10 класс
Основы системного анализа
Урок 1. Введение в системный анализ

Урок 1. Введение в системный анализ. Что такое система?

📅 08.09.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Что такое системный анализ? Для чего он нужен?
  2. 00:10-00:20: Понятие «система». Примеры систем вокруг нас.
  3. 00:20-00:30: Практическая работа: «Найди систему в окружающем мире».
  4. 00:30-00:40: Обсуждение результатов. Объяснение домашнего задания.

📚 Основной материал

Что такое системный анализ?

Системный анализ — это научный метод, который помогает изучать сложные объекты, рассматривая их как единое целое, состоящее из взаимосвязанных частей.

Мы постоянно сталкиваемся с системами в жизни: школа, городской транспорт, человеческий организм, компьютер — всё это системы.

Почему важно изучать системы? Потому что многие проблемы нельзя решить, рассматривая их по частям. Например, пробки на дорогах — это не проблема одной машины, а проблема всей транспортной системы города.

Что такое система?

Система — это совокупность элементов, объединённых общей целью и работающих вместе как единое целое.

Признаки системы:

  • Целостность: система работает как единое целое, а не как набор отдельных деталей.
  • Связи: элементы системы связаны друг с другом (информацией, энергией, ресурсами).
  • Цель: у системы есть цель, ради которой она существует.
  • Внешняя среда: система взаимодействует с окружающим миром.

Пример: Школьный класс — это система. Элементы: ученики, учитель, парты, доска. Цель: обучение. Связи: учитель передаёт знания ученикам, ученики общаются друг с другом. Внешняя среда: школа, родители, расписание.

Практическая работа

Задание: Выберите один объект из списка и опишите его как систему.

  • Варианты: аквариум, футбольная команда, библиотека, семейный бюджет, личный компьютер.

План описания:

  1. Название системы.
  2. Цель системы.
  3. Основные элементы (3–5 штук).
  4. Какие связи между элементами существуют?
  5. Что является внешней средой для системы?
Пример выполнения:
Система: Аквариум.
Цель: Создание и поддержание среды для жизни рыб и растений.
Элементы: рыбы, растения, вода, фильтр, освещение.
Связи: рыбы едят растения и выделяют отходы, фильтр очищает воду, освещение помогает растениям расти.
Внешняя среда: комната, человек (кормит рыб, меняет воду), электричество.

📝 Домашнее задание

ДЗ #1 📅 Срок сдачи: 15.09.2026 🏆 Макс. балл: 3 балла

Описание системы «Моя комната»

Цель: закрепить понятие «система» на примере знакомого объекта.

Что нужно сделать:

  1. Опишите свою комнату как систему по плану, который мы использовали на уроке.
  2. Укажите: цель системы, элементы, связи, внешнюю среду.

📤 Пример выполнения:

Система: Моя комната.
Цель: Обеспечение комфортного отдыха и учёбы.
Элементы: кровать, стол, стул, шкаф, компьютер, книги, освещение.
Связи: я сижу за столом и работаю на компьютере, книги лежат на полке, одежда хранится в шкафу.
Внешняя среда: квартира, семья, отопление, электричество, интернет.

📌 Источники для работы:

  • Учебник: Раздел 1, п.3 «Система, элемент, подсистема»
  • Лекции: СА2 «Базовые понятия»

🔍 Дополнительно

❓ Частые вопросы

Чем система отличается от простого набора вещей?

В системе элементы связаны друг с другом и работают ради общей цели. Например, книги на полке — это просто набор, а библиотека с каталогом и читателями — это система.

Может ли один объект быть системой и элементом одновременно?

Да! Например, ученик — это элемент системы «класс», но сам ученик — это система «организм».

📖 Ссылки на материалы

  • Учебник: Раздел 1, п.3 «Система, элемент, подсистема»
  • Лекции: СА2 «Базовые понятия»
Урок 2. Элементы и подсистемы в инженерных системах

Урок 2. Элементы, подсистемы и глубина декомпозиции

📅 15.09.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Элемент системы. Относительность границы неделимости.
  2. 00:10-00:20: Иерархия: Надсистема ➔ Система ➔ Подсистемы ➔ Элементы.
  3. 00:20-00:30: Инженерный практикум: декомпозиция FDM 3D-принтера CoreXY.
  4. 00:30-00:40: Анализ надежности: концепция Single Point of Failure (SPOF). ДЗ.

📚 Основной материал

1. Понятие элемента системы

Элемент — это неделимая часть системы при выбранном способе ее членения, внутренняя структура которой не является предметом рассмотрения в рамках поставленной инженерной задачи.

Элемент обладает функциональной определенностью: его поведение полностью описывается соотношением входных воздействий и выходных реакций («черный ящик»), а дальнейшая детализация признается избыточной для целей текущего проектирования или анализа.

[SYS-PARADOX]

Является ли шаговый двигатель NEMA 17 неделимым элементом?

Разбор границы рассмотрения

Понятие элемента относительно. Для инженера-сборщика станка мотор неделим: есть вход (шаговые импульсы) и выход (угол поворота вала). Для конструктора электроприводов тот же мотор — сложная система со статором, ротором, обмотками и магнитными полями. Декомпозиция прекращается на уровне, где дальнейшее дробление перестает определять общую целевую функцию.

