系统的分析

我们在本书讲“系统”的概念和“系统工程”的思想,只为用“系统工程”的思想去解决实际工程问题,去指导工程设计。因此,在本书中所讲的“系统分析”只针对“工程系统”而言,且重点介绍针对系统动态特性的系统分析的思路,而不去全面地介绍系统分析设计的一整套方法。

系统分析的目的(任务)是对一个状况明确的“工程问题”通过“系统分析”给出一个优化的“系统方案”。其步骤如下。

1.系统研究

首先要十分明确“工程问题”的客户需求,然后根据自身的条件(资金、技术、设备、人员)并参考国内外有关资料确定系统的“工作对象”“工作任务”(功能需求)和“优化目标”。

2.系统设计

依据第1步得到的“工作对象”“工作任务”(功能需求)建立“系统模型”(如图2-6的模式),即确定系统的六个要素(工作对象、物质流、执行者、能量流、操控者、信息流)、系统环境和输入、输出。

3.建立系统模型

(1)确定“工作对象”和“物质流”

首先根据客户需求确定“工作对象”和“物质流”,然后根据“物质流”确定“工作对象”的运动规律,并将运动规律进行分解,变为简单动作(如机器人的移动和转动)的组合(注意:分解方案不止一个)。

(2)确定“执行者”和“能量流”

针对(1)中确定的每一个方案的动作组合“能量流”选择相应的“执行者”(如机电一体化系统中的“广义执行子系统”),并将其分解为功能模块(如驱动装置、传动机构、执行机构)。然后再根据“能量流”(不同的动作分解有不同的能量流)将与其相应的那些模块连接起来,构成一个“执行者”(可能有许多方案)。

(3)确定“操控者”和“信息流”

按照“工作对象”和“执行者”二者间动作相互配合(即“物质流”与“能量流”的配合)的需要,确定“信息流”(注意:不同的动作组合方案有不同的信息流)。然后根据每一个信息流(即传输的信号)的需要确定相应的“操控者”(如机电一体化系统中的“检测控制子系统”),并将其分解为功能模块(如传感器检测、信息处理与控制、电气等模块)。最后再依据每一个“信息流”将相应的功能模块组成一个“操控者”(可能有许多方案)。

(4)建立物理模型构成系统方案

针对“执行者”和“操控者”每一个方案,都要建立功能模块的物理模型,给出相应的参数(如机电一体化系统中各模块的几何尺寸和物理参数),并根据系统环境给出模块的边界条件。然后给出整个系统的物理模型和边界条件,构成一个“系统物理模型”的方案。最后将组成一个“系统方案集”。

4.系统评价确定最终方案

根据第1步确定的“优化目标”,针对第3步得到的“系统方案集”中的每一个系统方案进行仿真运算(即动态特性分析计算),经优化选出“最优”的一个作为系统的最终方案。