Концептуальное проектирование: методы, средства, цели и задачи. Концептуальное проектирование с использованием методологии IDEF1X

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

Элемент системы	Функции элемента
	Наименование	Вербальное описание
		Воздействует при открытии на Е 4 и прекращает воздействие при закрытии
		Перемалывает V 2 и передает результат работы под Е 3
	Бункер для кофейного зерна	V 1 засыпает V 2 в элемент Е 2, запускается Е 1
		Проталкивает V 2 к Е 7
	Блокирующее устройство	Фиксирует факт открытия и закрытия Е 0 , блокирует/ разблокирует Е 5
	Электродвигатель	Принимает сигнал от Е 6 , затем подаёт сигнал на запуск Е 1
	Включатель	Воздействует на Е 5 и прекращает воздействие при повторном нажатии V 1
	Бункер для молотого кофе	Хранит перемолотый V 2

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

Элемент системы	Физическая операция
	Наименование	Входное воздействие	Операция Колера	Выходное воздействие В
		Физическое Воздействие от V 1	Преобразование	Сигнал к Е 4
		Воздействие на V 2	Преобразование	Сигнал к Е 3
	Бункер для кофейного зерна	Физическое Воздействие от V 1 на V 2	Преобразование	Сигнал к Е 1
		Сигнал из Е 1	Перемещение	Передача V 2 к Е 7
	Блокирующее устройство	Положение Е 0	Преобразование	Сигнал к Е 5
	Электродвигатель	Сигнал из Е 4 и Е 6	Преобразование	Сигнал к Е 1
	Включатель	Физическое Воздействие от V 1	Преобразование	Сигнал к Е 5
	Бункер для молотого кофе	Задержка V 2	Перемещение	Хранение V2 с Последующей передачей на обработку

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.

Классификационные признаки	Варианты реализации классификационных признаков
	V 1 1 - сталь; V 1 2 - алюминий; V 1 3 - пластик;
	V 2 1 - сталь; V 2 2 - алюминий; V 2 3 - латунь;
Бункер для кофейного зерна	V 3 1 - сталь; V 3 2 - пластик;
	V 4 1 - поршневой; V 4 2 - гидравлический;
Блокирующее устройство	V 5 1 - кнопка; V 5 2 - контактная пластина; V 5 3 - фотоэлемент;
Включатель	V 6 1 - автоматический; V 6 2 - кнопка;
Бункер для молотого кофе	V 7 1 - сталь; V 7 2 - пластик;

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.

Наименование элемента	Оценка элементов по критериям
	Эффективность	Простота осуществления	Экономичность	Надежность
V 1 1 - сталь; V 1 2 - алюминий; V 1 3 - пластик
V 2 1 - сталь; V 2 2 - алюминий; V 2 3 - латунь;
V 4 1 - поршневой; V 4 2 - гидравлический;
Блокирующее устройство: V 5 1 - кнопка; V 5 2 - контактная пластина;

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.

Концептуальное проектирование

Концептуальное проектирование технических систем - начальная стадия проектирования , на которой принимаются определяющие последующий облик решения, и проводится исследование и согласование параметров созданных технических решений с возможной их организацией. Термин «концепция» применяется для описания принципа действия не только в технических системах, но и в научных , художественных и прочих видов деятельности. «Концепт» (лат.) - содержание понятия, смысл. Таким образом, проектирование на концептуальном уровне - на уровне смысла или содержания понятия систем.

Основной объем задач концептуального проектирования относится к ранним стадиям разработки технических систем (ТС): при постановке задачи на проектирование , выработке массива вариантов технических и оформительских решений и в эскизном проектировании, при создании технического задания.

Автоматизированные системы поддержки этапа концептуального проектирования

Образ объекта или его составных частей может создаваться в воображении человека в результате творческого процесса или генерироваться в соответствии с некоторыми алгоритмами в процессе взаимодействия человека и ЭВМ с помощью автоматизированных систем поддержки этапа концептуального проектирования . Работы по этой тематике велись такими учеными как А. И. Половинкин , М. Ф. Зарипов , В. А. Камаев , Р. Коллер , А. М. Дворянкин, В. А. Глазунов , С. А. Фоменков , В. М. Цуриков и т. д..

