Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волгоградский Государственный Технический Университет

Факультет Подготовки Инженерных Кадров

Кафедра "Системы автоматизированного проектирования и поискового

конструирования"

Курсовая работа

По курсу "Концептуальное проектирование систем"

Выполнил: студент группы АУЗ-361с Тюляева И.А.

Проверил: ст. пр. Орлова Т. А.

Волгоград 2013 г

Введение

1) Проведение конструктивно-функционального анализа системы

1.Описание исходной системы

Объект исследования

Вербальное описание

Ограничения на исследования

Цель определения системы

Классификация системы

Конструктивно-функциональный анализ системы

Конструктивно-функциональная структура в графическом виде

2) Проведение функционально-физического анализа технических объектов

1. Функционально-физический анализ технических объектов

2. Потоково-функциональная структура

3) Проведение морфологического анализа и морфологического синтеза технического объекта

1.Описание технического объекта

2. Морфологический анализ технического объекта

2.1 Цель морфологического анализа

Морфологическая таблица

Общее количество возможных технических решений

Итоговое общее количество возможных технических решений

3. Морфологический синтез технического объекта

3.1 Цель морфологического синтеза

Таблица экспертных оценок

Синтез по одному критерию

Синтез по всем критериям

Заключение

Список использованных источников

Введение

Создание современных образцов высоко эффективной техники связано с необходимостью поиска новых, не имеющих аналогов, оригинальных на уровне изобретений, а в ряде случаев и пионерных технических решений. Они обеспечивают разработку сложных технологий и технических систем различного назначения.

Целью данной работы является ознакомление с основными идеями и принципами методов используемых при создании технических систем и технологий.

В результате проведения данной работы студент должен узнать и научиться:

Основные особенности задач решаемых при проектировании технических объектов;

Применить научный подход к анализу и синтезу решений при проектировании технических объектов;

Использовать методы анализа и синтеза технических решений для построения автоматизированных систем проектирования технических объектов;

Ставить и решать задачи создания автоматизированных систем поддержки концептуального проектирования.

1) Проведение конструктивно-функционального анализа системы

Цель работы :

1. Описание исходной системы

1.1 Объект исследования

Объектом исследования является - электрокофемолка ударного типа. Определим объект как систему электроперемолки кофе без электронного регулятора.

1.2 Вербальное описание

Автоматизированная система электрокофемолки создана для обеспечения равномерности и интенсивности перемалывания. Особенностью системы электрокофемолки ударного действия является размол жареных зерен кофе с помощью вращающегося с большой скоростью ножа.

Отправителем (V 1) кофейных зерен (V 2) в системе является человек, он же является ответственным за подачу кофейных зерен в бункер для кофейного зерна и выгрузку полученного измельченного кофейного порошка из бункера для молотого кофе.

Включается и выключатся электрокофемолка нажатием кнопки "Пуск". Подобная система позволяет прервать процесс измельчения в любой момент. Высокая частота вращения электродвигателя позволяет перемолоть ножом зерна за считанные секунды. В зависимости от времени помола можно получить любую степень помола: мелкую, среднюю и крупную. Нож установлен непосредственно в бункере для измельчения кофе, поэтому электрокофемолка снабжена блокирующим устройством, которое отключает двигатель при открывании крышки. Прессом молотый кофе выгружается в съемный бункер.

1.3 Ограничения на исследования

При исследовании данной системы не учитывается влияние внешней среды на объект исследования. В качестве внешней среды, непосредственно влияющей на исследуемую систему, рассматривается человек и кофейные зерна. Система предназначена для обеспечения равномерности и интенсивности перемалывания кофейных зерен, а также круп и орехов, размеры которых не должны препятствовать работе системы.

1.4 Цель определения системы

Исследование методов перемалывания кофейных зерен без использования ручного труда и дополнительного оборудования и техники, а также разработки эффективного комплектования данной системы.

2. Классификация системы

Исследуемая система относится к сложным техническим детерминированным системам.

Система является открытой системой, так как она взаимодействует с окружающей средой и не живая.

Система конкретная, потому что имеет больше 2-х элементов, которые являются объектами.

Автоматизированная электрокофемолка относится к искусственным физическим системам, так как создан человеком.

Описание системы объекта не может быть использовано для математической обработки данных, так как описывается абстрактно, то есть свойства описываются как переменные, а базовое свойство как параметр.

Каждый блок представляет собой одно состояние переменной. Когда наблюдаемые свойства проводятся при некотором значении параметра, то наблюдаемое свойство получает определённое проявление из множества проявлений свойств.

Любое свойство, относительно которого проводится наблюдение других свойств, называется базовым. Применительно к системе электрокофемолки ударного типа можно сделать вывод, что базовым свойством для нее будет являться объем перемолотых кофейных зерен.

3. Конструктивно -функциональный анализ системы

Таблица № 1. Конструктивно-функциональная структура

4. Графическое представление

Рис. 1. Конструктивно-функциональная структура в графическом виде.

2) Проведение функционально-физического анализа технического объекта

Цель работы: изучение функционально-физический анализ автоматизированных систем и получение навыков работы с данным методом при проектировании автоматизированной системы.

1. Функционально-физический анализ технических объектов

Внешняя среда: V 1 - Человек, V 2 - Кофейные зерна.

