Системный анализ и моделирование градостроительного объекта как системы

Казанский Государственный Архитектурно-строительный Университет.

Кафедра Градостроительства и планировки сельских населенных мест.

Реферат

на тему: Системный анализ и моделирование градостроительного объекта как системы

Выполнил: ст. гр. ОГП-201 Гордеев М. А.

Преподаватель: Забирова Ф. М.

г. Казань, 2011

Введение

Системный анализ Градостроительный объект как система Фрактальное моделирование Заключение Источники

Город — специфическая пространственная среда, которая формируется в процессе развития общества, и является одним из высших проявлений цивилизации. Город заключает в себе непреходящие ценности и уникальный опыт человеческой культуры. Город возникает первоначально как специфический вид окружения, противопоставленный естественной среде. Город характеризуется высокой компактностью, плотностью освоения, коммуникационной насыщенностью городского пространства по сравнению с сельской местностью. Концентрация ресурсов в одном месте позволяет сосуществовать большому количеству людей и эффективно сотрудничать.

Системный анализ

Системный анализ—это методология решения крупных проблем, основанная на концепции систем. Системный анализ может также рассматриваться как методология построения организаций, что реализует методологию решения проблем.

В центре методологии системного анализа находится операция количественного сравнения альтернатив, которая выполняется с целью выбора альтернативы, подлежащей реализации. Если требование равнокачественности альтернатив выполнено, могут быть получены количественные оценки. Но для того, чтобы количественные оценки позволяли вести сравнение альтернатив, они должны отражать участвующие в сравнении свойства альтернатив (выходной результат, эффективность, стоимость и другие). Достичь этого можно, если учтены все элементы альтернативы и даны правильные оценки каждому элементу. Так возникает идея выделения «всех элементов, связанных с данной альтернативой», т. е. идея, которая на обыденном языке выражается как «всесторонний учет всех обстоятельств». Выделяемая этим определением целостность и называется в системном анализе полной системой. Система, таким образом, есть то, что решает проблему.

Но как выделить эту целостность, «систему», как установить, входит данный элемент в данную альтернативу или нет? Единственным критерием может быть участие данного элемента в процессе, приводящем к появлению выходного результата данной альтернативы. Понятие процесса оказывается центральным понятием системного анализа.

Система определяется заданием системных объектов, свойств и связей. Системные объекты — это вход, процесс, выход, обратная связь и ограничение.

Градостроительный объект как система

системный градостроительство фрактальный моделирование Современная производственная деятельность проявляется, как уже ранее указывалось, в использовании человеком машины и существовании связанной с этим опасности (возможности причинения ущерба), в том числе и для его здоровья. Поведение людей и техники при работе во многом зависит от выбранной технологии и условий рабочей среды. Последняя, в свою очередь, может изменяться в результате воздействия на нее со стороны двух первых компонентов исследуемой системы, а степень такого изменения определяется принятой технологией и установленной организацией работ.

Вот почему отклонения в работе технологического оборудования, вызванные конструктивными (производственными) дефектами или вредными воздействиями на него извне, необходимо учитывать и компенсировать эксплуатирующему его персоналу. Для облегчения этого используемое оборудование должно быть надежным и эргономичным, т. е. приспособленным к человеку и рабочей среде.

Однако довольно часто приходится приспосабливать к технике сам персонал — за счет соответствующего отбора, обучения и воспитания. Если же взаимное приспособление людей и используемого ими оборудования не гарантирует предупреждения происшествий, то выход ищут в дополнительных организационно-технических мероприятиях по обеспечению безопасности их совместного функционирования.

Приведенные данные еще раз подтверждают необходимость представления исследуемого объекта как сложной человеко-машинной системы. Отсюда следует фактическая невозможность рассмотрения безопасности крупных процессов в целом и вытекающая из этого целесообразность их декомпозиции до отдельных производственных или технологических операций.

Такая декомпозиция позволяет отказаться от макроуровневого рассмотрения исследуемого объекта (многочеловекомашинных систем) и заменить его микроуровневым, а взаимное влияние отдельных операций (моносистем человек-машина-среда) учесть с помощью дополнительных взаимосвязей.

Однако даже такое представление рассматриваемого объекта, значительно упрощающее его исследование, не отрицает системного подхода, а, наоборот, делает его применение более конструктивным.

Входом называется то, что изменяется при протекании данного процесса. Во многих случаях компонентами входа являются «рабочий вход» (то, что «обрабатывается») и процессор (то, что «обрабатывает»). Выходом называется результат или конечное состояние процесса. Процесс переводит вход в выход.

Способность переводить данный вход в данный выход называется свойством данного процесса. Связь определяет следование процессов, т. е. что выход некоторого процесса является входом определенного процесса. Всякий вход системы, является выходом этой или другой системы, а всякий выход—входом. Выделить систему в реальном мире значит указать все процессы, дающие данный выход. Искусственные системы это такие, элементы которых сделаны людьми т. е. являются выходом сознательно выполняемых процессов человека.

Во всякой искусственной системе существуют три различных по своей роли подпроцесса: основной процесс, обратная связь и ограничение.

Основной процесс преобразует вход в выход. Обратная связь выполняет ряд операций: сравнивает выборку выхода с моделью выхода и выделяет различие, оценивает содержание и смысл различия, вырабатывает решение, сочлененное с различием, формирует процесс ввода решения (вмешательства в процесс системы) и воздействует на процесс с целью сближения выхода и модели выхода.

