Шпаргалка по "Системному анализу"

1. Системный подход и системный анализ. Определение понятия системы.

Системный подход – направление  методологии научного познания, в  основе которого лежит рассмотрение объектов как систем.

Системный анализ – совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования  решений по сложным проблемам  научного и технического характера

Системный подход в менеджменте  качества представляет собой методологический принцип, реализуемый при исследовании, проектировании и эксплуатации систем качества путем применения взаимосвязанных  и взаимно друг друга обусловливающих  методов системного синтеза и  системного анализа объектов менеджмента  качества

Системный анализ объектов в менеджменте  качества представляет собой метод, применяемый при исследовании, проектировании и эксплуатации любых объектов системы  качества, при котором объект разлагается  на составные части (элементы) с помощью  методов структурного, информационного, функционального, иерархического и  математического анализа с применением  информационных технологий для принятия оптимального решения в отношении  этого объекта

Системный синтез объекта в менеджменте  качества представляет собой метод, применяемый при исследовании, проектировании и эксплуатации любых объектов системы  качества, при котором объект рассматривается  как система, т.е. как целостная  совокупность элементов, находящихся  в определенных отношениях (связях) друг с другом и окружающей средой

Система -совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих элементов

Понятия, входящие в систему:

Элемент – предел членения системы  с точки зрения аспекта рассмотрения системы, решения конкретной задачи, поставленной цели

Связь – ограничение степени  свободы элементов. Связи можно  характеризовать направлением, силой, характером, местом приложения и др. Особенно важной характеристикой отношений  и связей является их сила или мощность

Понятие «цель» и связанные с  ним понятия «целесообразности», «целенаправленности» лежит в основе развития системы. В зависимости от стадии познания объекта (этапа системного анализа) в понятие «цель» вкладываются различные оттенки от идеальных, философских (цель – выражение активности сознания) до конечных результатов процесса, формируемых в терминах конечного продукта деятельности.

Целостность. Если каждая часть системы так соотносится с другой каждой ее частью, что изменение в некоторой части вызывает изменение во всех других частях и во всей системе в целом, то говорят, что система ведет себя как целостность или как некоторое связанное образование. Объект называется целостным в тех случаях, когда он рассматривается как состоящий из частей, которые не существуют и не могут быть зафиксированы по отдельности вне их соотношения друг с другом.

2. Структурный анализ систем. Понятие о структуре. Методы описания структур систем. Анализ структуры системы.

Структура – это то, что отражает взаимосвязи, взаиморасположение основных частей системы, ее устройство.

Основные методы описания структур систем:

1. структурные блок – схемы.  Если изобразить систему как  совокупность блоков, осуществляющих  некоторые функциональные преобразования  и связи между ними, то получим  структурную схему в обобщенном  виде описывающую структуру системы  (рис.3.1 системный анализ).

2. граф – структуры. Структурная  блок – схема с трудом поддается  формализации и анализу, поэтому  для формализованного описания  структуры систем и осуществления  их мат.анализа применяется теория графов. Граф – пара G=(A,В), где А – множество вершин, В – множество ребер их соединяющих. Различают – отмеченный граф (с пронумерованными вершинами). Если граф отмечен, то ребро задается парой (i,j), в которой i и j номера(имена) смежных вершин. Ориентированный граф – если все ребра графа заданы упорядоченными парами (i,j) в которых порядок расположения номеров смежных вершин имеет значение. Геометрически графы изображают в виде диаграмм, на которых вершины отображаются точками (кружочками), а ребра отрезками. Ориентированное ребро – отрезок со стрелкой.

Описание структуры системы  в виде графа дает возможность  провести анализ ее структуры и оценить  ее качество. Анализ элементов. При исследовании структуры особое значение имеет выделение изолированных (не связаны ни с одним из ребер графа), висячих(вход) (соответствуют вершинам, в которые нельзя попасть ни из одной другой вершины)  и тупиковых (выход) (соответствуют вершинам, из которых нельзя попасть в другие вершины графа) вершин графа. Анализ связей. Исследование связей между элементами структуры направленно на выявление в графе петель, контуров, сильносвязанных подграфов ( если все входящие в него вершины взаимодостижимы, т.е. из любой вершины полграфа можно попасть в любую другую вершину). Диаметр структуры. Пусть длина минимального пути между висячей вершиной i и тупиковой вершиной j, равная числу ребер, составляющих этот путь. Тогда диаметр структуры

, где I,J множество висячих и тупиковых вершин графа соответственно. Диаметр характеризует максимальное число связей, разделяющих входные и выходные элементы структуры. По диаметру можно судить о предельных параметрах системы ( надежность, длительности задержки сообщений, идущих от висячих к тупиковым вершинам)

Связность. – наименьшее число вершин, удаление которых из графа приводит к несвязному (содержащему изолированные вершины) или тривиальному (состоящему из одной вершины) графу. Реберная связность – наименьшее число ребер, удаление которых приводит к несвязному или тривиальному графу. Степень централизации – (критерий качества структуры) применяется для оценки неравномерности загрузки элементов структуры путем вычисления индекса центральности β.

