Системотехника. 
Теория транспортных процессов и систем

Системотехника — направление науки и техники, охватывающее проектирование, создание, испытание и эксплуатацию сложных систем технического и социально-технического характера. Она является прикладным направлением теории систем и сформировалась к началу 1960;х годов в результате потребности в реализации сложных электронных и программных систем в военной и космической промышленности. По сути системотехника является техническим приложением системного подхода.

Основное направление приложения системотехники к сложным человеко-машинным системам определил объект системотехники — системотехнические комплексы (СТК). Особенностью данного объекта является его существенная неоднородность, наличие и чисто технических компонентов, и людей: руководителей и персонала. Таким образом, предметом системотехники является обеспечение полного «жизненного цикла» систем (проектирование, испытание, производство, эксплуатация и ликвидация). При этом все-таки основное внимание уделяется проектированию систем, которое включает и методологию поиска системных характеристик СТК, и методы формирования эффективной системы процедур проектирования.

При проектировании сложных систем в соответствии с положениями системотехники можно выделить пять стадий: предварительное исследование, создание модели системы, исследование этой модели, проектирование и конструирование прототипа. Четкая граница между разными стадиями отсутствует, и проектировщики могут повторно рассмотреть всю задачу на любой стадии разработки (принцип последовательно-параллельного решения задачи).

Предварительное исследование посвящается изучению граничных условий задачи и желаемых характеристик различных подсистем, а также экономической стороне проекта. Точно формулируются назначение системы и основные требования к ней. Изучаются источники информации и аналогичные системы, включая влияние на них внешних условий и помех. Наконец, оценивается совместимость системы с условиями окружающей среды и экономическими требованиями.

На второй и третьей стадиях создается модель системы и проводится ее компьютерное моделирование, позволяющее оценить влияние каждой подсистемы на работу остальных. Оценивается также влияние различных параметров на эффективность системы. На последних двух стадиях разработка завершается, причем используется широкий диапазон научных и технических знаний и средств. После завершения проектирования строится прототип системы. Если испытания прототипа проходят успешно, то делается вывод о завершении разработки системы.

Стадии разработки системы принято делить на два уровня: макропроектирование (внешнее проектирование), в процессе которого решаются функционально-структурные вопросы системы в целом, и микропроектирование (внутреннее проектирование), связанное с разработкой элементов системы как физических единиц.

Макропроектирование начинается с формулировки проблемы, которая включает в себя по крайней мере три основных раздела: определение целей создания системы и круга решаемых ею задач; оценку действующих на систему факторов и определение их харакгеристик; выбор показателей эффективности системы. Цели и задачи системы определяют исходя из потребностей их практического использования, с учетом тенденций и особенностей технического прогресса, а также экономической целесообразности. Существенное значение при этом имеет опыт применения имеющихся аналогичных систем, а также четкое понимание роли проектируемой системы в бизнес-процессе организации. Для оценки внешних и внутренних факторов, действующих на систему, помимо опыта эксплуатации аналогичных систем используют статистические данные, полученные в результате специальных экспериментальных исследований. В качестве показателей эффективности выбирают числовые характеристики, оценивающие степень соответствия системы задачам, поставленным перед ней. Материалы по изучению целей и задач и результаты проведенных экспериментов используют для обоснования технического задания на разработку системы.

В описанном выше процессе всегда приходится идти на компромисс между требованиями к разным подсистемам и их характеристиками, поэтому при проектировании сложной системы специалист, работающий над какой-либо подсистемой, должен быть осведомлен как о системе в целом, так и о проблемах, возникающих при разработке остальных подсистем. Такой подход, при котором тщательно исследуются и моделируются все части системы в их взаимосвязи, часто позволяет выявить способы оптимизации и упрощения системы в целом. Обычно это приводит к системе, которая оказывается эффективнее, дешевле и надежнее системы, спроектированной без применения такого подхода.

Рассмотрим общую структуру СТК, отдельные системы которого включают как технические компоненты, так и взаимодействующий с ними персонал. Эта структура приведена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Базовая структура СТК.

Основу СТК составляет операционная (производственная) система, обеспечивающая в соответствии со своим назначением решение необходимого круга технологических задач по производству какого-то продукта или услуги. В состав операционной системы входят совокупность технических средств, требующихся для реализации необходимых технологических операций, энергия, материалы, персонал. Ведущую роль среди других систем играет управляющая система, которая обеспечивает необходимый уровень организации всех процессов в СТК. Обслуживающая система обеспечивает реализацию мероприятий, цель которых состоит в том, чтобы, во-первых, минимизировать темп потери работоспособности технических компонентов системы и, во-вторых, при утрате работоспособности восстановить ее в максимальной возможной степени за время не более допустимого. Обеспечивающая система служит для реализации таких процедур, которые создают необходимые условия для использования системы.

Информационные связи (тонкие линии) и вещественно-энергетические связи (толстые линии) в совокупности составляют еще одну подсистему СТК — систему коммуникаций, основная задача которой состоит в перемещении элементов в пространстве между сообщающимися компонентами СТК.

Координация действий всех приведенных систем, формирование целевых установок и обеспечение внешних связей являются основными задачами координирующей системы. Эта система по существу является управляющей системой следующего иерархического уровня и представляет высший уровень руководства (топ-менеджмент).

Любой СТК функционирует в некоторой среде. В частности, ею может являться и система более высокого уровня, в которую данный СТК входит составной частью. Потребляющая система является одной из подсистем внешней среды. Ее выделение целесообразно, так как она наиболее тесно связана с СТК, оказывает на него определяющее влияние и обычно весь смысл функционирования данного СТК сводится к удовлетворению требований потребляющей системы.

Контрольные вопросы

• 1. Назовите основные задачи общей теории систем и ее место в структуре системологии.
• 2. Раскройте понятие системы. Приведите примеры систем из окружающей области, из транспортной деятельности.
• 3. Назовите категории строения системы.
• 4. Назовите категории окружения системы.
• 5. Назовите категории цели, состояния и процессов.
• 6. Приведите классификацию систем.
• 7. Приведите основные свойства систем.
• 8. Дайте понятие о системном подходе.
• 9. Назовите основные принципы и этапы системного анализа.
• 10. Что такое системотехника? Опишите структуру системотехнического комплекса.