Таблица №2: Функционально-физическая структура

2. Потоко во - функциональная структура

Рис. 2. Потоково-функциональная структура в графическом виде.

3) Проведение морфологического анализа и морфологического синтеза технического объекта

Цель работы: изучение конструктивно-функционального анализа автоматизированных систем и получение навыков работы с данным методом при проектировании автоматизированной системы.

1. Описание технического объекта

Система представляет собой автоматизированную систему электрокофемолки, предназначенную для обеспечения равномерности и интенсивности перемалывания кофейных зерен. Особенностью системы электрокофемолки ударного действия является размол жареных зерен кофе с помощью вращающегося с большой скоростью ножа. Изобретение относится к электротехнике как устройство обрабатывающие различного рода электрические сигналы, выполняющее переключения и т.д.

Электро (от нов.-лат. electricus и др.-греч. ?лекфспн) - электр, блестящий металл; янтарь.

2. Морфологический анализ технического объекта

2.1 Цель морфологического анализа

Целью анализа является создание морфологической матрицы на основе которой в дальнейшем можно будет, применив процедуру синтеза, создать новое техническое решение, которое будет более надёжным и экономически выгодным.

Необходимо усовершенствовать рассматриваемую систему.

Требования: Необходимо увеличить надёжность и функциональность системы.

Цель: Увеличить точность фиксации и быстродействие.

2.2 Морфологическая таблица

конструктивный морфологический автоматизированный электрокофемолка

Таблица №3: Морфологическая таблица технического объекта.

2.3 Общее количеств

Общее количество возможных технических решений:

3 * 3 * 2 * 2 * 3 * 2 * 2 = 432

Для уменьшения числа возможных комбинаций можно отбросить следующие менее значимые классификационные признаки:

Бункер для кофейного зерна.

Бункер для молотого кофе.

Включатель.

Так же уменьшаем количество альтернатив, отбрасывая наименее полезные в каждом из оставшихся классификационных признаков.

2.4 Итоговое общее количеств о возможных технических решений

Таблица №4: Итоговая таблица.

Итоговое общее количество возможных технических решений:

3 * 3 * 2 * 2 = 36

3. Морфологический синтез технического объекта

3.1 Цель морфологического синтеза

На основе морфологической таблицы составленной на этапе морфологического анализа, необходимо обозначить такие решения, которые экономически оправданы и надёжны в работе.

3.2 Таблица экспертных оценок

Таблица №5: Таблица экспертных оценок технического объекта.

Весовые значимости критериев:

Эффективность - 0.3

Простота осуществления - 0.1

Экономичность - 0.2

Надежность - 0.4

3.3 Синтез по одному критерию

Синтез по критерию "Надёжность".

Наилучший вариант:

Материал ножа: V 2 1 - сталь;

3.4 Синтез по всем критериям

Таблица №6: Таблица синтеза по всем критериям.

Наилучший вариант:

Материал крышки: V 1 3 - пластик;

Материал ножа: V 2 1 - сталь;

Тип пресса: V 4 1 - поршневой;

Тип блокирующего устройства: V 5 2 - контактная пластина.

Заключение

В данной курсовой работе была рассмотрена автоматизированная система электрокофемолки, которая создана для обеспечения равномерности и интенсивности перемалывания кофейных зерен. Особенностью системы электрокофемолки ударного действия является размол жареных зерен кофе с помощью вращающегося с большой скоростью ножа.

В ходе выполнения курсовой работы произведён конструктивно-функциональный анализ системы, функционально-физический анализ, морфологический анализ и синтез технического объекта. Составлена конструктивно-функциональная и потоково-функциональная структура рассматриваемой системы. Найдены оптимальные варианты по одному и по всем критериям, таким как эффективность, простота осуществления, экономичность, надежность. В результате получен опыт работы с методами системного анализа, и методами синтезирования новых проектных решений, которые позволяют модифицировать уже имеющиеся системы и технические объекты и изобретать новые.

Список использованных источников

http://www.4analytics.ru/metodi-analiza/metod-ekspertnix-ocenok.html

http://www.coffeepedia.ru/%D0%9A%D0%BE%D1%84%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%BA%D0%B0

http://coffeetime.ru/production/cook/2007-04-16-624/

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Сущность понятия "модель технического объекта" как ориентира для процесса проектирования. Характеристика диагностических и многоэлементных моделей технических объектов. Изучение свойств и характеристик, прогнозирование поведения проектируемых систем.

реферат , добавлен 13.10.2009


Общие характеристики показателей надежности. Взаимосвязь надежности и качества объекта. Что понимается под ресурсными испытаниями и с какой целью они проводятся. Достоинства и недостатки "дерева событий". Модернизация конструкции или технологии.

контрольная работа , добавлен 01.03.2011


Сущность, этапы, границы, структура и длительность жизненного цикла технического объекта, его роль при проектировании сложных технических систем. Содержание и характерные черты стадий проектирования, производства и эксплуатации технического объекта.

реферат , добавлен 13.10.2009


Этапы развития ООО "КИНЕФ". Основные химические процессы, используемые при переработке нефти. Цели и назначение создания системы. Датчики ударного импульса. Принцип действия термопреобразователей сопротивления. Определение показателей надежности системы.