Известны несколько подходов, которые легли в основу подобных автоматизированных систем [автоматизированная система]:

Формализованное описание естественнонаучных и научно-технических эффектов на основе онтологии научно-технических характеристик.
Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ).
Энерго-информационная модель цепей и метод структурных параметрических схем (ЭИМЦ).
Система структурирования физических знаний и поискового конструирования.

Литература

«Project on Creation of Knowledge Base on Physical and Technologocal Effects », Материалы международной конференции TC-1. Education in Measurements and Instrumentation - Challenges of New Technologies: Proceedings, Вроцлав - 2002, P. 171-176 ISBN 83-7085-647-0 . Зарипова В. М., Зарипов М. Ф., Петрова И. Ю.
Применение объектных технологий для анализа и проектирования систем поиска новых технических решений (на примере систем Интеллект и Сапфит). Информационные технологии в образовании и медицине: Материалы международной конференции - 2004 г. - Волгоград: Издательство ВолгГТУ, 2004 г. Зарипова В. М., Камаев В. А.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Концептуальное проектирование" в других словарях:

концептуальное проектирование - 3.6.5. концептуальное проектирование: Стадия конструкторской ПП, выполняемая при помощи САЕ|САВ системы (САЕ Computer Aided Engineering, CAD Computer Aided Design), в ходе которой разрабатывается облик изделия (в форме геометрической 3D мoдeли)… …

Процесс создания схемы базы данных и определения необходимых ограничений целостности. Содержание 1 Основные задачи проектирования баз данных … Википедия

Андрей Георгиевич Теслинов [[Файл … Википедия

50.1.031-2001: Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Часть 1. Стадии жизненного цикла продукции - Терминология 50.1.031 2001: Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Часть 1. Стадии жизненного цикла продукции: 3.7.12. (всеобщее) управление качеством: Совокупность программных средств и данных … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Р 50.1.031-2001: Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Часть 1. Стадии жизненного цикла продукции - Терминология Р 50.1.031 2001: Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Часть 1. Стадии жизненного цикла продукции: 3.7.12. (всеобщее) управление качеством: Совокупность программных средств и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Камаев. Камаев Валерий Анатольевич Дата рождения: 30 мая 1940(1940 05 30) (72 года) Место рождения: г. Омск Страна … Википедия

DEMO (DEMOnstration Power Plant) проект электростанции, использующей термоядерный синтез. Планируется постройка после успешного ввода в строй ИТЭР. Временные рамки проекта В 2004 году были предложены следующие временные рамки проекта:… … Википедия

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

Спартак Петрович Никаноров Дата рождения: 30 августа 1923 Место рождения: Москва, СССР Спартак Петрович Ник … Википедия

S1000 малая неатомная подводная лодка. Совместная разработка Италии и России. Разработка проекта началась в 2004 году по техническому заданию и при финансировании Военно морских сил Италии. Первый этап работ был завершен в феврале 2005… … Википедия

Книги

Концептуальное проектирование. Теория изобретательства , Глазунов В.Н.. В книге впервые изложены теоретические основы концептуального проектирования как самостоятельного вида проектной деятельности. Выявлены все виды задач концептуального проектирования и…

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

Одна из архитектур БД называется ANSI/SPARC.

Основной идеей является выделение трехуровневой абстракции в описании данных. Цель – отделение пользовательского представления БД от ее физического представления.

Причины, по которым желательно такое разделение:

Каждый пользователь должен иметь возможность обращаться к общим данным, используя собственное представление о них;

Пользователи не должны иметь дело с подробностями физического хранения данных;

Администратор БД должен иметь возможность изменять структуру БД, не оказывая влияние на представления пользователей;

Внутренняя структура БД не должна зависеть от изменений физических аспектов хранения информации, таких как переключение на новое устройство и т.д.;

Выделяются три уровня архитектуры БД – внешний, концептуальный и внутренний.

Внешний уровень – представление БД с точки зрения пользователей, состоит из нескольких внешних представлений, обычно соответствующих группам пользователей. Различные представления могут по-разному отображать одни и те же данные, также они могут включать вычисляемые данные, не хранящиеся в БД.

