Анализ противоречий системы

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
Руководитель ООП
доц. Е.Б. Мазаков
Зав. кафедрой ИС и ВТ
доц. Е.Б. Мазаков
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Структурный анализ и синтез сложных систем
Направление подготовки: 230100.68 - Информатика и вычислительная
техника
Программа подготовки: Методы анализа и синтеза проектных решений
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
Составитель:
профессор
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
Г.И. Анкудинов
Составитель:
профессор Г.И. Анкудинов
Научный редактор:
профессор И.А. Бригаднов
2
1. Цель и задачи дисциплины.
Цель преподавания дисциплины – приобретение студентами знаний о современных
методах структурного анализа и синтеза сложных систем на основе функциональноструктурного подхода.
Задачи дисциплины:
ознакомление студентов с основами постановки задачи на проектирование и
разработки технического задания, методами выполнения начальных стадий проектирования
с использованием функционально-структурного подхода;
изучение методов структурного синтеза, определяющих последующий облик
технического решения;
освоение методов формализации знаний и формирования множества альтернативных
вариантов в предметной области структурного синтеза.
2. Место дисциплины в структуре ООП.
Курс «Структурный анализ и синтез сложных систем» входят в состав вариативной
части блока общепрофессиональных дисциплин магистерской программы «Методы
анализа и синтеза проектных решений» по направлению 230100.68 – «Информатика и
вычислительная техника».
Курс изучается в 1-м семестре. Для освоения курса обучающийся должен обладать
устойчивыми знаниями по математике, дискретной математике, информатике,
программированию на языке высокого уровня.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-1, ОК-4, ОК-10, ОК-11, ОК-12, ПК-2, ПК-6.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: постановки и приемы решения задач структурный анализ и синтез сложных систем
на основе функционально-структурного подхода.
Уметь: строить обобщенное представление множества альтернативных вариантов
поточных схем и иерархически организованных систем в задачах структурного синтеза
проектных решений.
Владеть: методами решения оптимизационных задач структурного синтеза на обобщенном
представлении множества альтернативных вариантов.
3
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 8 зачётных единиц (1 з.е.= 36 час.).
Всего часов
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
72
В том числе:
Лекции
28
Практические занятия (ПЗ)
20
Семинары (С)
0
Лабораторные работы (ЛР)
24
Самостоятельная работа (всего)
216
В том числе:
Курсовой проект (работа)
108
Расчётно-графические работы
0
Реферат
0
Другие виды самостоятельной работы:
Работа с литературой
108
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)
Общая трудоёмкость
Экзамен
час
288
зач. ед.
8
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
Наименование
раздела дисциплины
Введение.
Функциональноструктурный подход к
анализу и синтезу
систем
Содержание раздела
Функционально-структурный подход к анализу и синтезу
систем. Понятие системы. Функции системы. Структура
системы. Взаимосвязь функции и структуры в процессе
развития систем. Взаимосвязь этапов анализа и синтеза
систем. Структурно-функциональный подход.
Функционально-структурный подход. Функциональноструктурная организация систем. Особенности развития
антропогенных систем. Целевая и дополнительная
функции системы. Дерево функций системы. Построения
обобщенного показателя эффективности системы на
основе взвешенного степенного среднего.
Закономерность вложения основных функций
развивающихся систем. Взаимосвязь и
взаимозависимость показателей качества антропогенных
4
2
Закономерности
совершенствования
функциональноструктурной
организации систем
3
Структурный синтез
систем
4
Анализ противоречий
системы
5
Формирование
структуры системы
систем. Закономерность относительного и временного
разрешения противоречий в антропогенных системах.
Системотехника и системный подход к проектированию.
Совместное рассмотрение объекта проектирования и
процесса проектирования. Жизненный цикл системы.
Законы развития технических систем.
Основные системные процессы. Вещественноэнергетическая и информационная целостность систем.
Функциональная полнота элементов системы.
Функциональная полнота элементов многоуровневой
информационной системы. Закономерность повышения
функциональной и структурной целостности систем.
Закономерность направленности процесса развития
антропогенных систем. Закономерность преемственности
функционально-структурной организации
многоуровневых систем. Многофункциональность и
специализация в развитии систем.
Методологические проблемы эволюционного синтеза
систем. Стратегия эволюционного синтеза систем.
Основные фазы и этапы эволюционного синтеза систем.
Анализ систем прототипов. Формирование структуры
системы. Формирование дерева функций системы. Число
уровней декомпозиции системы. Вещественноэнергетические и информационные операторы для
формирования структуры системы. Динамическая сетевая
модель системы. Разрешения противоречий в процессе
синтеза систем. Изобретательское творчество как процесс
разрешения противоречий функционально-структурной
организации систем. Интуитивный подход к поиску
технических решений.
Анализ технического задания. Основные этапы
проектирования. Формирование дерева противоречий