отчет по практике , добавлен 26.05.2015


Назначение и технологическая схема установки предварительного сброса воды (УПСВ). Функции и структура автоматизированной системы управления УПСВ, разработка ее уровней и выбор оборудования. Расчет надежности и технико-экономической эффективности системы.

дипломная работа , добавлен 29.09.2013


Место вопросов надежности изделий в системе управления качеством. Структура системы обеспечения надежности на базе стандартизации. Методы оценки и повышения надежности технологических систем. Предпосылки современного развития работ по теории надежности.

реферат , добавлен 31.05.2010


Методология анализа и оценки техногенного риска, математические формулировки, используемые при оценке основных свойств и параметров надежности технических объектов, элементы физики отказов, структурные схемы надежности технических систем и их расчет.

курсовая работа , добавлен 15.02.2017


Определения требований надежности и работоспособности системы промышленного тахометра ИЛМ1. Распределение требований ее надежности по различным подсистемам. Проведение анализа надежности системы и техногенного риска на основе методов надежности.

курсовая работа , добавлен 23.05.2013


Анализ изменения вероятности безотказной работы системы от времени наработки. Понятие процентной наработки технической системы, особенности обеспечения ее увеличения за счет повышения надежности элементов и структурного резервирования элементов системы.

контрольная работа , добавлен 16.04.2010


Специфика разрушения породы при вращательном бурении. Сфера использования машин вращательного бурения, их классификация и конструктивные особенности. Машины ударного бурения. Описание особенностей отбойного молотка как ручной машины ударного действия.

Понятие концептуального проектирования относится к начальной стадии проектирования ИС и примерно соответствует стадиям 1 – 3 разработки АС по ГОСТ 34 или этапам от определения требований до проектирования в моделях жизненного цикла.

Определению требований к ИС предшествует определение целей, для которых эта система будет разрабатываться. Цели ИС определяют границы предметной области, объекты которой, их свойства и взаимосвязи существенны с точки зрения поставленных целей и которые будут представлены в ИС (это информация о предметной области – ПО-информация). Цели ИС также определяют, каких пользователей и какие именно информационные потребности система будет обслуживать (это информация о потребностях пользователей – ПП-информация). Две эти составляющие: ПО-информация (являющаяся объективным отражением предметной области) и ПП-информация (отражающая отчасти субъективные представления пользователей) одинаково необходимы и важны для построения концептуальной модели, что и показано на рис. 14 7 . Иногда превалирует второе слагаемое в концептуальной модели, основанной на учёте текущих и предвидимых приложений, т.к. это позволяет быстрее и легче создать систему. Однако такие системы оказываются плохо приспособленными для обработки неформализованных, изменяющихся и непредвиденных заранее задач и запросов. Адекватное отражение в системе ПО-информации придает ей необходимую гибкость и адаптивность к изменяющимся условиям.

Общая схема концептуального проектирования:

Схема на рис. 16 представляет два этапа проектирования: сбор и содержательный анализ информации о предметной области и прикладных задачах пользователей; концептуальный анализ данных и синтез концептуальной модели.

Первый этап - сбор данных о предметной области, которые могут быть получены в результате измерений или наблюдений, изучения отчётов и документов, опроса специалистов, и выявление перечня задач, которые должны решаться с помощью разрабатываемой системы. Получаемая при этом информация может быть отчасти субъективной. Для повышения её объективности используют методы экспертных оценок, проводят содержательный анализ для устранения дублирования информации, выявления противоречий и неоднозначности и так далее.

Модели ис и методики проектирования

Главная особенность разработки современных информационных систем состоит в концентрации сложности на начальных этапах анализа требований и проектирования спецификаций системы. Нечёткость и неполнота системных требований, нерешённые вопросы и ошибки, допущенные на этапах анализа и проектирования, порождают на последующих этапах трудные, часто неразрешимые проблемы и, в конечном счете, приводят к неуспеху всей работы в целом.

К проектированию ИС непосредственное отношение имеют два направления деятельности: 1) собственно проектирование ИС конкретных организаций на базе готовых программных и аппаратных компонентов с помощью специальных инструментальных средств разработки; 2) проектирование упомянутых компонентов ИС и инструментальных средств, ориентированных на многократное применение при разработке многих конкретных информационных систем. 8

Для обозначения первого направления используется термин "системная интеграция". В этом случае разработчик ИС должен быть специалистом в области системотехники, хорошо знать международные стандарты, состояние и тенденции развития информационных технологий и программных продуктов, владеть инструментальными средствами разработки приложений (CASE-cредствами) и быть готовым к восприятию и анализу автоматизируемых прикладных процессов в сотрудничестве со специалистами соответствующей предметной области.

Второе направление в большей мере относится к области разработки математического и программного обеспечения для реализации функций ИС - моделей, методов, алгоритмов, программ на базе знания методов анализа и синтеза проектных решений, технологий программирования, операционных систем и т.п.

Как на этапе обследования, так и на последующих этапах целесообразно придерживаться определённой дисциплины фиксации и представления получаемых результатов, основанной на той или иной методике формализации спецификаций. Формализация нужна для однозначного понимания исполнителями и заказчиком требований, ограничений и принимаемых решений.

