Введение в проектирование систем

Основные вопросы:

- место моделирования в проектировании систем;

- классы автоматических и автоматизированных систем;

- архитектура АИС;

- классификация АИС;

- модели жизненного цикла АИС;

- методологии и технологии проектирования АИС.

 

В прошлом семестре мы рассмотрели вопросы моделирования систем различной природы, а теперь займемся проектированием систем и определим роль и место моделирования в этом процессе.

Моделирование – процесс разработки объекта любой природы, способного адекватно заместить некоторую часть реального мира или некоторый воображаемый образ.

Модель – это объект любой природы, эквивалентный с требуемой точностью некоторой части реального мира или воображаемому образу.

Как видим, моделировать можно как объективную реальность, так и объект, которого на момент моделирования еще не существует, а о нем имеется только некоторый воображаемый образ.

Для обеспечения высокого качества создаваемой модели, с высокой точностью отражающей структурные, функциональные, поведенческие и/или исторические аспекты существования некоторой части реального мира или воображаемого образа, целесообразно процесс моделирования разбить на два больших этапа:

1. Формирование системы – представление некоторой части реального мира или воображаемого образа в виде целостного (статического, изменяемого или эволюционирующего) объекта, четко выделенного из среды (имеющего достаточно точные границы) и взаимодействующего со средой по определенным правилам путем обмена веществом, энергией и информацией. Поэтому система является первой (наиболее общей) моделью некоторой части реального мира или воображаемого образа. Например, для разрешаемой проблемы в качестве системы выступает постановка задачи, которую необходимо решить для конкретных исходных значений. Вследствие высокой общности система мало информативна, но при разработке более точной модели она не должна нарушаться, т.к. созданная модель перестанет быть адекватной некоторой части реального мира или воображаемому образу.

2. Разработка модели системы – создание модели с требуемой точностью отражающей структурные, функциональные, поведенческие и/или исторические аспекты существования системы. Например, моделью некоторой задачи является алгоритм, точно специфицирующий процесс ее решения.

Так как моделируемая часть реального мира или воображаемый образ могут являться объектами любой природы, структуры и функциональности, то существует достаточно большое разнообразие и видов моделей.

Теперь рассмотрим сущность, цели и задачи проектирования систем.

Проектирование системы – это процесс разработки проектной документации на создание системы.

Проект – комплект конструкторской и технологической документации на создание объекта или системы, определяющий что, из чего и как должно быть создано. Следовательно, проект также является определенным видом модели, отражающим процесс создания конкретной системы или систем определенного типа.

Таким образом, моделирование является основой проектирования систем, используемой для точной спецификации системы и процесса ее создания.

Для рассмотрения процесса проектирования систем рассмотрим основные классы интересующих нас систем, их особенности, основные характеристики, функциональность и структуру.

Все системы, функционирующие в компьютерах и компьютерных сетях, можно разделить на 2 больших класса: автоматизированные и автоматические.

Автоматизированной называется система, неотъемлемой частью которой (ЛПР), является человек. Следовательно, без человека, без получения от него указаний о том, как поступать в тех или иных ситуациях, автоматизированная система функционировать не может.

Автоматической является система, способная функционировать без участия человека. С такой системой человек может взаимодействовать, т.к. система самостоятельно принимает решения и их исполняет, а человек, в лучшем случае, может что-то советовать, как ей поступать в различных ситуациях.

В зависимости от решаемых задач компьютерные системы подразделяются на информационные системы, системы управления, системы проектирования и др.

Информационной является система (ИС), обеспечивающая сбор, хранение, обработку и выдачу информации пользователям. Основными функциями (операциями) в ИС являются ввод (добавление) новых данных, модификация и удаление существующих данных, организация и хранение больших объемов информации, а также выборка, передача и вывод (предоставление пользователям) данных, удовлетворяющих определенным требованиям (критерию поиска).

Автоматизированной информационной системой (АИС) называется ИС, реализованная на компьютере или в компьютерной сети, неотъемлемой частью которой является человек.

Автоматической информационной системой называется ИС, реализованная на компьютере или в компьютерной сети и способная самостоятельно (автоматически) осуществлять сбор информации с датчиков и выдавать ее в определенной форме пользователям при возникновении определенных ситуаций или в определенные моменты времени. В такой системе человек выступает только потребителем информации.

Системой управления или кибернетической системой ( КС ) называется система способная изменять свое состояние под действием управляющих воздействий. Управление – это целенаправленное воздействие на состояние и поведение системы, ведущее к достижению поставленной цели.

Сущность и основные чертыКС:

- наличие движения – всякое изменение системы во времени;

- управляемость – способность системы изменять свое движение под влиянием различных управляющих воздействий;

- дезорганизация и потеря устойчивости – под влиянием воздействий внешней среды и различных внутренних факторов система постепенно теряет свою организованность, что необходимо приводит к ее уничтожению;

- основная задача управления – осуществление выбора предпочтительного движения для достижения требуемой цели и содействие его реализации, сопровождаемые сохранением организованности и устойчивости системы.

В общем виде управление представляет собой циклический процесс из последовательности 6 шагов: восприятия, распознавания, анализа, предсказания, принятия решения и исполнения.

Таким образом, основной сущностью КС является анализ сложившейся ситуации, принятие решения, выработка управляющего воздействия и его исполнение. Т.к. для отражения текущей ситуации, ее анализа и принятие решения в КС необходим сбор и обработка информации, то ее основой является ИС.

Автоматизированной системой управления (АСУ) называется КС, в которой принимает решения человек (ЛПР). К этому же классу систем относятся информационно-советующие системы, предоставляющие человеку несколько возможных решений и, возможно, их последствий из которых ЛПР выбирает наиболее предпочтительное (эффективное, качественное и т.д.).

Системой автоматического управления (САУ) называется КС, самостоятельно принимающая и реализующая управленческие решения.

Системой проектирования называется система, предназначенная для определения архитектуры, компонентов, интерфейса и других характеристик создаваемой системы или её частей.

Системой автоматизированного проектирования (САПР) называется система, позволяющая проектировщику в интерактивном режиме взаимодействия с компьютером конструировать новый объект с требуемыми характеристиками, моделировать его поведение и, возможно, разрабатывать процесс его создания.

Автоматической системой проектирования называется система, способная по заданному набору характеристик и их значений без участия человека (автоматически) сконструировать требуемый объект.