Концептуальный уровень – обобщенное представление схемы БД. Уровень описывает, какие данные хранятся в БД и какие связи хранятся между ними. Концептуальная схема – это полное представление требований к данным со стороны организации, оно не зависит от способа хранения данных. На концептуальном уровне представлены следующие компоненты:

1. Все элементы данных.

2. Ограничения, накладываемые на элементы данных.

3. Семантическая информация о данных.

4. Информация о мерах обеспечения безопасностей и поддержки целостности данных.

Внутренний уровень – описывает реализацию БД и предназначен для обеспечения оптимальной производительности системы и экономного использования ее ресурсов с учетом конкретной СУБД.

Внутреннему уровню соответствует следующая информация:

1. Описание подробностей хранения с указанием реальных размеров сохраняемых элементов.

2. Распределение дискового пространства для хранения данных и индексов.

3. Сведения о физической организации данных.

4. Сведения о сжатии данных и методах их шифрования.

Ниже внутреннего уровня лежит физический , который контролируется операционной системой под руководством СУБД, их функции на этом уровне четко не разделены.

Два подхода к концептуальному проектированию: восходящий и нисходящий.

При восходящем подходе проектирование начинается с самого нижнего уровня с выделения атрибутов. После этого выявляются взаимосвязи между ними, то есть функциональные зависимости, затем с использованием специальных алгоритмов, основанных на функциональных зависимостях, строятся схемы БД.

Восходящий подход лучше использовать для проектирования простых БД, так как с ростом числа атрибутов установить все взаимосвязи между ними затруднительно, кроме того, на начальных стадиях проектирования больших систем трудно выделить все атрибуты.

Нисходящий подход начинается с выявления нескольких высокоуровневых сущностей и связей между ними. После этого в несколько этапов производится уточнение модели, при этом появляются новые сущности, связи и атрибуты.

Также существует смешанная стратегия проектирования, в этом случае восходящий и нисходящий подход используются для различных частей системы, а затем результаты сводятся воедино.

Понятие сущности.

При описании любой предметной области человек пользуется понятиями отдельных предметов, фактов или событий, которые он выделяет из окружающего мира, отличая их от всех остальных и идентифицируя определенным образом. Поэтому основной составляющей семантической модели являются сущности.

Сущность (entity) – «предмет», который может быть идентифицирован некоторым способом, отличающим его от других предметов. Предмет используется в широком смысле, например в системе управления учебным процессом в качестве предметов используются реальные предметы (учебный корпус, аудитория, преподаватели, факты, сессия и т.д.).

Характеристики сущности. Проблема уникальности сущности.

В общем случае, сущность – тип или класс различимых объектов. Основанием отнесения сущности к определенному классу является наличие у сущности характеристик (атрибутов), присущих классу. Отличие сущности от остальных сущностей класса производится на основании значений этих же характеристик.

Значения большинства характеристик сущности меняются с течением времени, но это не означает исчезновение сущности и появление новой → возникает необходимость выявления характеристик сущности, которые не меняются во времени и однозначно идентифицируют сущность.

Проблема состоит в том, что на практике неизменные атрибуты найти невозможно. Даже в случае, если такие атрибуты находятся (№ зачетки и № паспорта), то в процессе эксплуатации системы может возникнуть необходимость модификации этих атрибутов, например, для исправления сделанных ошибок.

С точки зрения реального мира, такое исправление может соответствовать как модификации данного атрибута (первичного ключа), так и создания новой сущности. Одним из решений подобной проблемы может быть введение суррогатных ключей сущности. Недостаток данного подхода – удаление модели от реального мира, то есть модель содержит информацию, отсутствующую в предметной области.

Таким образом, концептуальное проектирование начинают в выявления в предметной области сущностей, определения характеристик этих сущностей, определения наборов атрибутов, уникально определяющих сущности; из этих наборов выбирают первичный ключ или вводят суррогат.

В формате IDEFX сущность определяют следующим образом:

Все наборы атрибутов, которые могли рассматриваться как ключи, помечаются АК (альтернативный ключ).

Связи. Понятие связи.

Предметы, события и личности в предметной области находятся в определенных взаимосвязях. При построении семантической модели необходимо выявить эти взаимосвязи. Включение взаимосвязи в модель приводит к появлению новых атрибутов или сущностей, в зависимости от типов взаимодействия.

