Методы проектирования МС

Для деления методов проектирования на группы существую различные критерии :

- по степени автоматизации проектирования:

- по принятой методологии процесса разработки МС;

- по методам исследования МС;

- по направлению проектирования МС;

- по стратегии внедрения МС.

По степени автоматизации методы проектирования делятся на :

- методы традиционного ( бумажного) проектирования (используется при разработке небольших и несложных МС прикладного характера с небольшим количеством разработчиков);

- методы автоматизированного проектирования (используется при разработке больших и сложно структурированных МС с большим количеством разработчиков для уменьшения затрат на проектные работы, сокращения их сроков, создания типовых алгоритмов и программ, многократно тиражируемых для различных разработок, стандартизации и т.д.)

По принятой методологии процесса анализа и разработки:

- системный анализ - система рассматривается во взаимосвязи со средой и другими системами ( рассматриваются такие свойства, как интегративностъ - системообразующий фактор, учитывающий как цель создания системы, так и связь её с надсистемами, в интересах которых создается проектируемая система; единство противоположностей компонентов- компоненты, несовместимые с системой, отторгаются системой; внутреннюю организацию и способы взаимосвязи и взаимодействия компонентов; поведение системы обязательно должно рассматриваться в динамике; целесообразность - цель является одним из главных системных факторов и определяет локальные цели компонентов; связи системы с внешней средой, что является необходимым условием существования системы; способность к управлению и самоуправлению и т.д.)

- структурное проектирование (четко описывается структура МС, используется модульное проектирование, проводится последовательное разложение задачи на достаточно простые составляющие, информационно-логическое и функциональное моделирование используются структурные схемы, и т.д.).

По методам исследования МС:

- метод анализа МС;

метод синтеза МС.

Среди задач, возникающих в связи с исследованием и проектированием сложных МС, можно выделить два основных класса: 1) задачи анализа, связанные с изучением свойств и поведения системы в зависимости от ее структуры и значений параметров, и 2) задачи синтеза, сводящиеся к выбору структуры и значений параметров, исходя из заданных свойств системы.

Другими словами, при решении задач анализа считаются известными структура МС и значения всех ее конструктивных параметров. Требуется вычислить значения функциональных характеристик системы (показателей эффективности, надежности, помехозащищенности и т. д.) для фиксированного набора начальных состояний и условий функционирования (воздействий внешней среды), а также оценить устойчивость системы при заданных возмущениях (например, построить область устойчивости в пространстве параметров системы).

Наоборот, при решении задач синтеза предполагаются заданными требуемые значения функциональных характеристик МС (показатели эффективности, надежности, помехозащищенности и других свойств), а также область устойчивости. Требуется выбрать структуру системы и такие значения параметров (из области устойчивости), чтобы получить требуемые значения функциональных характеристик. Нередко задача синтеза ставится как экстремальная задача. В простейшем случае речь идет о выборе такой структуры и таких значений параметров (естественно, из области устойчивости), при которых показатель эффективности имел бы максимум или минимум (в зависимости от смысла показателя), с учетом ограничений, налагаемых на остальные показатели (надежности, помехозащищенности и т. д.). Наиболее популярны два метода:

1. Расчет показателей эффективности и других, связанных с ними функциональных характеристик системы при помощи формул и уравнений, относящихся к данному узкому классу систем (например, систем массового обслуживания, сетей автоматов или систем, описываемых дифференциальными уравнениями);

2. Расчет показателей эффективности и других функциональных характеристик по результатам моделирования МС на ЭВМ (для систем общего вида, не относящихся к упомянутым узким классам).

Более важно то, что тем или другим способом задача анализа сложной системы всегда может быть решена, если имеются все необходимые данные для расчета. Этого никак нельзя сказать о задачах синтеза сложной системы. Наоборот, в настоящее время почти нет методов, позволяющих строго формально решать задачи синтеза. Исключение составляет случай конечных автоматов (одного из узких классов систем), для которых развиты формальные методы синтеза. Однако эти методы существенным образом опираются на специфические свойства данного узкого класса систем (на свойство конечности множеств состояний) и не могут быть непосредственно обобщены на другие классы систем, тем более на общий случай.

Поэтому на практике пользуются различными неформальными приемами синтеза сложных систем. По существу все они, в конечном счете, сводятся к так называемому перебору вариантов или «синтезу через анализ». Суть его состоит в том, что, приступая к синтезу системы, исследователь намечает некоторый «первоначальный» вариант системы (ее структуры и значений параметров). Этот вариант известными методами анализа подвергается всестороннему обследованию — определяются показатели эффективности, надежности, помехозащищенности и др., строится область устойчивости в пространстве параметров и т. д.

Результаты анализа «первоначального» варианта системы сравниваются с заданными значениями показателей, которые желательно получить при синтезе. Как правило, «первоначальный» вариант не является полностью удовлетворительным, в том смысле, что между заданными и полученными значениями функциональных характеристик имеется существенная разница. Тогда может быть намечен другой вариант системы с учетом опыта выбора «первоначального». Этот новый вариант также подвергается всестороннему анализу. Если и его функциональные характеристики оказываются неподходящими, намечается третий вариант и т. д.

По мере обследования вариантов системы накапливаются сведения, весьма ценные для синтеза. Сюда в первую очередь относятся тенденции в поведении тех или других показателей при изменении значений параметров системы. Эти тенденции распознаются не только умозрительно; здесь оказываются полезными такие приемы математической статистики, как факторный и регрессионный анализ, а также методы интерполяции и экстраполяции случайных последовательностей. Приближенные зависимости функциональных характеристик от параметров системы используются для целенаправленного перехода к более удовлетворительным вариантам синтезируемой системы.

Подходы типа неформального перебора вариантов применяются не только при решении полной задачи синтеза системы. Они могут принести пользу и в случаях, когда по результатам анализа некоторых частных свойств и характеристик системы или ее составных частей необходимо получить конкретные практические рекомендации.

По направлению проектирования МС разделяются на :

-проектирование сверху/вниз;

- проектирование снизу/вверх.

При проектировании сверху вниз сначала разрабатывается общая модель и схемы МС, затем они детализируются.

При проектировании снизу/вверх сначала проектируются модули системы, затем принимается решение о методах их интеграции в единую систему и разрабатываются общие схемы.

По стратегии внедрения МС:

- ориентация на существующую структуру технологического процесса;

- разработка новой структуры технологического процесса.

Первая концепция ориентируется на существующую структуру технологического процесса - МС приспосабливается к организационной структуре, и происходит лишь модернизация методов работы. Рационализуются только рабочие места. Происходит распределение функций между техническими работниками и специалистами. Степень риска от внедрения МС минимально, так как затраты незначительны и организационная структура процесса не меняется. Недостаток– необходимость приспособления МС к конкретным технологическим методам и техническим средствам. Невозможность создания «идеальной» МС из-за ограничений существующего процесса. Достоинства - минимальные степень риска и затраты.

Вторая концепция ориентируется на будущую структуры технологического процесса. Существующая структура будет модернизироваться под «идеальную» МС. Недостатки :существенные затраты на первом этапе, связанном с разработкой общей концепции и обследованием всех процессов; наличие психологической напряженности, вызванной предполагаемыми изменениями структуры и, как следствие, изменениями штатного расписания и должностных обязанностей. Достоинства: рационализация организационной структуры; максимальная занятость всех работников; максимальная производительность МС, долгий срок службы.