системы. Противоречия системного уровня
проектирования. Противоречия структурного уровня
проектирования. Противоречия этапа логического
проектирования. Противоречия этапа схемотехнического
проектирования. Противоречия этапа конструкторскотехнологического проектирования.
Основные этапы формирования структуры
функционально-ориентированной системы.
Морфологический подход к концептуальному
проектированию. Аппаратная и программная реализация
функций информационной системы. Декомпозиция
основных и дополнительных функций информационной
системы. Функциональные и конструктивные модули.
Многофункциональные и специализированные модули.
Покрытие функциональной структуры конструктивными
модулями. Три метода поиска новых решений проблем,
предложенные Ф.Цвикки: метод систематического
покрытия поля, метод отрицания и конструирования и
метод морфологического ящика. Морфологический
подход в науке. Морфологический подход в технике.
5
6
Математические
основы структурного
синтеза проектных
решений
7
Логикокомбинаторный
подход к
структурному синтезу
сложных систем
8
Заключение
Представление множества альтернатив в задачах
структурного синтеза. Морфологические таблицы и
альтернативные графы. Постановка комбинаторных задач
в терминах булевого программирования. Задача
линейного назначения. Методы отсечения Гомори.
Венгерский алгоритм. Задача коммивояжера. Цикл
Гамильтона. Задача о покрытии. Задачи маршрутизации
транспортных средств. Задачи синтеза расписаний. Метод
ветвей и границ. Методы распространения ограничений.
Вычислительная схема метода динамического
программирования. Генетические алгоритмы. Примеры
решения задач с помощью генетических алгоритмов.
Постановка задач компоновки и размещения
оборудования, трассировки соединений. Методы
топологического синтеза. Примеры алгоритмов решения
задач компоновки, размещения, трассировки.
Обобщенное представление множества альтернативных
вариантов поточных схем и иерархически
организованных систем в задачах структурного синтеза
проектных решений. Представление множества
правильных решений (МПР) с использованием скобочной
нормальной формы (СНФ) алгебры логики. Особенные
(сингулярные) скобочные формы (ОСФ) логики
высказываний. Влияние многофункциональности и
импликативных связей элементов, из которых
формируется множество вариантов, на возможность
построения ОСФ непосредственно по результатам
морфологического анализа. Представление ОСФ для
синтеза потоковых схем. Представление вариантов
решений составом положительных литералов
(неинвертированных логических переменных) ОСФ.
Фундаментальное свойство ОСФ с точки зрения
построения численных методов решения
оптимизационных задач морфологического синтеза, в том
числе с нелинейными целевыми функциями. Методы
решения дискретных оптимизационных задач,
основанные на обобщении численного метода
последовательного анализа и отсеивания вариантов на
случай представления МПР в виде ОСФ произвольного
вида. Использование ОСФ, полученных с помощью
разложения Шеннона и «формальных производных».
Перспективы развития методов структурного анализа и
синтеза сложных систем
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
Обеспечиваемая (последующая) дисциплина – выпускная квалификационная работа (ВКР).
6
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий (по формам обучения)
№
п/п
1
Наименование раздела дисциплины
Введение. Функционально-структурный подход к
анализу и синтезу систем
3
Закономерности совершенствования
функционально-структурной организации систем
Структурный синтез систем
4
Анализ противоречий системы
5
Формирование структуры системы
6
Математические основы структурного синтеза
проектных решений
Логико-комбинаторный подход к структурному
синтезу сложных систем
Перспективы развития методов структурного
анализа и синтеза сложных систем
Итого:
2
7
8
Трудоёмкость
(час.)
Всего
Л
ПЗ
ЛЗ
2
2
2
2
8
4
4
16
4
4
8
12
4
4
4
22
6
4
12
8
4
4
2
2
72
28
20
24
6. Лабораторный практикум (по формам обучения):
№
п\п
№ раздела
дисциплины
1
4
2
4
3
5
4
6
5
6
Наименование лабораторной работы
Построения обобщенного показателя
эффективности на основе взвешенного степенного
среднего для оптимизации на простом
морфологическом множестве
Построения обобщенного показателя
эффективности на основе взвешенного степенного
среднего для оптимизации на иерархическом
морфологическом множестве
Применение морфологического подхода к
концептуальному проектированию
Применение логико-комбинаторного подхода
перечислению поточных технологических схем
Применение логико-комбинаторного подхода к
концептуальному проектированию поточных
технологических схем
Итого:
7
Трудоёмкость (час.)
4
4
4
6
6
24
7. Практические занятия:
№
п\п
№ раздела
дисциплины
1
3
2
4
3
5
4
6
5
7
Наименование практического занятия
Трудоёмкость (час.)
Построения обобщенного показателя
эффективности на основе взвешенного степенного
среднего для оптимизации на простом
морфологическом множестве
Освоение построения обобщенного показателя
эффективности на основе взвешенного степенного
среднего
Освоение функционально-структурного подхода к
построению обобщенной структуры проектируемого
объекта
Освоение морфологического подхода к
концептуальному проектированию
Освоение логико-комбинаторного подхода к
представлению данных о множестве структурных
вариантов
Итого:
4
4
4
4
4
20
8. Семинарские занятия и примерная тематика курсовых проектов (работ).
При изучении дисциплины семинарские занятия не предусмотрены
Примерные темы курсового проекта:

разработка проекта информационной системы на языке описания онтологий;

разработка иерархической функциональной схемы для решения задачи
распределения ресурсов наукоемкого проекта;

разработка функциональной поточой схемы производственного процесса;

разработка функциональной схемы технического устройства;

системное проектирование АРМ;

структурное проектирование системы безопасности объекта.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие.– М.:
Машиностроение, 1988.– 368 с.
2. Балашов Е.П. Эволюционный синтез систем.– М.: Радио и связь, 1985.– 328 с.
3. Анкудинов Г.И. Синтез структуры сложных объектов.– Л.: ЛГУ, 1986.– 260 с.
б) дополнительная литература
4. Цвиркун. А.Д. Структура сложных систем.– М.: Сов. радио, 1975.– 260 с.
5. Анкудинов И.Г. Автоматизация структурного синтеза и принятия решений в
управлении и проектировании.  СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 202 c.
6. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Конструктору о конструировании атомной техники:
Системно-морфологический подход в конструировании.- М.: Атомиздат, 1981.- 190 с.
8
в) программное обеспечение: Microsoft Office (Excel), Matlab (Optimization toolbox), а
также оригинальные авторские автоматизированные обучающие системы:
 Программа ssf2012 для генерации и представления множества альтернативных
вариантов потоковых схем технологических процессов в виде скобочных форм
логики высказываний.
 Программа sf2012 для преобразования скобочных форм логики высказываний в
особенную нормальную форму.
 Программа Adop2012w для решения задач дискретного программирования на
множестве вариантов, представленном в виде особенной скобочной нормальной
формы.
 Анкудинов И.Г. Программа ObjFunc для расчета параметров целевой функции в
задачах многокритериального выбора. Свидетельство об отраслевой регистрации
разработки № 8717 от 10 июля 2007 г.
г) ресурсы Интернет.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
а) кафедральный компьютерный класс.
_____________________________________________________________________________
Разработчик:
кафедра ИС и ВТ
профессор Г.И. Анкудинов
9