1.1. Модель «черного ящика»

Рассмотрим систему “сыпучий груз”.

Представим ее в виде «черного ящика».

Модель «черного ящика» - это модель системы, представляющая собой "черный ящик" с известными выходными и входными параметрами и неизвестным внутренним устройством. Исследуя известные параметры, с помощью такой модели можно получить представление о внутреннем устройстве.

В данном случае мы не знаем, что из себя представляет сыпучий груз. Однако, зная его характеристики, можно получить представление о нем.

На разных этапах экономического цикла производство — транс­портирование — потребление результат труда каждый раз предста­ет в новом качестве. На первом этапе результат — это продукт, т.е. категория, обладающая потребительской стоимостью. Продукт может быть реализован полностью или частично использован для продажи или потребления в другом месте. В этом случае он стано­вится товаром. С момента передачи транспорту для пространствен­ного перемещения (второй этап) продукт приобретает новое ка­чество — становится грузом, т. е. объектом транспортирования. На третьем этапе в результате реализации потребительской стоимос­ти груз опять выступает в роли продукта. Стоимость продукта сла­гается из стоимости его изготовления и стоимости его транспор­тирования. Потребительская стоимость максимальна, поскольку она может быть реализована в полной мере. Следовательно, в эконо­мическом цикле производство — транспортирование — потребле­ние материальный результат труда последовательно проходит по схеме продукт (или товар) — груз — продукт. Схема замкнута, если на последнем этапе потребительская стоимость погашается потребителем, и не замкнута — если указанная стоимость исполь­зуется для расширенного воспроизводства.

В процессе перемещения груза основными участниками транс­портирования становятся не производитель и потребитель продук­та, а грузовладелец и владелец подвижного состава со своими об­служивающими организациями. Естественно, объективно транспор­тирование повышает стоимость продукта для потребителя, поэтому необходимо сокращать транспортные издержки, разумеется не в ущерб сохранности, своевременности и безопасности доставки груза.

Таким образом, с момента приема к перевозке на пункте от­правления и до момента выдачи на пункте назначения вся товар­ная продукция носит название «груз».

Совокупность конкретных качественных и количественных по­казателей транспортной характеристики груза называется транс­портным состоянием груза.

Сохранность груза и безопасность его транспортирования обес­печивается, если груз предъявляется к перевозке в транспорта­бельном состоянии. Груз является транспортабельным, если: находится в кондиционном состоянии; соответствует требованиям стандартов и условиям перевозки; имеет исправные тару, упаковку, пломбы, замки, контрольные ленты и положенную маркировку; надежно защищен от неблагоприятного внешнего воздействия; не имеет других признаков, свидетельствующих о его порче.

Рисунок 1. Модель «черный ящик»

1.2. Модель состава

Представим систему «сыпучий груз» в виде пронумерованных участков (подсистем) так, как это изображено на рис.

Рисунок 2. Модуль состава системы «сыпучий груз»

Тогда состояние груза в i-й момент времени будет описываться уравнением:

V = Σ_{i = 1, n} m_i * ρ_i

Где m_i – масса i-подсистемы

ρ_i  - плотность i-подсистемы

Аналогично можно описать стоимость груза:

Ц= П_{i = 1,n} ц_i

1.3. Модель структуры

Модели черного ящика и состава недостаточно во многих случаях.

Необходимо знать связи между элементами и подсистемами, или отношения. Совокупность необходимых или достаточных для достижения цели отношений между элементами называется структурой системы. Между реальными объектами, включенными в систему, существует огромное (может быть бесконечное) число связей. При определении модели структуры рассматривается только конечное число связей, которые существенны по отношению к рассматриваемой цели.

Элементом подсистемы может выступать частица груза.

В свою очередь частица груза состоит мельчайших частиц, которые состоят из молекул, атомов (рис. 3).

Рисунок 3. Модель структуры системы «насыпной груз»

1.4. Модель «белого» ящика

Второе определение системы: "Система есть совокупность взаимосвязанных элементов, обособленная от среды и взаимодействующая с нею как целое". Это определение охватывает модели черного ящика, состава и структуры. Оно называется структурной схемой системы (белый ящик).

