SYSTEMY IDENTYFIKACJA SYSTEMU

Transkrypt

1 SYSTEMY IDENTYFIKACJA SYSTEMU ŚCISŁOŚĆ system powinien być tak określony, aby wiadomo było co do niego należy, a co nie. NIEZMIENNOŚĆ nie zmienia się reguł w trakcie gry. ZUPEŁNOŚĆ system musi być podzielony tak, aby poza nim nie pozostały żadne elementy. ROZŁĄCZNOŚĆ system nie może zawierać elementów należących jednocześnie do kilku systemów. FUNKCJONALNOŚĆ z otoczenia (większej całości) systemy wydziela się jako mniejsze całości z punktu widzenia funkcji jaką ta całość pełni (nieważne są uwarunkowania geometryczne rozmieszczenie w przestrzeni). INŻYNIERIA SYSTEMÓW JAKO DZIEDZINA WIEDZY: RELATYWIZM względność ocen. PRAGMATYZM praktyczny sposób myślenia i działania. KOMPLEKSOWOŚĆ należy widzieć cały las, a nie pojedyncze drzewa. UTYLITARYZM celem działania jest korzyść jednostki i społeczeństwa. KOMPLEKSOWOŚĆ: Aspekt jakościowy Działania niszczące Aspekt ilościowy Uwzględnianie działań konstruktywnych i destrukcyjnych Działania twórcze SYSTEM DEFINICJA SYSTEMU ODNOSI SIĘ DO CAŁEJ OBSERWOWALNEJ RZECZYWISTOŚCI (FIZYCZNEJ, ABSTRAKCYJNEJ, SYMBOLICZNEJ). SYSTEM byt wyrażający swoje istnienie poprzez synergiczne współdziałanie swych części. SYSTEM zbiór (zespół, kompleks) współdziałających ze sobą elementów, posiadających pewne atrybuty (własności), znajdujący się w określonych relacjach (związkach, współdziałaniach). SYSTEM zbiór współdziałających ze sobą elementów, stanowiący celowo zorientowaną całość. 11. Systemy 56

2 ELEMENTY RELACJE S = E, A, R SYSTEM ATRYBUTY INACZEJ: INACZEJ: S = E, R S = X, Y, R ZBIÓR RELACJI MIĘDZY X I Y ZBIÓR WEJŚĆ ZBIÓR WYJŚĆ X R Y ELEMENT funkcjonalny składnik całości STRUKTURA zbiór relacji w systemie niezbędnych do pełnienia przez system przypisanych funkcji. ELEMENTY: wejściowe wyjściowe sterujące ELEMENTY: graniczne wewnętrzne ODDZIAŁYWANIA NA ELEMENTY: bodźce, wymuszenia odpowiedzi, reakcje SPRZĘŻENIA powiązania między elementami. SPRZĘŻENIA ZWROTNE: bezpośrednie, pośrednie, dodatnie, ujemne SPRZĘŻENIA: materialne energetyczne informacyjne czasowe 11. Systemy 57

3 System jako biała lub czarna skrzynka STRUKTURA SYSTEMU: SZARA SKRZYNKA SZEREGOWA RÓWNOLEGŁA MIESZANA OTOCZENIE: OTOCZENIE reszta rzeczywistości po wydzieleniu z niej części zdefiniowanej jako system 11. Systemy 58

4 Rzeczywistość Otoczenie (metasystem) System OTOCZENIE BLIŻSZE I DALSZE Wejście System Przetwarzanie Wyjście Otoczenie HIERARCHIA: Interakcja systemu z otoczeniem HIERARCHIA określenie roli poszczególnych elementów w systemie. Relacja nadrzędności Relacja podrzędności Element nadrzędny Element podrzędny SYSTEM HIERARCHICZNY STRUKTURA WIELOPOZIOMOWA Elementy centralne Elementy zerowe 11. Systemy 59

5 AGREGACJA ŁACZENIE ELEMENTÓW DEKOMPOZYCJA PODZIAŁ CAŁOŚCI NA ELEMENTY Fundamentalna zasada inżynierii systemów KLASYFIKACJE SYSTEMÓW 1. ZE WZGLĘDU NA LICZBĘ SPRZĘŻEŃ: proste złożone szczególnie złożone 2. ZE WZGLĘDU NA POWIĄZANIA Z OTOCZENIEM otwarte zamknięte izolowane 3. ZE WZGLĘDU NA POCHODZENIE naturalne sztuczne 4. ZE WZGLĘDU NA WYNIK DZIAŁANIA konkretne abstrakcyjne 5. ZE WZGLĘDU NA ZACHOWANIE celowe, niecelowe adaptacyjne, nieadaptacyjne statyczne, dynamiczne deterministyczne, probabilistyczne 6. ZE WZGLĘDU NA AKTYWNOŚĆ konfiguracyjne działaniowe 7. ZE WZGLĘDU NA TWORZYWO (TREŚĆ) materialne energetyczne informacyjne rzeczywiste, fizyczne symboliczne, abstrakcyjne, koncepcyjne SYSTEMY: PRZYRODNICZE POLITYCZNE SOCJOLOGICZNE EKOLOGICZNE BIOLOGICZNE T E C H N I C Z N E 11. Systemy 60

6 Hierarchia fizjologiczna Hierarchia socjologiczna Hierarchia psychologiczna POZIOMY ISTNIENIA SYSTEMÓW: 1. Struktury statyczne 2. Proste systemy dynamiczne 3. Systemy cybernetyczne 4. Komórka 5. Roślina 6. Zwierzę 7. Człowiek 8. Organizacja społeczna 9. NIEWIADOME METASYSTEM (SYSTEM SYSTEMÓW) Systemy hierarchii ludzkiej LUDZKOŚĆ Kraj Duże miasto Miasto Osiedle Rodzina Organizm ludzki System narządów Tkanka Narząd Komórka Systemy 61

7 Zmienność w czasie Funkcja Złożoność struktury Klasyfikacja cech systemów Cechy różniące systemy Forma istnienia systemów Dziedzina istnienia konkretny (materiał) abstrakcyjny (idea) Sposób powstania naturalny sztuczny Połączenie ze środowiskiem (metasystemem) Przewaga komponentów otwarty (dynamiczny) nieożywione techniczne zamknięty ożywione społeczne Określoność stanu wejścia (wyjścia) deterministyczne stochastyczne połączeniowość rodzaj połączeń jednorodne wielorakie liczba połączeń mała duża różnorodność rodzaj elementu z jednej dziedziny z wielu dziedzin liczba elementów mała duża Systemy abstrakcyjne modele klasyfikacyjne Systemy konkretne Charakter funkcji systemu materialne, energetyczne liniowa bez opóźnienia informacyjne nieliniowa z opóźnieniem Charakter stanu dyskretne ciągłe funkcji pasywna aktywna niezmienne zmienne adaptacyjne struktury pasywna aktywna nieelastyczne elastyczne samoorganizujące meta (stabilne) Odporność na zakłócenia niestabilne równowaga płynna nieożywione ożywione Celowość celowo zorientowane programowe wartościowanie 11. Systemy 62

8 PROCES PROCES uporządkowany przestrzennie i czasowo ciąg czynności (operacji) realizowany w systemie i konieczny do jego istnienia. INŻYNIERIA SYSTEMÓW: proces to sekwencja wzajemnie powiązanych stanów fragmentów rzeczywistości następujących po sobie w czasie. DYNAMIKA PROCESÓW: Zmienność systemu, struktury, procesu w ramach ustalonej struktury. Elastyczność (dopasowanie się do pobudzeń płynących z otoczenia, bez zmiany istoty swojego działania). Adaptacja (wykorzystanie wewnętrznych sprzężeń dla odpowiedzi na negatywne bodźce płynące z otoczenia). Samoregulacja (zmiana struktury w celu spełnienia wymogów otoczenia; homeostat). Samoorganizacja (polepszenie zachowania się systemu w wyniku uwzględnienia wcześniejszych doświadczeń). PROCESY NATURALNE Prawa natury, pierwotne w stosunku do pozostałych procesów. Człowiek istnieje dzięki systemom naturalnym. PROCESY ROBOCZE Sztuczne procesy naturalne inicjowane przez człowieka. PROCESY TECHNOLOGICZNE Technologia: Przepis określający środki i warunki osiągnięcia zamierzonego celu (wytworzenia produktu). Procedura określająca sekwencję działań i zakres środków niezbędnych do transformacji zasobów MEI (materialno-energo-informacyjnych) w celu zaspokojenia potrzeb człowieka. Technologia budowy maszyn Proces technologiczny całokształt procesów występujących w danej technologii Elementy procesu technologicznego: Procesy robocze Procesy zakłócające Procesy wspomagające Procesy sterujące Proces technologiczny składa się z różnych procesów składowych. 11. Systemy 63

9 Mechatronizacja procesów technologicznych MECHATRONIKA synergiczna agregacja inżynierii mechanicznej, elektrycznej, elektronicznej i informacyjnej. MECHATRONIKA dział inżynierii systemów Japonia Mechanics- Elektronics- Control Interdyscyplinarny obszar inżynierii. Filozofia projektowania, wykorzystująca synergiczną interakcję mechaniki, elektroniki i technologii komputerowych do otrzymywania zaawansowanych technologicznie systemów i urządzeń (HIGH-TECH TECHNOLOGY). Technologia łącząca mechanikę, elektronikę i informatykę dla tworzenia funkcjonalnie współdziałających wszystkich elementów stanowiących systemy. Kierunek (specjalność) studiów na uczelniach technicznych. Mechatronika jest dyscypliną tworzącą obiekty multifunkcjonalne i strukturalnie złożone, działające inteligentnie w zmieniającym się otoczeniu. Od inżynierów mechatroników wymagana jest umiejętność myślenia systemowego, łączenia abstrakcji i konkretów, umiejętność kojarzenia danych z różnych dyscyplin naukowych. SYSTEMY NATURALNE ŻYWE Systemy naturalne żywe posiadają cechy samoregulacji i samoorganizacji. SAMOREGULACJA system może zmieniać (budować) swoją strukturę w celu spełnienia wymagań stawianych przez otoczenie. Ewolucja przystosowanie się żywych organizmów do warunków naturalnych. SAMOORGANIZACJA adaptacja do zmieniającego się otoczenia poprzez umiejętność uczenia się systemu. Etapy uczenia i samouczenia się systemu: Zapamiętywanie (uczenie się na pamięć). Podporządkowanie (nabywanie poszczególnych odruchów, refleksów). Uczenie się przez sukces (przeszukiwanie metodą prób i błędów całego zakresu możliwych stanów dla uzyskania sukcesu). Optymalizacja (j. w., z zapamiętywaniem najlepszych rozwiązań). Naśladownictwo (kopiowanie istniejących rozwiązań i zapamiętywanie). Nauczanie (j. w., z wykorzystaniem modeli). Pojmowanie (zbudowanie własnego, wewnętrznego modelu w systemie i na nim eksperymentowanie). 11. Systemy 64

10 RELACJE I FUNKCJE SYSTEMOWE X, Y zbiory R relacja (podstawowe pojęcie logiki i matematyki) X R Y Pomiędzy zbiorami X i Y istnieje relacja R Wynik relacji: S(R) = {(x, y) (x,y) X Y R y}. X = {1, 2, 3, 4} Y = {3, 4, 5, 6} X Y = {1, 2, 5, 6} PRZYKŁAD: X = {a, b, c} Y = {1, 2, 3} S(R) = {(a,1), (a,3), (b,3), (c,2)} Y 3 S(R) X Y 2 1 X a b c Inżynieria systemów bada zachowanie systemów. Relacje między systemami: ZWIĄZKI PRZYCZYNOWO SKUTKOWE 11. Systemy 65

11 Atrybut y Obszar wrażliwości 1 2 Atrybut Zależność nieliniowa 3 x W obszarze 2 widoczna jest relacja przyczynowo skutkowa Relacje między atrybutami elementów systemu: relacja przeniesienia opisuje zasoby M, E, I przepływające przez system (razem lub oddzielnie). relacja połączenia określa relacje pomiędzy elementami lub systemami. relacja porządkująca relacja przepływowa ZBIÓR RELACJI POŁACZENIA DEFINIUJE STRUKTURĘ SYSTEMU. Połączenia (relacje) między elementami mogą służyć sterowaniu, czyli wymuszaniu zamierzonego stanu, jego stabilizację lub zmianę. FUNKCJA SYSTEMU FUNKCJA SYSTEMU wynika ze zbioru połączeń, przyporządkowań i sprzężeń między elementami i atrybutami. MOŻLIWOŚĆ PRZEKSZTAŁCANIA OKREŚLONEJ WIELKOŚCI WEJŚCIOWEJ W OKREŚLONĄ WIELKOŚĆ WYJŚCIOWĄ JEST C A Ł O Ś C I O W Ą F U N K C J Ą S Y S T E M U. Tworzywo systemowe: materia, energia, informacja. 11. Systemy 66

12 INFORMACJA ENERGIA MATERIA Wielkość przepływowa Podstawowe funkcje Różnorodność podstawowych funkcji systemów technicznych (wg C. Cempla) Transportowanie Magazynowanie Przetwarzanie Rozdzielanie Łączenie Niszczenie Transport masy masy Magazynowanie Przetwarzanie materii Separacja materii Łączenie materii Ładowanie do materii Łączenie materii i informacji Przekazywanie Magazynowanie Przetwarzanie Separacja Ładowanie do materii Łączenie Łączenie z informacją Transmisja danych informacji Magazynowanie Przetwarzanie danych Sortowanie danych Kodowanie informacji w materii Kodowanie informacji w materii Łączenie informacji Niszczenie informacji 11. Systemy 67