Системное представление РЭС

Понятие технической системы.

Глава 2. СИСТЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

Контрольные вопросы к главе 1.

1. Что является объектом изучения курса?
2. Цель и задачи курса ОП РЭС.
3. Необходимость системного подхода при изучении.
4. Особенность курса по сравнению с другими, изучаемыми в рамках подготовки по специальности 20.08.
5. Суть системного подхода в технике.
6. Основные понятия дисциплины.
7. Содержание и план курса.
8. Группы качеств, необходимых современному инженеру-проектировщику РЭС.
9. Что из необходимых профессиональных качеств конструктора приобретается в вузе, а что нет?

Понятие РЭС уже неоднократно использовалось прежде. В данном случае необходимо упорядочить все уже известные знания о РЭС и попытаться найти новые, необходимые для "правильного" проектирования РЭС. Для чего надо рассмотреть РЭС с более общих позиций.

В последнее время пытаются дать определение РЭС и конструкции с точки зрения методологии и теории систем. Такой подход дает возможность в более общем виде представить любые РЭС, с более общих позиций анализировать как сам аппарат, так и его конструкцию, и на базе такого системного анализа осуществлять проектирование РЭС. С подобных позиций будет трактоваться конструкция РЭС и в данном случае.

Ранее было установлено, что применение системного подхода к рассмотрению объекта изучения - насущная необходимость. В следующем параграфе будут рассмотрены некоторые вопросы проектирования РЭС с системных позиций. Начнем с введения понятия системы.

В курсе часто придется оперировать терминами "система", "системный подход" и т.д. Определим, что означают эти термины, какие понятия за ними стоят.

Понятие системы различными авторами определяются по-разному, т.к. оно, строго говоря, является аксиоматическим. Во всех определениях подчеркивается, что система представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных объектов (элементов), что она имеет определенную структуру и взаимодействует с некоторой средой. Для описания и анализа используют различные модели систем.

В теоретико-множественных терминах система S, заданная на семействе множеств определяется некоторым подмножеством декартова произведения с помощью семейства отношений (например, унарных, бинарных, тернарных и т.д.) R, R = {R₁,R₂,...R_n}, т.е. S = {Г_s,R}.

Напомним, что унарные R₁, бинарные R₂, тернарные R₃,..., n-нарные отношения Rn, различаются тем, что связывают (охватывают) они соответственно один, два, три,..., n элементов Г. (рис.2.1).

Рис.2.1. Виды отношений в системе.

Проиллюстрируем сказанное простым примером. Определить понятие "элемент" и "отношение" в общем случае затруднительно. Смысл понятия "элемент" интуитивно ясен. Смысл понятия "отношение" состоит в том, что между элементами существует объединяющее их свойство, связь, влияние одного элемента на другой. Проиллюстрируем сказанное простым примером.

ПРИМЕР 1. Система S - стол. Определим, что представляют собой в этом случае элементы Г и отношения R.

Г=? Г_s =? R =?

Рис.2.2. Система S - стол.

Г = { 1,  2 }, где	 1 - крышка стола;
	 2 - ножка стола.

хГ= { ₁,  ₂ }x{ ₁,  ₂ } = {( ₁,  ₁)},{( ₁,  ₂)},{( ₂,  ₁)},{( ₂,  ₂)}

Г_s С хГ?

Г_s = {( ₁,  ₁)},{( ₁,  ₂)},{( ₂,  ₂)} - множество связанных между собой элементов.

R- свойство связи элементов ₁ и ₂: "ножка стола ₂ крепиться снизу крышки стола ₁, в центре крышки. Формы и размеры крышки и ножки стола указаны на чертеже".

В данной системе существуют отношения унарные R₁ и бинарные R₂, т.е. R={R₁,R₂}

R₁ - показывает геометрические свойства элементов ₁ и ₂; в данном случае форму и размеры крышки и ножки стола.

R₂ - свойства, объединяющие два элемента ₁ и ₂ в пространстве, т.е. свойства пар элементов {₁,₂} или {₂,₁}, в примере это размеры взаимного положения крышки и ножки.

Известно, что отношение R, заданное на прямом произведении множества хГ содержит по крайней мере одну постоянную составляющую, имеющую некоторое конкретное значение. Поэтому отношение R можно рассматривать как частный случай более общего отношения, в котором эта составляющая является свободной.