Рисунок 4. Модель «белый ящик»

Кроме того, для сыпучих грузов известны следующие характеристики:

1. Гранулометрический состав характеризует количественное рас­пределение частиц (кусков) насыпных и навалочных грузов по крупности

Гранулометрический состав оказывает значительное влияние на такие свойства груза, как сыпучесть, гигроскопичность, способ­ность к слеживанию, смерзанию и уплотнению.

2. Сыпучесть — способность насыпных и навалочных грузов пере­мещаться под действием сил тяжести или внешнего динамическо­го воздействия. Сыпучесть груза характеризуется величиной угла естественного откоса а и сопротивлением сдвигу т.

3. Угол естественного откоса называется двухгранный угол, об­разуемый плоскостью груза и горизонтальной плоскостью основа­ния штабеля. Величина угла естественного откоса зависит от рода груза, его гранулометрического состава и влажности.

4. Сопротивление сдвигу объясняется наличием сил трения частиц груза между собой и сил их сцепления.

5. Скважистость определяет наличие и величину пустот между отдельными частичками груза и оценивается коэффициентом сква­жистости.

6. Пористость характеризует наличие и суммарный объем внут­ренних пор и капилляров в массе груза и оценивается коэффици­ентом пористости

6. Уплотнение происходит под действием на груз статических сил или динамических нагрузок, за счет заполнения пустых пространств и более компактного расположения отдельных частиц груза отно­сительно друг друга. Степень уплотнения значительно зависит от гранулометрического состава, пористости и скважистости груза, является важным фактором повышения статической нагрузки ПС.

7. Пылеемкость — способность груза легко поглощать пыль из окружающей атмосферы. Поглощение пыли приводит к порче ма­териалов или вызывает необходимость очистки продукции от пыли перед употреблением в производстве.

Задавая численные значения данных параметров, можно определить сущность груза.

Таким образом, исходная система «сыпучий груз» можно описать уравнением:

S = f (Гранулометрический состав, Сыпучесть, Угол естественного откоса, Сопротивление сдвигу, Скважистость, Пористость, Уплотнение, Пылеемкость, масса, плотность, цена)

2. Сформулируйте для каждой модели

2.1. Возможную область применения

Возможная область применения модели: пищевое производство (предполагая, что груз является зерном), строительство (предполагая, что груз является песком, известью, цементом)

2.2. Условия реализации свойств

Модель «сыпучий груз» может быть реализована (т.е. передана грузополучателю) при следующих условиях:

1. Существует грузоотправитель

2. Заключен контракт на поставку груза,

3. Найдено транспортное средство

4. Имеется средства для оплаты груза

5. Известен адрес грузополучателя и т.д.

2.3. Понятие адекватности модели

Адекватна та модель, с помощью которой успешно достигается поставленная цель. Это не равносильно понятию полноты, точности, правильности точности модели.

Данная модель является адекватной, так как содержит необходимую информацию и при определенных условиях может быть реализована.

2.4. Безусловно-истинное содержание

Главная ценность модели как формы знаний состоит в том, что модели содержат объективную истину, то есть в чем-то правильно отображают моделируемое.

Безусловно-истинное содержание: «сыпучий груз»

2.5. Условно-истинное содержание

Кроме безусловно-истинного содержания модель имеет и условно-истинное, то есть верное лишь при определенных условиях.

Данный груз может быть транспортируемым, хранимым на складе, влажным и т.д. - условно-истинное содержание

2.6. Предположительно-истинное содержание

Предполагая, что груз – это зерно или песок, можно сформулировать предположительно-истинное содержание. Исходная система «зерно», исходная система «песок».

3. Раскройте содержание понятия «функционирование системы»

Функционирование (и развитие) системы возможно, если в своем составе система имеет:

1. "Элементы" - подсистемы;

2. Единую "Управляющую структуру" - системообразующий фактор;

3. Возможность обмена со средой (внутри системы и внутри ее) веществом, энергией, информацией.