    β=1 (структура с максимальной  степенью централизации)

Сложность. Сложность структуры – сложность анализа ее свойств. Если функционирование системы представить себе как процесс переработки входных воздействий в выходные, направленные соответственно от входных элементов системы к выходным, то можно предположить, что изучать свойства этого процесса будет тем труднее, чем разнообразнее пути, ведущие от входа к выходу системы. Взяв это предположение за основу показатель (критерий) сложности структуры можно вычислить по формуле , где m – число висячих и тупиковых вершин в графе структуры; ρ – число различных путей, ведущих из i – висячей вершины в j – ую тупиковую вершину. 

3. Информационный анализ систем. Построение информационной модели системы.

Информационный анализ системы – метод расчленения системы на составляющие элементы с определением входов, управляющих воздействий, выходов, ресурсов, через которые осуществляется взаимосвязь и взаимодействие этих элементов друг с другом и окружающей средой. Результатом такого анализа должна быть информационная модель системы, дающая возможность организовать измерение характеристик и оценку качества процессов, действующих в системе.

Процесс – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих видов деятельности, преобразующая входы в выходы. Вход – материалы, информация, преобразованная процессом для создания выхода. Выход – результат преобразования входа, включающий то, что соответствует требованиям, то, что несоответствует, отходы, информацию о процессе. Управление – методы, планы, стандарты, стратегия, законодательство. Ресурсы – люди, оборудование, программы ЭВМ, помещения, и т.д. Хозяин процесса – лицо, несущее полную ответственность за процесс и наделенное полномочиями в отношении этого процесса.

Построение информационной модели системы (ИМС). ИМС является дальнейшей конкретизацией графической модели процесса. В ИМС раскрывается содержание входа, выхода, ресурсов, управления, которые  обычно представляют собой не одну, а множество значений. Последовательность построения:

• наименование процесса
• описание выходных потоков и их потребителей
• идентификация входных потоков и их поставщиков
• определение управляющих воздействий и необходимых ресурсов.

4. Функциональный анализ систем. Определение и описание функций систем. SADT-методология моделирования систем.

Функция – проявление свойств системы  в виде действия или состояния. (лампа – освещать объекты, экскаватор – зачерпывать, выгружать)

В системном  анализе различают качественное (словесное) и формализованное (математическое) описание функций. Формализованное описание функций обеспечивает четкое определение самой функции, устраняются потери важной инфо при формулировании функций, создается возможность компьютеризации функционального анализа. Описание функций в слабоформализованном виде представляет собой описание потребителей в системе. F=P=(D,G,H,C), где Р – потребность в системе (краткое описания назначения системы), D – действие, производимое системой и приводящее к желаемому результату, G – описание объекта или предмета обработки на которое направленно действие, Н – описание особых условий и ограничений, при которых выполняется действие, С – описание желаемых целей к которым приводят функционирование системы. Можно применять неполную формулу F=(D,G,H), F=(D,G), и др. Пример, наименование системы мельница, D – размалывание, G – зерна, Н – на муку. Словесное описание D,G,H приводит к неоднозначности в понимании функций разными специальностями, что затрудняет использование формулы при компьютеризации, поэтому предпочтительно более формализованное описание. Для более формализованного описания D,G,H в формуле используются специальные словари, классификаторы, т.е. специальные терминология, установленная в данной предметной области. Пример, наименование системы – виброзащитная система, D – виброизоляция, Н – в диапазоне частот от 0,5 до 100 Гц твердых объектов, массой до 100 кг. Описание функций в сильноформализованном виде отождествляется с понятием физической операции. F=Q=(A_m,E,C_m), Q – физичиская операция, А,С – входной и выходной поток (фактор) вещества, энергии или сигнала, Е – наименование операции по превращению А в С (операция Колера). Описание в формуле отвечает на вопросы «что?»(А), «как?» (Е), «во что?» (С) преобразуется с помощью функции F. Пример, наименование – светильник, А – эл.ток, Е – преобразование, С – световой поток. Описание входного и выходного потоков должно содержать – наименование потоков, качественную характеристику потока (поток – эл.ток, качественная характеристика – переменный), основную физическую величину, характеризующую поток, количественную характеристику потока (значение физических величин или диапазон их изменения). Для описания Е используют таблицу Колера, в которой описаны пары операций (излучение – поглощение, увеличение – уменьшение).