При концептуальном проектировании применяют ряд спецификаций, среди которых центральное место занимают модели преобразования, хранения и передачи информации. Модели, полученные в процессе изучения предметной области, в том числе обследования организации, являются моделями её функционирования, В процессе разработки ИС модели, как правило, претерпевают существенные изменения и в окончательном виде они рассматриваются уже, как модели проектируемой ИС.

Различают функциональные, информационные, поведенческие и структурные модели 9 . Функциональная модель системы описывает совокупность выполняемых системой функций. Информационные модели отражают структуры данных – их состав и взаимосвязи. Поведенческие модели описывают информационные процессы (динамику функционирования), в них фигурируют такие категории, как состояние системы, событие, переход из одного состояния в другое, условия перехода, последовательность событий. Структурные модели характеризуют морфологию системы (её построение) – состав подсистем, их взаимосвязи.

Таким образом, функции (отвечающие на вопрос "Что сделать?") в совокупности с исходными данным ("Над чем произвести действия?"), ограничениями (время, финансовые и материальные средства, нормативные документы или бизнес-правила и т.п.), средствами реализации ("Чем сделать?") и результатом ("Что сделано?") описывают проектируемую ИС.

Существует ряд способов построения и представления моделей, различных для моделей разного типа. Основой является структурный анализ – метод исследования системы, который начинается с её общего обзора и затем происходит детализация, формирующая иерархическую структуру с всё большим числом уровней. Все наиболее распространенные методологии структурного подхода базируются на ряде общих принципов. Базовыми принципами являются:

принцип "разделяй и властвуй" - принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, лёгких для понимания и решения;

принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:

принцип абстрагирования - заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;

принцип формализации - заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;

принцип непротиворечивости - заключается в обоснованности и согласованности элементов;

принцип структурирования данных - заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В настоящее время известно порядка 90 разновидностей структурного системного анализа, которые могут быть классифицированы по отношению к школам (для моделирования программных систем или систем вообще), по порядку построения модели (декларирующие первичность функционального или информационного моделирования), по типу целевых систем (информационные системы или системы реального времени) 10 . Несмотря на такое обилие методов, практически во всех из них используются три группы средств:

DFD (Data Flow Diagrams) - диаграммы потоков данных или SADT (Structured Analysis and Design Technique) диаграммы, иллюстрирующие функции, которые система должна выполнять;

ERD (Entity-Relationship Diagrams) - диаграммы "сущность-связь", моделирующие отношения между данными;

STD (State Transition Diagrams) - диаграммы переходов состояний, моделирующие зависящее от времени поведение системы (аспекты реального времени).

Кроме этих моделей на этапе структурного проектирования используются техники структурных карт, предназначенные для описания отношений между модулями (структурные карты Константайна) и внутренней структуры модулей (структурные карты Джексона).

Наиболее существенное различие между разновидностями структурного анализа заключается в методах и средствах функционального моделирования, поскольку для информационного и поведенческого моделирования в настоящее время практически нет альтернативы ERD и STD соответственно. Далее рассмотрим основные понятия, связанные с вышеназванными методиками проектирования.

Концептуальное (инфологическое) проектирование (КП) системы – это конструирование информационных моделей предметной области(ОУ), котрые не зависят от условий программной и аппаратной реализации.

Здесь выполняется три функции:

1. определение типов сущностей предметной области

2. определение типов связей между сущностями

3. определение атрибутов и связывание их с типами сущностей и связей.

4. создание локальных концептуальных моделей данных в виде диаграмм “сущность - связь”.

5. обсуждение ЛКИМД с пользователями.

Рис. 3.1.3.1 Соответствие этапов проектирования и элементов архитектуры ANSI/SPARC.

Этап логического проектирования.

Логическое проектирование – это конструирование информационных моделей на базе существующих концептуальных модулей. Т.е. на этом этапе концептуальная модель данных преобразовывается в локальную логическую модель данных и далее в глобальную логическую модель данных(ГЛМД) с учетом типа используемой СУБД. Этот этап содержит 2 подэтапа:

На первом подэтапе выполняется:

1. преобразование локальной концептуальной модели данных (ЛКМД) в локальную логическую модель данных(ЛЛМД);

2. определение набора отношений(таблиц) исходя из структуры ЛЛМД;

3. проверка ЛЛМД с помощью правил нормализации;

4. проверка ЛЛМД в отношении транзакции пользователей;

5. создание окончательной диаграммы «сущность-связь» для каждой ЛЛМД;

6. определение требований к ЛЛМД с точки зрения обеспечения целостности данных;

7. обсуждение ЛЛМД с конечными пользователями.

На втором подэтапе выполняется:

1. слияние ЛЛМД в ГЛМД;

2. проверка и корректировка ГЛМД;

3. создание окончательного варианта диаграммы «сущность-связь», отображающей ГЛМД;

4. обсуждение ГЛМД с конечными пользователями.