Функционирование сформировавшейся системы происходит на двух уровнях:

1. Управление использует фикции;

2. Элемент (подсистема представленная как "целое") являются фантомом и использует "данности".

Данное - это нечто, существующее без нашего содействия как факт.

Факт (от лат. factum - сделанное, свершившееся) - 1) событие; фактический - действительный.

2) сделанное, совершившееся; находящаяся перед нами действительность, то, что признается реально существующим.

Таким образом переживая События-Факты Элемент изменяется.

Управляющая структура получает сигнал о том что элемент изменился.

Таким образом, мы имеем:

Элемент – это

Событие-Факт изменение Сигнал

Управляющая структура – это

Сигнал прием сигнала определение характеристик сигнала  определение значимости сигнала Понятие

Фактически здесь мы наблюдаем переход

Событие-Факт Сигнал Понятие

Таким образом

Управляющая структура - это одна реальность (Понятия), а Элемент (подсистема представленная как "целое") реальность другая (Событие-Факт).

Но Переход между реальностями совершает только СИГНАЛ (от латинского signum – знак), знак,  несущий сообщение (информацию) о каком–либо событии, состоянии объекта наблюдения либо передающий команды управления, оповещения и т.д.

Таким образом, Функциональная система - это:

- Элемент входящий Сигнал Событие-Факт исходящий Сигнал- Управляющая структура входящий Сигнал Понятие исходящий Сигнал

Но так как "Элемент" - это в свою очередь так же "Система" то картина Функциональной системы сложней:

Управляющая структура формирует исходящий Сигнал на основе Понятия, а Элемент (подсистема) формирует исходящий Сигнал на основе События-Факта.

Следовательно системе, для правильного функционирования,  необходимы

- Сигнал, правильно отражающий Событие-Факт;

- Механизм правильного формирования Понятия.

4. Раскройте содержание понятия «развитие системы»

Развитие системы определяется наличием вышеназванных элементов.

Так как система «сыпучий груз» содержит

1. "Элементы" - подсистемы;

2. Единую "Управляющую структуру" - системообразующий фактор;

3. Возможность обмена со средой (внутри системы и внутри ее) веществом, энергией, информацией.

То она способна развитию.

5. Сформулируйте цель системы, определите ее характер

Цель системы «сыпучий груз» - передача грузополучателю.

6. Используя известные классификации, установите соответствие системы положениям классификации

По степени связи с внешней средой системы классифицируют на открытые и закрытые.

Открытые системы — это системы, которые обмениваются материально-информационными ресурсами или энергией с окружающей средой регулярным и понятным образом.

Противоположностью открытым системам являются закрытые.

Закрытые системы действуют с относительно небольшим обменом энергией или материалами с окружающей средой.

Исходная система «сыпучий груз» является открытой системой, так как способна взаимодействовать с окружающей средой (атмосферой, осадками, упаковкой), способная обмениваться веществом.

Системы можно классифицировать на равновесные, слабо равновесные и сильно неравновесные.

Данная система является неравновесной, так способна испытывать воздействия внешней среды.

Состояние равновесия может наблюдаться на относительно коротком промежутке времени. 

Данная система является естественной, так как предположительно груз – зерно либо песок.

По целевым признакам различают: одноцелевые системы, то есть предназначенные для решения одной единственной целевой задачи и многоцелевые.

Данная система является одноцелевой – передача грузополучателю.

По требованиям к подвижному составу сыпучие грузы можно разделить на две группы: обычные сыпучие грузы (грунт, инертные материалы), сохраняющие свои физические свойства и качество при перевозке и не требующие особых условий и сыпучие грузы, требующие защиты от атмосферных осадков.

7. Сформулируйте понятие управляющей системы по отношению к исходной

Управляющей системой по отношению к исходной модели является грузоотправитель, грузополучатель.

8. Сформулируйте понятие управляемой системы (по отношению к исходной)

Управляемой системой по отношению к исходной являются частицы груза.

