они обладают указанными системными характеристиками. Техпроцесс можно рассматривать как часть производственного процесса, связанного с качественным изменением состояния объектов производства. В этом определении подчеркивается целостность производства и его функция. Большое внимание изучению связей элементов ТП позволяет понять сущность и назначение процесса. Под структурой ТП можно понимать строение процесса, обеспечивающее определенную связь и сочетание основных и

вспомогательных переходов и потоков. Таким образом, ТП со стороны целостности характеризуется как относительная обособленная часть производственного процесса связанная с другими ее частями, со стороны функции — как процесс качественного и количественного преобразования объекта производства из состояния заготовок в состояние готовых деталей, со стороны структуры — как совокупность взаимосвязанных операций и переходов. Аналогичными системными характеристиками обладают процессы проектирования. Так, функция проектного процесса заключается в преобразовании сведений о деталях в наиболее рациональное для заданных условий технологический процесс их изготовления. Структура процессов проектирования на САПР характеризуется совокупностью моделей и алгоритмов описывающих информационные, логические и функциональные связи проектных операций, процедур и модулей.

Важной системной характеристикой САПР ТП является ее история, включающая накопленный и обобщенный опыт проектирования, изменения и усовершенствования структуры алгоритмов и программ, выбора решений. История Т-системы описывает свойства и режим эксплуатации ,а также ее состояние после ремонта, модернизации и в текущий момент времени. Процессы, обладающие совокупностью указанных свойств, рассматриваются как системные. Это дает возможность при разработке методов анализа и синтеза процессов опираться на аппарат кибернетики и теорию систем. По сравнению с традиционными методами системный подход позволяет на единой методологической основе разрабатывать методы проектирования систем, строить модели и формализованные языки их описания, а также осуществлять проектирование САПР ТП как сложной

человеко-машинной системы.