Т.о. концептуальное и логическое проектирование позволяет решить следующие задачи:

1 - разбить весь проекта на группу относительно небольших простых задач исходя из структуры предметной области, т.е. создать ЛКМД

2 преобразовать ЛКМД в ЛЛМД

3 объединить ЛЛМД в ГЛМД

Этап физического проектирования

Этот этап состоит из 3-х подэтапов:

1. внедрение ГЛМД в среду конкретной СУБД:

Проектируются основные таблицы в среде СУБД

Реализация функций связанных с управлением ПО или т.н. бизнес-правил для ПО

2. создание проекта физического представления БД:

Выбор конкретной структуры хранения данных

Определение требований к внешней памяти

3. разработка средств защиты БД:

Разработка и учет пользовательских представлений о защите данных

Определение правил доступа для разных типов пользователей

На этом же этапе необходимо рассмотреть вопросы мониторинга и настройки всей системы.

Выбор СУБД.

Выбор СУБД необходим для обеспечения оптимального способа поддержки данной БД и всех приложений ИС. Целесообразно этот выбор осуществить между этапами концептуального и логического проектирования, т.к. это даёт возможность определиться в типе СУБД. Выбор СУБД является довольно трудоемкой задачей, т.к. различные СУБД существенно отличаются друг от друга по целой группе параметров.

Общий список параметров включает:

1. физические параметры:

предусмотрены ли файловые структуры в данной СУБД;

наличие средств индексирования;

наличие средств сжатия данных;

возможность шифрования данных;

требуемые объемы ОЗУ и ПЗУ для данной СУБД и т.д.

2. параметры определения данных:

тип базовой модели организации данных;

наличие поддержки в расширении первичных ключей;

наличие средств поддержки целостности данных;

предусмотренные типы данных;

3. общие параметры:

стоимость СУБД;

наличие поддержки работы СУБД в Internet;

производительность данной СУБД;

4. параметры, определяющие доступность в плане создания приложений:

возможности языка запросов;

наличие многопользовательского доступа;

возможность использования языков современного уровня;

5. группа параметров, описывающих средства технологии разработки ИС:

наличие инструментов для работы с оконным интерфейсом;

наличие case-инструментов;

Эти параметры обычно снабжаются теми или иными весовыми коэффициентами, которые определяют степень важности этого параметра для данного заказчика (предприятия). Это позволяет используя числовые данные по каждому параметру рассчитать для каждой СУБД общий(интегральный) показатель и, следовательно, более объективно оценить её. Заказчик и проектировщик ИС выбирают ту СУБД, для которой интересующий показатель – наибольший(наилучший).

Разработка приложений.

Цель разработки приложений заключается:

1. создание проекта транзакций

2. создание проекта интерфейса пользователя.

Проектирование транзакций.

Транзакций – одно действие или последовательность действий, выполняемых одним и тем же пользователем и/или одной прикладной программой(ПП), в результате чего появляется возможность обеспечить доступ к БД и/или изменить её содержимое (пример транзакций – регистрация клиента в БД какого-либо банка).

Обычно транзакция выполняется частично персоналом АИС, а частично ПП или самой СУБД.

Основные типы транзакций:

1. транзакции извлечения – действия, обозначающие выборку данных из базы

2. транзакции обновления – действия, в результате которых обеспечивается либо удаление определенных данных, либо их изменение, либо добавление некоторых данных.

3. смешанные транзакции

При проектировании транзакций необходимо определить и задокументировать характер(свойства) всех транзакций, которые будут реализовываться в АИС. В их числе:

1. исходные данные, которые использует транзакция;

2. выходные данные, формируемые транзакцией;

3. функциональные характеристики транзакций;

4. степень важности транзакции для пользователя;

5. предполагается интенсивность использования данной транзакции.

Задачей концептуального проектирования является определение информационных потребностей "предприятия", тех процессов и данных, которые необходимы для обеспечения этих потребностей. Процесс концептуального проектирования начинается с изучения деятельности "предприятия", т.е. с анализа предметной области . Вначале определяются цели и задачи предприятия, анализируются процессы (планирование, управление, контроль), обеспечивающие достижение этих целей и выполнение поставленных задач. Затем осуществляется разбиение процессов на процессы более низкого уровня до тех пор, пока в результате декомпозиции не будет достигнут уровень приложений, выполнение которых возможно без дальнейшего разбиения. Далее определяются информационные потребности каждого приложения, определяются требования к данным, которые, в сущности, определяют локальные представления, о которых речь шла выше. Дальнейший процесс объединения этих локальных представлений, устранение возникающих противоречий, имеет своей целью создание единого цельного представления БД, называемого как уже упоминалось выше концептуальным представлением. К сожалению, следует констатировать, что проектирование БД все еще является весьма субъективным занятием, поскольку не существует действительно строгих методов решения этой задачи.

Концептуальная схема описывает общее представление в терминах некоторой абстрактной модели данных .

2.Модель данных

Любая модель данных содержит три компоненты:

Описание структуры данных , т.е. описание объектов, на которых строится БД.

Ограничения целостности , т.е. набор правил, которые ограничивают множество экземпляров этих объектов, допустимых в БД.

Набор допустимых операций , т.е. набор операторов, которые применяются для обработки экземпляров объектов.

Модель данных предполагает, как минимум, наличие языка определения данных (ЯОД) для описания структуры и языка манипулирования данными (ЯМД), включающего операции извлечения и модификации данных, а также наличие механизма поддержания соответствия данных предметной области на основе формально описанных правил.

