Одна из закономерностей развития больших систем, прослеживающаяся особенно ярко в последнее время, — это повышение их сложности и увеличение числа выполняемых ими функций. В зависимости от целей синтеза в исходной постановке задачи на создание многофункциональных систем число и характер выполняемых ими функций могут быть либо строго зафиксированы, либо ограничения на число и характер реализуемых функций отсутствуют. При этом предполагается, что оставляемые в системе функции и элементы, их реализующие, обеспечивают, с одной стороны, нормальную работоспособность системы, а с другой — ее наилучшую эффективность для некоторых определенных в исходном задании условий производства и эксплуатации (определенного сегмента рынка).
Яркими примерами многофункциональных сложных систем в бытовой технике являются аудио- и видеосистемы. Такие системы могут содержать в одном блоке одновременно разное по количеству и составу число таких функциональных элементов, как магнитофон, радиоприемник, лазерный компакт-диск, телевизор, видеомагнитофон, персональный компьютер и т. д.
В связи с установившимися тенденциями развития современных систем актуально решение проблемы по созданию подходов и методов, позволяющих решать задачи синтеза рациональных многофункциональных систем при снятых ограничениях на число и характер выполняемых ими функций. Решение поставленной задачи может быть проведено в три этапа. На этапе 1 выбирается рациональный состав функций Fi (обобщенных функциональных подсистем). На этапе 2 для каждой функции формируется множество наиболее рациональных альтернатив. На этапе 3 определяется лучшая композиция альтернатив, реализующих исследуемые функции.
Рассмотрим подробнее один из подходов для решения обозначенной задачи.
Решение задачи начинается с построения морфологической таблицы, в строках которой отражены возможные для реализации в проектируемой системе функции (Fi). Столбцы таблицы заполняются альтернативами (Аij), обеспечивающими выполнение функций с различной степенью эффективности. В качестве примера рассматривается морфологическая таблица мероприятий, планируемых администрацией города для реализации в ближайшем будущем (табл. 5.18).
Пусть в исходной постановке задачи сняты ограничения на число и характер выполняемых функций в проектируемой целостной системе. При этом требуется синтезировать рациональную систему с учетом конкретной ситуации, сложившейся в городе.
Таблица 5.18 Исходная морфологическая таблица
Сначала исходное множество функций F={F1, F2, F3} обрабатывается алгоритмом, обеспечивающим генерацию множества
F={F1, F2, F3, F1F2, F1F3, F2F3, F1F2F3} всех единичных, парных, тернарных и т.д. сочетаний элементов из множества F.
В сформированном множестве не все единичные функции и сочетания этих функций могут обеспечить работоспособность целостной системы. Поэтому отбираются лишь допустимые функции и их сочетания, которые обеспечивают нормальную работу системы. Для рассматриваемой задачи допустимыми функциями являются:
F1, F1F2, F1F3, F1F2F3.
Затем строится иерархическая система критериев качества для выбора наиболее предпочтительного сочетания функций в проектируемой системе.
Один из вариантов иерархии для выбора предпочтительной функции или сочетаний функций приведен на рис. 5.15.
Результаты иерархического синтеза по каждому критерию приведены в табл. 5.19, из которой видно, что приоритет функциональных композиций существенно зависит от критериев.
После установления наиболее эффективных композиций функций строятся морфологические таблицы, систематизирующие варианты реализации функций. Например, для повышения жизненного уровня населения города (см. табл. 5.19) наиболее эффективными и предпочтительными являются две композиции функций: F1F3 и F1F2F3. Для этих композиций построены две морфологические таблицы (табл. 5.18, 5.20), элементами которых являются различные альтернативы по реализации соответствующих функций.
Таблица 5. 19 Значение векторов приоритетов функциональных композиций
|
Критерий качества системы
|
Значение для вектора приоритетов функциональных композиций |
|||
|
F1 |
F1F2 |
F1F3 |
F1F2F3 |
|
|
Быстрая прибыль Рабочие места Экология Повышение жизненного уровня |
0,1 0,05 0,5 0,1 |
0,2 0,05 0,1 0,1 |
0,2 0,5 0,2 0,4 |
0,5 0,4 0,2 0,4 |
Таблица 5. 20 Исходные данные для синтеза двух функциональных систем
|
Функция |
Альтернатива |
||
|
F1 - реконструкция предприятий |
А11 - тракторный завод
|
A12 - моторный завод
|
А13 - завод буровой техники
|
|
F3 - развитие транспортной системы |
A31 - метрополитен |
А32-троллейбусные маршруты |
А33 - маршрутные такси |
Окончательный синтез комплексных решений на морфологических таблицах может проводиться различными алгоритмами (полный перебор, древовидный или лабиринтный синтез) в зависимости от их размерности. Отобранные в результате синтеза лучшие решения из первой и второй матриц сравниваются между собой по дополнительному комплексу критериев качества в целях выбора окончательного наилучшего варианта.