Общая схема функционирования системы представлена на рис. 1. В ней можно выделить отдельно систему S, подлежащую управлению U, и управляющую  систему, которая это управление вырабатывает. Подчеркнем, что для выработки управления U требуется предсказание его последствий, т.е. нужна модель всей ситуации, с помощью которой управляющая система определяет какое управляющее воздействие нужно подать на вход системы. Это представлено на рис. 1, где схема изображена еще раз внутри управляющего блока.

Процесс управления системой определяется типом системы и тем, является ли управляющий блок внешним по отношению к системе или входит в нее.

Можно выделить пять основных способов управления, которые различаются в зависимости от степени известности траектории, приводящей систему к цели, и возможности управляющей системы удерживать управляющую систему на этой траектории.

Первый, простейший случай имеет место тогда, когда нужная траектория известна точно, а следовательно, априори  известно и правильное управление Uo (t). В этом случае можно управлять, не учитывая развитие событий. Примерами такого типа управления является стрельба из ружья, работа компьютера по жесткой программе и т.п. Часто оказывается, что процессы на неуправляемых входах  Vo (t) отличаются от ранее предполагаемых, и система сходит с нужной траектории.

Второй тип управления - регулирования. Он заключается  в том, что, наблюдая текущую траекторию Y(t) и находя разность Y(t) - Y(to), можно определить дополнительное управляющее воздействие, которое возвратит систему на нужную траекторию. Примером регулирования является управление, осуществляемое операторами-станочниками, автопилотом и т.п.

Следующие способы управления возникают в связи с необходимостью управления в условиях, когда либо невозможно задать траекторию системы на весь период времени, либо отклонение от нее настолько велико, что вернуться на нужную траекторию невозможно. В этом случае необходимо спрогнозировать текущую траекторию Y(t) на будущее и определить, пересечет ли она целевую область Y.

                                                                                                                                                                                S

                                    V1                                         

Вход                           U                                                                                           S                             Выход

X                                                                                                       V                                                                     Y

Рис. 1 Схема функционирования управляемой системы

Управление по параметрам (третий тип управления) состоит в подстройке параметров системы до тех пор, пока такое пересечение не будет обеспечено.

Список литературы

1.     Основы грузоведения: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Е. М. Олещенко, А. Э. Горев. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 288 с.

2.     Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа: Учебник для студентов вузов. – СПб.:  СПбГТУ, 1997. – 510с.

3.     Волкова В.Н., Домченко Ю.Н., Дуболазов В.А., Козловская Э.А. Применение системного анализа при проектировании АСУ: Учебное пособие. – Л.: ЛПИ, 1986. – 88с.

4.     Волкова В.Н. Структуризация и анализ целей в системах организационного управления: Учебное пособие. – СПб.: СПбГТУ, 1995. – 72с.

5.     Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений: Учебник. – М.: Логос, 2000. – 296с.

6.     Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1989. – 367с.

7.     Системный анализ в экономике и организации производства: Учебник для студентов вузов /Под ред. С.А. Валуева, В.Н. Волковой. – Л.: Политехника, 1990. – 398с.

8.     Бусленко Н.П. Лекции по теории сложных систем – М.: Советское радио, 1973 – 440с.

9.     Волкова В.Н., Чабровский В.А. Цель: прогнозирование, анализ, структуризация. – СПб.: ИПО, 1995 – 114 с.

10.                       Литвак Б.Г. Экспертная информация: методы получения и анализа. – М.: Радио и связь, 1982. – 184 с.

11.                       Марка Д., Мак-Гоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. – М:. Метатехнология, 1993. – 240 с.

12.                       Математика и кибернетика в экономике: Словарь справочник. – М.: Экономика, 1975 – 700 с.

13.                       Панченко В.М. Теория систем: методологические основы. – М.: МИРЭА, 1999.

14.                       Портер У. Современные основания общей теории систем. – М.: Наука, 1974

15.                       Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. – М.: Мысль, 1978. – 272 с.