Популярный подход к моделированию данных был предложен Питером Ченом в работе «Модель сущность-связь – к унифицированному виду данных». Этот подход основан на модели «сущность-связь» или ER-модели, обсуждению которой посвящена настоящая лекция.

ER-модель основывается на некой важной семантической информации о реальном мире и предназначена длялогического представления данных.

3.Модель «сущность-связь». Семантические концепции

Укажем семантические концепции (конструктивные элементы), используемые в этой модели.

Сущности (мы будем пользоваться более привычным термином – Объекты ) подразделяются на правильные(сильные) и слабые . Слабым называется объект, который находится в зависимости от некоторого другого объекта, т.е. он не может существовать, если не существует этот другой объект .Правильным объектом называется объект, который не является слабым. Например, в базе данных фирмы, в которой хранятся данные о предпочтениях клиентов, объект «Предпочтения» является слабым, т.к. экземпляра этого объекта, соответствующего конкретному клиенту, не может быть в базе данных, если не существует соответствующий экземпляр объекта «Клиент». В частности, если данный экземпляр объекта «Клиент» будет удален, то так же должны быть удалены все зависящие от него экземпляры объекта «Предпочтения».

Возможны случаи, когда некоторый объект А является специальным видом другого объекта В . Тогда говорят, что А является подтипом В (или " А есть В ") или В является обобщением А . Например, в базе данных "Авиалинии" имеется объект "Служащие". Для указания того, кто из служащих является пилотом, можно в БД определить объект "Пилот" как подтип объекта "Служащий". Пилоты автоматически обладают всеми свойствами сотрудников, однако обратное утверждение неверно (например, для пилотов может быть дополнительно определено свойство "Тип самолета, которым пилот владеет в наибольшей мере" неприменимое ковсем сотрудникам). Аналогично, пилоты автоматически участвуют во всех связях (см. ниже), в которых участвуют сотрудники. О таких свойствах и связях говорят, что онинаследуются подтипом от супертипа.

Подтип в свою очередь может являться супертипом для объектов-подтипов следующего уровня, те в свою очередь для следующего и т.д., образуя, таким образом, иерархию типов для данного объекта. Пример такой иерархии представлен на рис. 1.

Рис. 1. Пример иерархии объектов

Иерархию типов не следует путать с иерархией данных. На рис.1 вовсе не подразумевается, что один сотрудник может иметь в подчинении нескольких программистов, наоборот, для одного экземпляра объекта "Служащий" существует максимум один экземпляр объекта "Программист", представляющий того же самого сотрудника в роли программиста.

Атрибуты и их классификация.

Напомним, что атрибут – это свойство объекта или связи, которое характеризуется именем и множеством допустимых значений.

Атрибуты подразделяются на простые и составные. Простой атрибут не может быть разделен на более мелкие независимые элементы (в рамках используемой модели данных). Составной атрибут состоит из нескольких независимо существующих элементов (например, составное свойство «имя сотрудника» может складываться из простых свойств «имя», «отчество» и «фамилия»).

Атрибуты также подразделяются на – однозначные и многозначные . Однозначный атрибут содержит только одно значение для каждого экземпляра объекта определенного типа. Многозначный атрибут может содержать несколько значений для каждого экземпляра объекта определенного типа . Например, название отделения или филиала компании -однозначныйатрибут, а номер телефона отделения – вообще говоря, многозначный (оно может иметь несколько номеров).

Еще одно разделение атрибутов – на базовые и производные. Базовый атрибут – это такой, значение которого не зависит от значений других атрибутов данного объекта или других. Производный атрибут - это такой, значение которого зависит от значений некоторого множества других атрибутов

Атрибут является ключевым , уникальным, если он однозначно идентифицирует каждый экземпляр объекта из данного набора .

Связи и их характеристики

Связи устанавливаются между объектами, называемыми участниками , а количество участников данной связи называется степенью этой связи. Связь может быть полной или частичной . Пусть R является связью, которая содержит объект Е в качестве участника. Тогда, если каждый экземпляр объекта Е находится, по крайней мере, в одном экземпляре связи R , то участие Е в связи R называется полным, в противном случае – частичным. Например, если каждый товар должен поставляться, по крайней мере, одним поставщиком, то участие товаров в связи между товарами и поставщиками является полным. Но если допустима такая ситуация, когда некоторый товар не поставляется ни одним поставщиком, то участие товаров в связи является частичным.

Обсудим несколько важных общих характеристик связей:

Связь может быть определена на более чем двух объектах. Например, связь объектов "Отделение"-"Специализация"-"Предмет"-"Вид испытания" определяет перечень испытаний (экзаменов, зачетов, курсовых и пр.), которые необходимо выдержать студенту, обучающемуся по некоторой специализации на конкретном (например, "дневном") отделении. Эта связь определяется, в частности, на четырех сущностях.

Может существовать несколько связей, определенных на одних и тех же множествах объектов . Например, связи "Работает над" и "Руководит" определяются на совпадающих множествах объектов {"Проект", "Служащий"}.

Связь может устанавливаться между разными экземплярами одного объекта. Такая связь называется рекурсивной.

Связь может определять зависимость существования (existence dependency) одного объекта от другого . Например, связь "Подчиняется" показывает, что существование экземпляра объекта в наборе "Подчиненный" зависит от присутствия экземпляра некоторого объекта в наборе объектов "Служащий".

Аннотация

ПРОБЛЕМАТИКА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Бутенко Л.Н.

Статья посвящена проблемам концептуального проектирования технических систем. Показана актуальность междисциплинарной интеграции методов, применяемых для получения новых технических решений.

Problems of Conceptual design

The aim of this article is demonstration of problems and methods of conceptual design theory. Discussing intellectual problems in development theory achievements aspect. Shows the intersubject research for successful solving of this problems. This production can to change a scientific paradigm.

In this article we present this studies, procedures, metarules, which can management of relationship designing and some semantic describes of this aspect.

ПРОБЛЕМАТИКА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Бутенко Л.Н.

Волгоградский государственный технический университет
400131, г. Волгоград, проспект им. В.И. Ленина, 28, [email protected]

«Того, кто не задумывается о далёких трудностях,
непременно поджидают близкие неприятности»
Конфуций

«-Голова – она может всё». Граф Калиостро
Григорий Горин «Формула Любви»

В настоящее время высокую актуальность приобрели исследования в области концептуального проектирования ввиду того, что применение традиционных детерминированных методов описания, контроля и управления выявило их большую ограниченность, а порой и невозможность построения моделей проектируемых систем.

Современное состояние исследований в методологических дисциплинах (исследование операций, системотехника, системный анализ) а также теории принятия решений, многоуровневых иерархических систем, автоматического управления, катастроф таково, что не позволяет исследовать сложные, плохо структуризованные, динамичные предметные области.

Математическое моделирование в настоящее время ориентировано на параметрический синтез.

Лучшие из методов автоматизации программирования (логическое, структурное и объектно-ориентированное программирование CASE-технологии) не имеют в своем составе развитых познавательных средств. Мощные средства автоматизации проектно-конструкторских работ (например, AutoCAD) не имеют средств для представления сложных развивающихся объектов.

Методы и средства искусственного интеллекта (ситуационное управление, экспертные системы, инженерия знаний, базы знаний) не имеют средств для углубления понимания предметных областей, они лишь мобилизуют имеющиеся знания.

Методы проектирования организаций (проблемно-ориентированный подход, функциональный подход, системное проектирование и другие) не имеют средств для восстановления целостности интересов организаций и областей их деятельности.

Мощные познавательные методы, развитые в рамках философской диалектики, теории познания, в логике и методологии науки, в теории мышления, структурализма пока еще не стали средствами прикладной, инженерной работы.

Теория систем в своем развитии находится в методологическом тупике и не выработала методов постулирования сложных классов систем.

Синергетика имеет предметом физические или физикалистские процессы.

Математический аппарат (теория множеств, теория категорий и функторов, теория структур, теория топосов) широко применяется в теории систем и в ряде прикладных задач (проектирование баз данных), но до сих пор не был способен обеспечить исследование сложных предметных областей и проектирование сложных объектов.

Концептуальное проектирование системы – это стадия, на которой принимаются определяющие ее последующий облик решения на различных системных уровнях, проводится исследование созданных решений и их предварительное согласование.

Приведем ряд базовых определений:

Концепт (лат. conceptus - понятие) – понятие;

Термин «концептуальный» обозначает характер процесса (описания, представления и т.д.) или объекта (модели, структуры, результата и т.д.), отличающийся тем, что качественная определенность объектов представляется в форме понятий ; Концептуально мыслить - это базовая способность человеческого мышления с большими скоростями «свертывать» и обобщать информацию любого рода. Свертка информации может находить отображение в понятиях, числе, временной или пространственной структуре.

Рассмотрим массив интеллектуальных задач и способы их решения с точки зрения системного подхода к концептуальному проектированию систем любого класса.

Наиболее современное определение системы приведено в

Система = (элементы, отношения, внешняя среда, наблюдатель, язык)

Рассмотрим проблемы концептуального проектирования с точки зрений современного представления того, что называется системой. Первое, что бросается в глаза, то, что это определение статично, в нем отсутствуют правила построения систем. Только в последнее время в определении появляться новые объекты, которые влияют на эффективность процесса концептуального проектирования систем, например, Наблюдатель (проектировщик), Язык (язык проектирования). Формулировка первой проблемы заключается в том, что для обеспечения свойств системы должны быть созданы массивы правил их обеспечения. Приведем перечень инвариантных свойств системы, которые образуют кортеж :

S = (a,b,c,d,f, … , ),

где:a–первичность целого (системы); b–неаддитивность системы;c–размерность системы;d–сложность структуры системы;e–жесткость системы;f–вертикальная целостность системы;g – горизонтальная обособленность системы;h – иерархичность системы;i–множественность (разная глубина) описания системы;j–взаимозависимость системы и внешней среды;k–степень самостоятельности системы;l–открытость системы;m–совместимость системы;n–целенаправленность системы;o–наследственность системы;p–приоритет качества;q–приоритет интересов системы более высокого уровня;r–надёжность системы;s–оптимальность системы;t–неопределенность информационного обеспечения системы;u–эмерджентность системы;v–мультипликативность системы;w–непрерывность функционирования и развития системы;x–альтернативность путей функционирования и развития системы; y–синергичность системы;z–инерционность системы;–адаптивность системы;–организованность системы;–уровень стандартизации системы;–инновационный характер развития системы.