В отношениях, используемых в задачах анализа и синтеза, свободные составляющие принимают конкретные значения или являются одной функцией из множества функций. Считают, что такое отношение R определяется заданием некоторого более общего отношения, называемого структурой, и конкретным значением свободной составляющей, которая названа конституэнтой отношения: R={,E}, где -  структура системы, а Е - множество конституэнт отношения. В соответствии с этим структура системы получается в результате обобщения отношения, описывающего систему, если положить конституэнты отношения свободными.

Под структурой  системы S понимают совокупность (сеть, рисунок) взаимных отношений между элементами Г, а также между элементами Г и внешней средой.

Конституэнты Е отношений R в простейшем случае представляют собой значения параметров системы S, т.е. некоторые постоянные или известные функции в более сложных случаях.

ПРИМЕР 2. Стол - некоторая система S в пространстве.

Элементы Г: ножки стола, поверхность (крышка).

Отношения R: связи между поверхностью стола и ножками, между ножками стола.

Структура : конкретное указание (рисунок) стола без размеров.

Конституэнты Е: размеры крышки, ножек стола, расстояние между ножками.

1	2	3

Рис.2.3. Варианты структур для системы "стол".

ПРИМЕР 3. Человек - система S в пространстве.

Элементы Г: голова, туловище, руки, ноги и т.д.

Отношения R: форма, размеры элементов, указание рисунка их объединения в единое целое.

Структура : вид объединения (рисунок) элементов Г.

Конституэнты Е: размеры элементов, параметры их взаимного расположения.

1 - "вот и вышел человечек"	2 - "человек - ящик" предложен Кобо Абэ

Рис. 2.4. Варианты структур для системы "человек" в пространственном восприятии.

Теперь введем понятие технической системы (ТС) как обобщенного объекта проектирования.

Технической системой (ТС) S называют целостный комплекс элементов Г (частей, объектов), связанных между собой множеством R отношений, объединенных по определенному принципу П и предназначенный для решения технических задач, т.е.

S={П,Г,R}. Из общих положений

S={П,Г,,E},

Где  - структура (схема) ТС S;

Е - конституэнты (параметры) ТС S.

Здесь и в дальнейшем под принципом П понимается основная особенность в организации, построении или действии ТС. В общем случае принципов (действия ТС, например) может быть несколько,

П ={p₁, p₂,..., p_i, p_к}, к  2.

ПРИМЕР 4. Печатная плата с установленными на ней ЭРЭ - система S в пространстве.

Элементы Г: плата, множество ЭРЭ, разъем.

Отношения R: совокупность форм, размеров элементов и указание способа их объединения (чертежа). Структура : чертеж ПП без указания размеров.

Конституэнты Е: размеры ПП, размеры ЭРЭ, размеры разъема.

1 - ЭРЭ, 2- разъем, 3 - ПП

Рис.2.5. Варианты структур  для пространственной системы S - печатная плата

Принцип П: основное свойство, организующее множество элементов в единую пространственную систему S - объединение элементов на плоскости платы.

ПРИМЕР 5. Система S - простейшая схема усилителя.

Рис. 2.6. Система S - схема усилителя.

Элементы Г: Г={R₁, R₂, R₃, R₄, C₁, C₂, Т_р, источник питания}

Структура : схема электрическая

Конституэнты Е: значения R₁, R₂,...,параметры Т_р,..., Е_n.

Принципы П:

р₁ - преобразование энергии источника в энергию сигнала (сообщения);

р₂ - использование особого элемента - транзистора - как усилительного элемента;

р₃ - снятие полезного сигнала (сообщения) с сопротивления.

ТС можно считать известной (заданной, определенной), если определены принципы П ее организации, заданы элементы Г ее составляющие, известна структура  и конституэнты Е связей в системе, т.е. задано множество S={П, Г, , Е}.

Определив понятие системы, представим себе РЭС в виде системы. Для этого сначала с формальных позиций систем определим РЭС, а затем неформально раскроем, что из себя представляют принципы, элементы, отношения, структура, конституэнты в данном случае.

Рассматривая РЭС как некую систему S, припишем аппарату свойства, обычные для каждой системы, а именно: наличие "объектов" Г={₁,₂..._m} и "отношений" R={R₁, R₂,... R_n}, связывающих их по определенному принципу П в некоторую систему S для выполнения заданных функций, т.е. S= {П, Г, R}.

Исходя из общих соображений, можно дать определение РЭС:

Радиоэлектронное средство представляет собой систему, состоящую из совокупности объектов (элементов), организованных по определенной структуре с известными конституэнтами отношений, предназначенную для выполнения заданных функций, реализуемых по принципам радиоэлектроники.