Процесс ограничения возбуждается потребителем (покупателем) выхода системы, анализирующим ее выход. Этот процесс воздействует на выход и управление системы, обеспечивая соответствие выхода системы целям потребителя. Ограничение системы, принимаемое в результате процесса ограничения, отражается моделью выхода. Ограничение системы состоит из цели (функции) системы и принуждающих связей (качеств функции). Принуждающие связи должны быть совместимы с целью.

Всякая система состоит из подсистем. Всякая система является подсистемой некоторой системы. Постулируется, что любая система может быть описана в терминах системных объектов, свойств и связей. Граница системы определяется совокупностью входов от окружающей среды. Окружающая среда — это совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой.

Модель человекомашинной системы подтверждает ее сложность и необходимость признания качественно новым образованием по сравнению с отдельными компонентами и даже их суммой. Все это позволяет лучше понять и предопределенность природы этих компонентов, и возможность их познания вне системы, т. е. без учета всех взаимосвязей и взаимозависимостей.

Помимо согласия между логикой поведения исследуемого объекта и только что изложенными двумя принципами общей теории систем, можно продемонстрировать и соответствие выявленных ранее закономерностей появления происшествий принципам системной динамики. Некоторые из них указывают на значимость структуры и обратных связей в системе для ее поведения и обусловленных ним проблем.

Изложенные соображения свидетельствуют о перспективности выбранного здесь основного метода для системного анализа и моделирования безопасности. Действительно, системная инженерия учитывает весь положительный опыт в области изучения сложных систем, базируется на соответствующих принципах их общей теории и динамики. Из этих принципов следует, в частности, что целенаправленность поведения таких систем проявляется стремлении к сохранению неизменности на дискретных интервалах времени, обусловленной внутренними причинами, включая приспособительную реакцию к внешним воздействующим факторам.

Из кибернетики системная инженерия позаимствовала оперирование понятиями черный ящик, положительная и отрицательная обратная связи, задержка, возмущение и устойчивость; из синергетики — бифуркация и катастрофы (внезапные резкие изменения состояния системы). Применительно к рассматриваемым здесь опасным техносферным процессам неустойчивость в поведении человекомашинной системы может интерпретироваться, например, как появление предпосылок к происшествиям, вызванных возмущающими факторами, тогда как возникновение происшествий — как превышение этих факторов над ее адаптивными возможностями или запаздыванием с реакцией и на них.

Процедура исследования интересующих нас процессов в человекомашинных системах методом системной инженерии в основном совпадает с формулой трехэтапного познания и преобразования действительности: созерцание — мышление — практика. Однако здесь она должна быть более специфичной и конкретной, поскольку касается только методов системного анализа и моделирования техногенных происшествий.

Фрактальное моделирование

Можно выделить два направления фрактального моделирования в градостроительстве.

Первое направление — моделирование с использованием словаря фракталов. Число фракталов в таком словаре более 100. Словарь позволяет анализировать и проектировать композицию города как сложную систему, состоящую из концептуально-художественной, концептуально-эстетической, планировочно-пространственно-морфологической и знаково-информационной структур.

В рамках первого направления следует более подробно рассмотреть новые проекты Чарльза Дженкса, известного своими научными и творческими работами.

Одним из его ярких проектов по праву считается Сад космических спекуляций, чья структура содержит в себе научные факты и теории о создании, развитии и устройстве Вселенной, которая в свою очередь показана с помощью фрактального свойства многослойности в различных масштабах.

Сад находится в Дамфрисе (Шотландия). Вся его структура организована пятью основными областями, заполненными ровными долинами и невысокими холмами. Число пять выбрано не случайно, оно отражает некоторые аспекты природного мира. Самоорганизующиеся структуры встречаются в природе: примерами служат и молекула ДНК, и форма галактики, и волновые формы, и атомы — все они заложены в основу проектирования сада.

Сад воздействует на пять органов чувств посетителя. Когда гуляешь по тропинкам вдоль линейных насаждений, вдоль стен своеобразной формы, либо посещаешь теннисный корт, создается впечатление, что постигаешь тайны. Рельеф сада создан в различных формах, например: дракона, двойной спирали молекулы ДНК, змеи, зиккурата. Существует парадокс: для того чтобы подняться, необходимо спуститься и, наоборот, чтобы спуститься — подняться.

Второе направление — моделирование принципов и закономерностей формирования фрактальных структур. В данной модели город мыслится «как объект детерминированного хаоса, множество фрактального аттрактора. Фрактал — это сама структура города, бесконечное самоподобие на всех уровнях организации». Архитектурная форма также «строится по фрактальным принципам. Схема передвижения людей — аттрактор формы, а модуль человеческого тела — основа для расчета дробной размерности».

Заключение

В заключение, предостережем от иллюзий о получении путем моделирования точных количественных прогнозов таких интегральных показателей техносферных процессов, как, например, уровень их безопасности, и о хорошем совпадении найденных при этом результатов со статистикой или опытом.

Это объясняется не только несовершенством известных в настоящее время моделей и методов, но и чрезвычайной сложностью исследуемых здесь объектов (человекомашинных систем), делающей принципиально невозможным точные априорные количественные опенки их интегральных параметров.

1. Белов П. Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. М.: Изд-во КМУГА. 2002

2. Белов П. Г. Моделирование опасных процессов в техносфере. М.: Изд-во Академия гражданской защиты МЧС. 2001

3. Рыбаков Н. А. Системный анализ. М.: Наука, 2001

4. Страшко А. В. Информационный и проблемно-ориентированный подход в моделировании. М.: Наука, 2002