Для того, чтобы система была целостным объектом необходимо определить характер и последовательность интеллектуальных процедур, обеспечивающих проявление всех вышеназванных свойств.

Отметим, что свойства любой системы только в частном случае могут быть определены функцией структуры этой системы, более приемлемым, по нашему мнению, является зависимость «свойства–организация» системы. Под организацией будем понимать множество элементов и отношений, а также взаимодействие между элементами. В этом случае, концептуальное проектирование систем должно подчиняться закономерностям организации систем, как с точки зрения строения, так и функционирования. Здесь обнаруживается необходимость существования и, соответственно, проектирования такой надсистемы, которая осуществляет целепорождение и координацию всех проявлений свойств системы. Такая надсистема принципиально отлична от внешней среды.

Интеллектуальной проблемой является также создание «границ» системы с внешней средой, где главным является сохранение целостности и обеспечение устойчивости.

Влияние наблюдателя на процесс концептуального проектирования может быть определено через взаимодействие субъекта и объекта. В данном случае необходимо решить задачу о возникновении, формировании, развитии и воплощении идеи проектируемой системы. Приведем самые распространенные определения идеи:

Идея – форма постижения в мысли явлений объективной реальности ;

Идея – это терм, окруженный релевантным знанием ;

Идея – это зафиксированное в каком-либо коде представление об устройствах объекта, о сути процесса, о причинах и следствиях явлений .

Полная цепь развертывания идеи об объекте как о системе обозначена в : Наблюдатель порождает интенции, т.е. исходные намерения в границах аспекта. Следующий шаг проявления идеи – результат развития намерения в конкретной среде. Здесь знание становиться можно уже «рассматривать», это выражение сущности явления. Далее – этап проявления сущности. Это этап системообразования, здесь сущность как нечто целое обнаруживает различие своих частей. и, «наконец», этап восхождения к классам систем при помощи новых аксиом. Как следует из описания, вопрос о том, как появляется идея, является очень сложным, а процедуры ее усложнения, происходящие в Наблюдателе описаны в психологии недостаточно четко. В психолингвистике было уточнено понятие концепта и оказалось, что концепт не равнозначен термину понятия . Концепт существует в ментальном мире человека не в виде четких понятий, а как «пучок» представлений, понятий, знаний, ассоциаций, переживаний, который сопровождает слово. Концепты не только мыслятся, они «переживаются», они предмет эмоций, симпатий и антипатий,а иногда и столкновений. Концепт трактуют как некоторую базовую когнитивную сущность, позволяющую связывать смысл с употребляемым словом, как содержательную единицу процесса концептуализации, посредством которого действительность преломляется в голове человека.

Таким образом, мы выходим на проблему получения выводного знания. Человек может проявлять новое знание «методом открытия» и «методом постулирования». Отметим, что в данном контексте возникают проблемы учета изменения информации в процессе выводного знания (т.е. вывод является немонотонным), а также проблемы горизонтального и вертикального синтеза, средоточием которых является проблема совместимости между элементами и между системными уровнями проектирования.

Для концептуального проектирования особое значение имеет получение именно новых решений. Укажем на взаимосвязь этой проблемы с проблемой системогенеза, а также с проблемой получения выводного знания.

Отметим также, что особой актуальностью обладает концептуальное проектирование систем в аспекте обеспечения их инновационного развития. Это непосредственно связано с качественными переходами между системами, требующими изменения организации этих систем. Эту новую область исследований, по нашему мнению следует назвать гетеродинамикой. На рис.1 показаны возможные направления дальнейших междисциплинарных исследований. Подчеркивая прагматическую направленность, мы хотели бы указать на тесную взаимосвязь с задачами стратегического планирования, стратегического менеджмента, стратегического маркетинга для самых разных предметных областей.

Библиографический список:

1. Никаноров С. П. Метод концептуального проектирования систем организационного управления и его применение. Электронный научно-информационный журнал «СИСТЕМНОЕ УПРАВЛЕНИЕ. ПРОБЛЕМЫ и РЕШЕНИЯ» http://www.situation.ru/app/j_art_960.htm

2. Теслинов А.Г. Развитие систем управления: методология и концептуальные структуры. М.: «Глобус», 1998. 229с.

3. Волкова В.Н., Денисов А.А.Основы теории систем и системного анализа

4. Стратегический маркетинг: Р.А.Фатхутдинов. – СПб.: Питер, 2003.

5. Философский энциклопедический словарь. М: Советская Энциклопедия. 1983

6. Финн В.К.Философские проблемы логики интеллектуальных систем. Журнал Российской Ассоциации искусственного интеллекта. «Новости искусственного интеллекта» № 1. Москва 1999. с. 36.

7. Птушенко А. «Техника Молодёжи» № 3, 2003, стр 24.

8. Залевская А.А. Введение в психолингвистику. Российск.гос.гуманит.ун-т. М., 2000, 382 с.

9. Александров Е.А.Основы теории эвристических решений. М. Советское радио, 1975, 254 с.

10. Бутенко Дм.В. Взаимосвязь стратегического планирования и концептуального проектирования. // XXX Юбилейная Международная конференция и дискуссионный научный клуб IT+SE`2003 Новые информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе. Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2003г., с. 107