Описание  системы в виде функций и их отношений между собой называется ее функциональной моделью. Любая функция системы по методологии SADT представляется графически в виде блока

SADT – модель системы – набор взаимосвязанных диаграмм в виде древовидной структуры. SADT – модель системы строится на основе положений:

1. общая  функция системы (см.рис. выше) на верхней (корневой) диаграмме последовательно детализируется на нижних диаграммах.

2. каждая  из диаграмм состоит из блоков  и дуг. Блоком изображается  функция (процесс) системы.

3. блоки  на диаграмме не размещаются  случайным образом, а имеют  доминирование, т.е. размещаются  с учетом их важности. Доминирование  здесь – влияние, которое один  длок оказывает на другой.

4. в  одной диаграмме рекомендуется  размещать не менее 3 – х и не более 6 – ти блоков.

SADT – модель развивается в процессе декомпозиции. Декомпозиция – процесс создания диаграммы, детализирующий определенный блок и связанные с ним дуги. Декомпозиция прекращается, когда нижний уровень достаточно детализирован для достижения цели моделирования.

5. Иерархический анализ систем. Построение иерархии системы. Матрица парных сравнений. Определение вектора приоритетов элементов иерархии.

Иерархический анализ систем – метод исследования взаимоотношений и взаимодействия элементов системы, их воздействие на систему в целом на основе применения анализа иерархии Саати. Структура многих систем можно отнести к иерархическому типу, поэтому для их исследования применяют методы иерархического анализа.

Построение иерархии: формулируется решаемая проблема, для ее решения строится иерархия, включающая цель, расположенную в ее вершине (фокус), промежуточные уровни (критерии, процессы) и альтернативы (искомые решения), формирующие самый низкий иерархический уровень (рис.10.1 мирошников). Первые верхний уровень имеет одну цель: эффективность и конкурентоспособность организации (цель располагается на вершине иерархии, в фокусе). На втором промежуточном уровне располагаются заинтересованные стороны организации: поставщики, партнеры, потребители. На последнем уровне располагаются альтернативы – основные группы, существующих в организации процессов (бизнес – процессы, процессы в подразделениях). Цель третьего уровня – удовлетворение нужд и ожиданий заинтересованных сторон.

После построения иерархии производится сравнение значимости ее элементов. Сравнение производят с помощью матриц парных сравнений: , где К – номер вышестоящего уровня иерархии; N – число элементов на к+1 уровне иерархии, i, j – порядковые номера элементов соответственно в строке и столбце матрицы, i,j=1,2,…,N; n – номер элемента () на к-ом уровне относительно которого определены оценки  элементов нижестоящего к+1 уровня иерархии.

После заполнения матрицы производится ранжирование элементов (к+1) уровня иерархии. Это ранжирование осуществляется на основании вектора приоритетов. , которая определяется как главный собственный вектор матрицы парных сравнений из следующего равенства , где - максимальное собственное значение матрицы . В математике существуют разные методы вычислений собственных векторов матрицы А В иерархическом анализа наиболее пригодны 2 : метод последовательных приближений (более точный, вычисляется на компьютере), метод усреднения по нормализованным столбцам (позволяет приближенно оценить составляющие вектора).

1. САПР контрольно-испытательных технологий. Определение, структура, виды обеспечения.

САПР  КИТ – представляет собой организационно – техническую систему, выполняющую  автоматизированное проектирование КИТ  и состоящую из комплекса средств  автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной  организации. Объекты: машины, стенды и  лаборатории для испытаний, технологические  процессы.

Структура: (т з каждой подсистеме (а,б,в внизу обеспечивающая) и обеспечения в каждой из них – методическое программное техническое, информационноое организационное все системмы в итге идут к пользователю)

Виды обеспечения:

Проектирующая объектно-ориентированные подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции.( проектирование стендов и лабораторий для испытаний передач, материалов, подшипников)

Обслуживающая объктно-независимые подсистемы, выполняющие обслуживающие процедуры и предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем. (подсистема документирования, подсистема поиска оптимальных решений)

Методическое обеспечение(документы, в которых изложены теория, методы, способы, терминология и другие данные, обеспечивающие методологию проектирования в подсистеме САПР-КИТ.

Компоненты программного обеспечения  – программы на машинных носителях инфо и эксплуатационные документы, обеспечивающие функционирование соответствующих подсистем САПР-КИТ

Компоненты технического обеспечения  – устройство вычислительной и организационной техники( компьютеры, принтеры ит.д.), средства передачи данных, и другие устройства, обеспечивающие функционирование подсистем САПР-КИТ

Компоненты информационного обеспечения – базы данных, документы, содержащие описание типовых проектных решений, комплектующих изделий и другие данные, обеспечивающие функционирование САПР-КИТ.

Компоненты организационного обеспечения  – руководящие материалы, положения о подрозделениях, приказы и др. документы, обеспечивающие взаимодействие пользователей и подразделений проктной организации при создании, эксплуатации и развитии САПР-КИТ.

2. Развитие САПР контрольно-испытательных технологий в CAD/CAM/CAE-системы. Конфигурация и основные свойства CAD/CAM/CAE-систем.

Современный этап развития машиностроения отличается появлением и началом широкого применения инструментов типа CAD/CAM/CAE, где CAD – конструирование изделия, CAM – технологическая подготовка производства, CAE – математическое моделирование и расчеты изделий. Система CAD/CAM/CAE представляет собой высший этап развития автоматизированных систем проектирования, которые прошли большой путь интеграции их с автоматизированными системами технологической подготовки производства и компьютерными системами инженерного анализа и моделирования процессов в изделиях. Основной целью и назначением CAD/CAM/CAE систем является радикальное сокращение сроков в несколько раз разработки и выпуска на рынок новых конкурентоспособных изделий с низкой себестоимостью производства и высоким качеством.

Конфигурация  системы

АРМ – автоматическое рабочее место

Основные свойства:

1. параллельность проектирования и изготовления
2. твердотельное моделирование деталей и сборок
3. точное моделирование сложных поверхностей
4. автоматическое черчение и оформление чертежей
5. генерация программ изготовления изделий и технологической оснастки на оборудовании с ЧПУ
6. автоматизация расчетов, анализа и оптимизации конструирования
7. проектирование новых изделий
8. прокладка и разводка соединительных систем (кабели, проводка)

получение фотореалистических изображений

Классификация систем: 1) универсальные (по функциональным возможностям)- а)тяжелого класса – сложные многофункциональные системы, в состав которых входит большой набор модулей от 40 до 100 различного функционального назначения. Технической базой служат мощные графические станки с операционной системой UNIX.(UNIGRAPHICS,CATIA,EUCLID). стоимость одного рабочего места 50000$;

б) среднего класса – менее широкий спектр модулей. Обладают развитыми функциями твердотельного поверхностного и параметрического моделирования, средствами разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ, пакеты для дизайн – проектирования. Для расчетного анализа используют специализированные пакеты NASTRAN, ANSYS и др. технической базой для таких систем является можные ПК Pentium с операционной системой Windows.( CIMATRON ,MICROSTATION ,SOLIDWORKS).25000$

в) системы легкого класса. Имеют ограниченный набор модулей и кроме средств автоматизации чертежных работ(2D) включают в себя классический моделлер с 3 – D поверхностной графикой и твердотельным моделированием. Модули для расчетного анализа заимствуются у других фирм. Эти системы базируются на ПК средней мощности с использованием операционной системы Windows. (AUTOCAD,компас,T-FLEX-CAD). 5000$.

г) многоуровневые системы – разнообразные комбинации из систем разного уровня на одном  предприятии. Например, конструирование  изделия с использованием системы  тяжелого класса, разработка оснастки на системе среднего класса, выпуск чертежей на системе легкого класса.( cimatron+технокласс, Catia+autocad)

2) Специализированные ( по технологии создания) а) обычная технология программирования – включает в себя постановку задачи и последующее программирование ее на известных языках программирования высокого уровня в имеющейся операционной среде. Это традиционный путь разработка САПР, с помощью которого было создано множество объектно- ориентированных САПР( конструкция отдельных изделий, технологических процессов, мерительного и режущего инструмента)

б) CASE – методология разработки программного обеспечения САПР. При этой технологии используются специальные инструментальные средства разработки программного обеспечения САПР, а так же компоненто- ориентированные технологии автоматизированного программирования САПР типа CAS.CADE. примеры специализированных  CAD/CAM/CAE систем – САПР – штампов, САПР мерительного и режущего инструмента)