Пусть в предметной области существует факт – «студент обучается в группе». Это означает наличие взаимосвязи между сущностями студент и группа. При более детальном анализе выявляются дополнительные факты: студент одновременно может учиться только в одной группе, группа может состоять из многих студентов.

Такие взаимодействия отражаются как связи «один ко многим» и в стандарте IDEFX отражаются следующим образом:

В результате построения связи у сущности «студент» появился новый атрибут, помеченный FK (foreign key). Значение этого атрибута должно совпадать со значением первичного ключа сущности «группа».

В стандарте IDEFX связи «один ко многим» классифицируют по следующим признакам:

1) по возможности null-значения;

2) по степени зависимости связываемых сущностей;

3) по кардинальности;

1. Классификация связи по возможности null-значения . Продолжим пример со студентом. В какой-то момент времени студент может не принадлежать группе, например, когда студент находится в академическом отпуске или при переводе со специальности на специальность. Таким образом, атрибут «номер группы» в сущности «студент», кроме значения первичного ключа сущности «группа», может принимать null-значение.

Такая связь (с возможностью null-значения внешнего ключа) отмечается ромбом у сущности-предка.

Рассмотрим другой пример – «сотрудник работает в отделе». Проводим рассуждения, аналогичные предыдущему примеру. Если «каждый сотрудник должен работать в отделе», то между сущностями «сотрудник» и «отдел» имеется связь «один ко многим» без возможности неопределенного значения внешнего ключа. Она отображается также, только ромб у сущности-предка отсутствует.

2. Классификация связи по степени зависимости связываемых сущностей . Иногда при идентификации предмета реального мира используются характеристики, присущие другим предметам, например, специализация идентифицируется кодом специальности, которой она принадлежит и собственным номером.

071901 – первые 4 цифры – номер специальности, остальные – номер специализации. При этом номер специализации уникален в рамках специальности.

Сущности, подобные сущности «специализация», называются слабыми или зависимыми, и отображаются прямоугольниками со скругленными углами:

Связь называются идентифицирующей связью «один ко многим» и отображается не пунктирной линией и переносом первичного ключа сущности-предка в состав первичного ключа сущности-потомка. Разумеется, идентифицирующая связь не может допускать неопределенного значения внешнего ключа.

Ранее описанные связи являлись не идентифицирующими, отображались пунктирной линией, и первичный ключ сущности-предка переносится в состав не ключевых атрибутов.

3. Классификация связи по кардинальности . Стандарт IDEFX поддерживает следующие кардинальности связи (рис 4):

Например, в группе должен быть хотя бы 1 студент.

Обычно при реализации базы данных сущности, между которыми есть связи «1 к 1», решаются в виде общей таблицы. Однако с семантической точки зрения объединять такие таблицы нельзя, так как получается сущность с непонятным значением.

Роль внешнего ключа.

Иногда для более точного описания предметной области вводится понятие роли атрибута для внешнего ключа. Роль – значение, которое атрибут несет, в сущности. Например, в примере о кураторе группы атрибут «табельный номер преподавателя» в сущности «группа» может играть роль «куратор». Если связь построена в обратном направлении, то внешний ключ играет роль «курируемая группа».

Бывают ситуации, когда введение роли внешнего ключа обязательно.

1) Например, когда между двумя сущностями присутствуют две или более связи → опишем бухгалтерскую проводку, которая характеризуется номером в пределах одной даты и суммой. Счет характеризуется номером, названием и разделом баланса. Между сущностями можно выделить две связи:

– «проводка кредитует счет» - один и тот же счет может кредитоваться различными проводками, а проводка кредитует только один счет → связь «один ко многим»; проводка не может не иметь счета кредитования, то есть связь не допускает неопределенного значения внешнего ключа; счет кредитования не участвует в идентификации проводки, поэтому связь не идентифицирующая;

- «проводка дебетует счет» - первичный ключ к сущности «счет» должен дважды войти в состав не ключевых атрибутов сущности «проводка», то есть обойтись без роли внешнего ключа нельзя:

2) в случае рекурсивной связи - когда родитель и потомок совпадают. Пример – иерархия подчинения в организации, когда для данного работника необходимо учитывать его непосредственного начальника: