Модульная композиция систем и элементы управления

Группа элементов системы, которая характеризуется только своими «входами» и «выходами», обладающая определённой целостностью называется модулем.

Это означает, что при рассмотрении системы нас будут интересовать, прежде всего, функция модуля, а его внутреннее содержание (“внутренность”) может быть рассмотрена отдельно. Все модули системы должны быть внешне совместимы с “соседними”, взаимодействующими с ними, модулями.

Это позволяет легко заменить неисправный модуль на исправный, даёт возможность провести независимую диагностику каждого модуля с внешней стороны, то есть без его разборки и рассмотрения «внутреннего состояния».

Размеры и внутренняя сложность модуля принципиального значения, при таком подходе, не имеет.

Модуль большой интегральной схемы имеет ничтожные размеры, но исключительную сложность, а отдельный сборочный завод может рассматриваться как мегамодуль автомобильного производства транснациональной корпорации. И всё это - модули.

Модуль это понятие не только материальное, но и виртуальное. Мысленно разбивая реальную или проектируемую систему на модули, мы выделяем наиболее значимые части системы, выстраиваем будущую структуру более совершенной или принципиально новой системы.

Модульное построение систем оказалось исключительно плодотворной идеей, которая была воплощена в реальность.

Схематическое изображение модуля приведено на рис. 1.3.3.1

Рис.1.3.3.1Схематическое изображение модуля

В изображении модуля приняты следующие обозначения:

{х_J⁺ } -внешние (от «не-системы») воздействия на элементы модуля J;

{х_iJ⁺} – воздействия (связи) от других элементов системы на элементы

модуля J;

{х_J^- } – выходные воздействия от элементов модуля J на внешнюю среду;

{х_Jr^-} -выходные воздействия от элементов модуля J на другие элементы

системы.

Выходные воздействия модуля, в своей совокупности, образуют выходную функцию модуля: F_J

Сам модуль осуществляет функцию преобразования «входов» в «выходы», которую можно записать следующим образом:

Понятие модуля близко к концепции «чёрного ящика» в кибернетике.

Но есть одно существенное отличие: в концепции «чёрного ящика» внутренняя часть объекта предполагается неизвестной. Фактически, речь идёт о том, чтобы обеспечить математическую формализацию управления, не интересуясь «внутренностью» модуля. Для формализации управления достаточно так воздействовать на систему, чтобы получить формальный результат управления. От того и название: «чёрный ящик».

При работе с модулем можно заглядывать и вовнутрь «черного ящика», что даёт возможность разобраться со всеми его физическими качествами, устройством, возможностями что-то поправить, и даже переустроить.

Но следует помнить, что, например, при управлении автомобилем мы имеем такую реальность, что можем использовать, только «входы» и «выходы» системы. «Внутренности» всех модулей для нас полностью закрыты.

Мы никак не можем заглянуть внутрь «чёрного ящика».

Попутно заметим, что категория управления в технических системах составляет отдельную и самую обширную область знаний. Разделение реальных систем на относительно самостоятельные модули, позволило и систему управления превратить в модульное образование. В понятие управления входят не только прямые воздействия «человека-управленца», но и взаимодействие между собой, связанных модулей, которые образуют сложную систему «взаимоуправления» между модулями.

Большую роль в названных взаимодействиях играет структура.

Декомпозиция системы проводится на самом раннем этапе анализа, суть её состоит в разделении объекта исследования на существенные части, полезные для целей исследования

Важнейшим стимулом декомпозиции системы является упрощение системы, слишком сложной для рассмотрения целиком.

Таким о6разом мы заменяем реальную систему некоторой другой, которая, в определённом отношении соответствует реальности, но в то же время, отличается от неё в несущественных «подробностях».

Такие действия нуждаются в обоснованиях, и это составляет важную основу декомпозиции. Строгая в теоретическом отношении декомпозиция чаще всего невозможна, поэтому используется накопленный опыт работы с различными системами.

С другой стороны, каждая декомпозиция конкретной системы является творческим действом, в котором отражается замысел исследователя.

Структурный анализ и синтез системы проводится параллельно с декомпозицией. Целью его является определение устойчивых связей и отношений между элементами системы.

Одни из них могут быть доминирующими, другие подчиненными.

Связи могут быть: слабыми и сильными, устойчивыми и неустойчивыми, полезными и вредными для системы, и так далее.

В сложных системах можно выделить множество структур с различной природой связей и отношений между элементами.

Приведём примеры структур.

Вещественная структура сборного моста будет состоять из элементов, соединённых определённым образом посредством связей, выполненных в вице монтажных соединений.

Функциональная структура двигателя внутреннего сгорания включает устройства питания воспламенения и сжигания топлива.

Структура образования объединяет учебные заведения.

Элементы структуры определённым образом группируются, и сложилась их классификация по наиболее часто встречающимся типовым структурам, так что сложные структуры можно образовать путём синтеза простых структур.

Некоторые виды структур приведены ниже.

Рис.1.3.3.2 Связь Рис. 1.3.3.3 Последовательная