Читать книгу Что такое система - И. А. Луценко - Страница 3

Одной из самых удобных для анализа систем является система нагрева. Процедуру нагрева жидкости с использованием электронагревателя или газовой горелки все хорошо себе представляют.

Для того чтобы увидеть структуру такой системы, используем специальную технику. Сначала мы будем делить технологические функции, пока не получим структуру, состоящую из нескольких взаимодействующих систем. Затем будем детализировать систему нагрева до тех пор, пока не прорисуется ее внутренняя структура.

Для этого по мере необходимости будем вводить дополнительных персонажей.

Итак, приступаем к проявлению структуры системы нагрева. Этот процесс по-научному называется «синтез».

Этап 1. Описываем процесс

Представим себе, что нашему персонажу Евгению понадобилась нагретая вода. Евгений открыл кран, набрал воду в емкость, подал электроэнергию в нагреватель, подождал, пока вода нагреется до заданной температуры, и использовал нагретую жидкость по назначению (рис. 1).

Рис. 1. Процессы, связанные с нагревом и использованием нагретой жидкости

Как видим, описание всего процесса заняло три строчки. Но эти три строчки описывают работу четырех самоуправляемых функциональных систем, в каждой из которых Евгений выполняет множество необходимых невидимых операций. Поэтому для того чтобы понять внутреннюю структуру, например, системы нагрева, вначале нужно отделить системы друг от друга.

Этап 2. Выделяем функциональные системы

На втором шаге специальные механизмы и функции, которые в системе выполняет человек, нужно выделить в отдельные блоки. Правила создания систем таковы, что каждая система выполняет только одну технологическую функцию. В нашем случае есть технологические функции управления запасами жидкости, управления запасами электроэнергии, нагрева и использования нагретой жидкости.

Для реализации технологических функций необходимо выполнять множество других функций: контроля, учета и управления. Поэтому для выполнения дополнительных функций внутрь каждой системы введем дополнительных персонажей.

Нагретая жидкость нужна Александру. Поэтому он будет выполнять необходимые функции в системе потребления нагретой жидкости.

Евгений, наш центральный персонаж, будет заниматься всем тем, что необходимо для решения этой задачи.

Дмитрий будет управлять подачей холодной воды по требованию Евгения, а Антон будет подавать электроэнергию (рис. 2).

Рис. 2. Взаимодействие систем: Z – задание на нагрев порции жидкости; Z_T – задание температуры нагрева; U_W – управление подачей холодной жидкости; U_ON – управление подачей электроэнергии; U_OFF – прекращение подачи электроэнергии

Теперь мы можем наблюдать за тем, как работает система порционного нагрева жидкости.

Всё начнет происходить в тот момент, когда Александр попросит нагреть для него порцию жидкости до заданной температуры. Евгений просит Дмитрия передать в его систему нужный объем холодной жидкости.

Как только жидкость прекращает поступать в емкость, Александр просит Антона подать питающее напряжение.

После подачи напряжения Евгений наблюдает за текущей температурой нагрева жидкости по термометру. Как только жидкость нагревается до заданной температуры, Евгений просит Антона прекратить подачу напряжения и выдает нагретую жидкость Александру, повернув вентиль выдачи.

Важный момент: системы Дмитрия, Антона и Евгения решают задачу Александра путем обмена специальными сообщениями (Z, Z_T, U_W, U_ON, U_OFF). Такое взаимодействие систем – оказание функционального воздействия на технологические продукты – и называется интерактивным взаимодействием.

Сигнал, который идет к системе, называется сигналом задания и начинается символом Z. Сигнал, который идет от системы, называется сигналом управления и начинается символом U.

При этом нужно понимать, что сигнал задания последующей системы является сигналом управления для предыдущей системы (рис. 3).

Рис. 3. Принцип, который используется для обозначения информационных каналов между разными системами

Обычно такие обозначения указываются для центральной системы и говорят о ней как о системе исследования.

