Графические способы функционального описания систем
Модуль 2. Методы описания и моделирования систем
Лекция 6
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ
Изучение любой системы предполагает создание модели системы, позволяющей произвести анализ и предсказать ее поведение в определенно диапазоне условий, решать задачи анализа и синтеза реальной системы. В зависимости от целей и задач моделирования оно может проводиться на различных уровнях абстракции.
Модель – описание системы, отражающее определенную группу ее свойств.
Описание системы целесообразно начинать с трех точек зрения: функциональной, морфологической и информационной.
Всякий объект характеризуется результатами своего существования, местом, которое он занимает среди других объектов, ролью, которую он играет в среде. Функциональное описание необходимо для того, чтобы осознать важность системы, определить ее место, оценить отношения с другими системами.
Функциональное описание (функциональная модель) должно создать правильную ориентацию в отношении внешних связей системы, ее контактов с окружающим миром, направлениях ее возможного изменения.
Функциональное описание исходит из того, что всякая система выполняет некоторые функции: просто пассивно существует, служит областью обитания других систем, обслуживает системы более высокого порядка, служит средством для создания более совершенных систем.
Как нам уже известно, система может быть однофункциональной и многофункциональной.
Во многом оценка функций системы (в абсолютном смысле) зависит от точки зрения того, кто ее оценивает (или системы, ее оценивающей).
Функционирование системы может описываться числовым функционалом, зависящем от функций, описывающих внутренние процессы системы, либо качественным функционалом (упорядочение в терминах «лучше», «хуже», «больше», «меньше» и т.д.)
Функционал количественно или качественно описывающий деятельность системы называют функционалом эффективности.
Функциональная организация может быть описана:
ü вербально (словесно),
ü таблично,
ü посредством временных диаграмм функционирования,
ü графически,
ü алгоритмически,
ü аналитически.
Описание должно соответствовать концепции развития систем определенного класса и удовлетворять некоторым требованиям:
– должно быть открытым и допускать возможность расширения (сужения) спектра функций, реализуемых системой;
– предусматривать возможность перехода от одного уровня рассмотрения к другому, т.е. обеспечивать построение виртуальных моделей систем любого уровня.
При описании системы будем рассматривать ее как структуру, в которую в определенные моменты времени вводится нечто (вещество, энергия, информация), и из которой в определенные моменты времени нечто выводится.
В самом общем виде функциональное описание системы в любой динамической системе изображается семеркой:
Sf = {T, x, C, Q, y, φ, η}, где
T – множество моментов времени;
х – множество мгновенных значений входных воздействий;
С = {c: T → x} – множество допустимых входных воздействий;
Q – множество состояний;
y – множество значений выходных величин;
Y = {u: T → y} – множество выходных величин;
φ = {T×T×T×c → Q} – переходная функция состояния;
η:T×Q → y – выходное отображение;
с – отрезок входного воздействия;
u – отрезок выходной величины.
Такое описание системы охватывает широкий диапазон свойств.
Недостаток данного описания – трудность интерпретации и практического применения. Функциональное описание должно отражать такие характеристики сложных и слабо познанных систем как параметры, процессы, иерархию.
Графические способы функционального описания систем
Часто при анализе и синтезе систем используется графическое описание, разновидностями которого являются:
– дерево функций системы,
– стандарт функционального моделирования IDEF0.
Все функции, реализуемые сложной системой, могут быть условно разделены на три группы:
– целевая функция;
– базисные функции системы;
– дополнительные функции системы.
Целевая функция системы соответствует ее основному функциональному назначению, т.е. целевая (главная) функция отражает назначение, сущность и смысл существования системы.
Основные функции отражают ориентацию системы и представляют собой совокупность макрофункций, реализуемых системой. Эти функции обусловливают существование системы определенного класса. Основные функции – обеспечивают условия выполнения целевой функции (прием, передача приобретение, хранение, выдача).
Дополнительные (сервисные) функции расширяют функциональные возможности системы, сферу их применения и способствуют улучшению показателей качества системы. Дополнительные функции – обеспечивают условия выполнения основных функций.
Описание объекта на языке функций представляется в виде графа.
Рис. 6.1 – Описание объекта на языке функций в виде графа
Формулировка функции внутри вершин должна включать 2 слова: глагол и существительное «Делать что».
Дерево функций системы представляет декомпозицию функций системы и формируется с целью детального исследования функциональных возможностей системы и анализа совокупности функций, реализуемых на различных уровнях иерархии системы. На базе дерева функций системы осуществляется формирование структуры системы на основе функциональных модулей. В дальнейшем структура на основе таких модулей покрывается конструктивными модулями (для технических систем) или организационными модулями (для организационно-технических систем). Таким образом, этап формирования дерева функций является одним из наиболее ответственных не только при анализе, но и при синтезе структуры системы. Ошибки на этом этапе приводят к созданию «систем-инвалидов», не способных к полной функциональной адаптации с другими системами, пользователем и окружающей средой.
Исходными данными для формирования дерева функций являются основные и дополнительные функции системы.
Формирование дерева функций представляет процесс декомпозиции целевой функции и множества основных и дополнительных функций на более элементарные функции, реализуемые на последующих уровнях декомпозиции.
При этом каждая из функций конкретно взятого i-ого уровня может рассматриваться как макрофункция по отношению к реализующим ее функциям на (i+1)-го уровня, и как элементарная функция по отношению к соответствующей функции верхнего (i-1)-го уровня.
Описание функций системы с использованием IDEF0-нотации основано на тех же принципах декомпозиции, но представляется не в виде дерева, а набора диаграмм.