Для того чтобы не путаться в обозначениях, символы прижимают ближе к той системе, к которой они относятся.

Этап 3. Определяем структуру системы

Теперь, когда структура интерактивно взаимодействующих систем создана, нужно детализировать действия Евгения и отобразить основные механизмы технологического оборудования.

Для этого воспользуемся так называемым агентным подходом. Это означает, что все функции, которые выполнял Евгений в системе нагрева, мы представим в виде множества простых функций, каждую из которых выполняет отдельный агент (рис. 4).

Рис. 4. Модель системы нагрева жидкости: 1 – трубопровод для подачи холодной жидкости; 2 – термометр; 3 – емкость; 4 – водяной насос; 5 – трубопровод для выдачи нагретой жидкости; 6, 8 – кабель для подвода электроэнергии; 7 – электронагреватель

Не нужно пугаться понятия «агент». Просто не совсем удобно вводить множество таких персонажей, как Петя, Вася, Маша, Катя и т. д.

В системе нагрева часть агентов выполняет технологические функции, а часть – функции управления. При этом мы рассмотрели только те функции, которые необходимы для получения качественного продукта (жидкость нагревается до заданной температуры), и ту часть функций управления, которая позволяет реализовать интерактивное взаимодействие системы нагрева с остальными системами.

Как видно, даже в этом случае структура системы получилась не очень простой.

Реальные системы также реализуют функции оптимизации (выбора самого выгодного режима функционирования) и адаптации (поиск оптимума при изменении внешних воздействий и факторов). Но такого представления уже достаточно, чтобы разобраться с тем, как определяется структура системы. Также теперь должно быть понятно, почему любая система является самоуправляемой.

Когда нет сигнала Z, система нагрева находится в режиме ожидания. При появлении сигнала Z она начинает процесс взаимодействия с другими системами для выполнения своей базовой функции.

Процесс отслеживания логики событий достаточно утомительное дело. Поэтому та часть текста, которая посвящена описанию работы системы, набрана мелким шрифтом и предназначена для самых любознательных.

Работа системы нагрева начинается с момента подачи сигнала «старт». Получив этот сигнал, агент 8 просто передает это сообщение агенту 9. Теперь система нагрева готова принимать сигнал Z от системы потребления нагретой жидкости для начала операции.

Агент 10 непрерывно сообщает агенту 9, какой объем жидкости нужен самой системе.

Агент 11 непрерывно сообщает агенту 5 о том, что система подачи энергии № 1 должна повысить или понизить уровень подаваемого напряжения. Как это происходит, рассмотрим чуть позже.

Теперь, если система потребления отправила сигнал Z, этот сигнал получает агент 9. Отправить этот сигнал агент 9 может только в том случае, если получены сигналы от агентов 8 и 10. Поскольку агент 10 непрерывно подает сигналы, а агент 8 уже передал сигнал «старт», агент 9 передает сигнал системе подачи холодной жидкости.

В этом сигнале содержится информация о том, какую порцию жидкости необходимо передать системе нагрева.

Получив этот сигнал, система подачи холодной жидкости начинает подавать воду в систему нагрева по каналу 1.

Агент А1 выполняет функцию наблюдения за движением жидкости по каналу 1 и результаты наблюдения передает агенту А3. Линии в виде овалов внутри агентов А1 и А4 обозначают датчики движения жидкости.

Благодаря сообщениям агента 1 агент 3 понимает, когда движение жидкости по каналу 1 прекратилось. Задача агента 3 – подача сигнала в момент прекращения подачи жидкости. И об этом агент 3 сообщает агенту 5.

Получив сигнал от агента 3, агент 5 передает сигнал U_ON1 системе подачи электроэнергии о том, что она должна подать напряжение, уровень которого косвенно определяет агент 11. Как уже было отмечено, вопрос задания уровня напряжения будет рассмотрен ниже.

Система подачи электроэнергии № 1 начинает подавать электроэнергию с заданным уровнем напряжения по каналу 6, и процесс нагрева жидкости начинается.