2. Иерархия уровней декомпозиции

В системном инжиниринге объект структурируется по вертикальным уровням:

  • Надсистема: внешняя среда более высокого порядка, включающая исследуемую систему как составную часть вместе с сопряженными объектами инфраструктуры.
  • Система: совокупность взаимосвязанных подсистем и элементов, реализующая заданное функциональное назначение.
  • Подсистема: функционально или конструктивно обособленная часть системы, сохраняющая свойства системы и выполняющая собственную локальную задачу.
  • Элемент: базовый компонент нижнего уровня декомпозиции.
[PHYS-BASE]

Механические часы состоят из 200 деталей. Если ссыпать их вместе — это хаос. Но если сгруппировать их по функциям: заводная пружина (источник энергии), зубчатый анкерный механизм (расчет интервалов времени) и стрелочный циферблат (интерфейс отображения) — мы получаем три автономных подсистемы, каждую из которых можно рассчитать отдельно.

Инженерный практикум

Кейс: Декомпозиция скоростного 3D-принтера CoreXY

Выделите 4 функциональные подсистемы и разберите подсистему экструзии до неделимых элементов.

Инженерный эталон:
Система: FDM 3D-принтер кинематики CoreXY.
1. Кинематическая подсистема: моторы X/Y/Z, ремни GT2, линейные рельсы MGN9, каретка.
2. Подсистема экструзии (Toolhead): шаговый редукторный привод, радиатор, цельнометаллический термобарьер, нагревательный блок, сопло 0.4 мм, кулер обдува радиатора, центробежный вентилятор обдува детали.
3. Подсистема управления и сенсорики: плата управления (драйверы TMC2209), датчик автоуровня, концевики, одноплатник с Klipper.
4. Термостатическая подсистема: подогреваемый алюминиевый стол, силиконовая грелка 220В, терморезистор NTC 100K.
Неделимый элемент оператора: латунное сопло.

📝 Домашнее задание

ДЗ #2 📅 Срок сдачи: 22.09.2026 🏆 Макс. балл: 3 балла

Инженерная декомпозиция и поиск единой точки отказа (SPOF)

Задание: Выберите вариант по вашему номеру в группе. Перейдите по ссылке, изучите устройство установки и выполните анализ:

  1. Определите надсистему для данного объекта (инфраструктура, среда развертывания).
  2. Выделите не менее 4 функциональных подсистем.
  3. Для каждой подсистемы укажите по 3–4 конкретных элемента.
  4. Анализ надежности (SPOF): найдите 1 критический элемент, отказ которого приводит к мгновенной катастрофе всей системы (Single Point of Failure), и предложите инженерный способ его резервирования.
Вариант 1: Квадрокоптер (FPV-дрон)

Беспилотный летательный аппарат мультироторного типа.

🔗 Статья: Квадрокоптер
Вариант 2: Фрезерный станок с ЧПУ

Трехосевой металлообрабатывающий станочный комплекс.

🔗 Статья: Системы с ЧПУ
Вариант 3: Турбореактивный двухконтурный двигатель

Авиационная силовая установка гражданского лайнера.

🔗 Статья: Турбореактивный двигатель
Вариант 4: Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД)

Двигательная установка ракеты-носителя на криогенном топливе.

🔗 Статья: Жидкостный ракетный двигатель
Вариант 5: Тяговая система электромобиля (BEV)

Транспортный силовой комплекс с тяговой батареей и инвертором.

🔗 Статья: Электромобиль
Вариант 6: Токамак (термоядерный реактор)

Тороидальная вакуумная камера с магнитным удержанием высокотемпературной плазмы.

🔗 Статья: Токамак

📤 Формат сдачи:

Структурная таблица в тетради или электронном документе.

🔍 Дополнительно

❓ Инженерный разбор

Что такое Single Point of Failure (SPOF)?

Это единая точка отказа: критический компонент системы, поломка которого парализует весь комплекс. Архитектор обязан ликвидировать такие узлы дублированием или изменением топологии связей.

Урок 3. Связи, интерфейсы и структура системы

Урок 3. Связи, обратная связь и топология структуры

📅 22.09.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Классификация связей: материальные, энергетические и информационные потоки.
  2. 00:10-00:20: Отрицательная vs Положительная обратная связь. Динамическая устойчивость.
  3. 00:20-00:30: Инженерный кейс: катастрофа Mars Climate Orbiter из-за интерфейса данных.
  4. 00:30-00:40: Практикум: авария контура термостатирования экструдера. ДЗ.

📚 Основной материал

1. Классификация связей и потоков

Связь — это ограничение степеней свободы элементов относительно друг друга, обусловленное переносом вещества, энергии или информации.

В технических системах связи делятся на три физических типа:

  • Материальные (вещественные): перемещение физических сред (подача филамента в экструдер, подача окислителя и горючего турбонасосом в смесительную головку ЖРД).
  • Энергетические: передача мощности (силовое питание 24В на нагревательный элемент, крутящий момент от ротора шагового двигателя к ходовому винту).
  • Информационные: передача сигналов управления и измерений (ШИМ-сигнал на затвор силового транзистора, показания термопары в АЦП, цифровые пакеты шины CAN).
[SYS-PARADOX]

При настройке душа вода идет ледяная. Человек выкручивает кран горячей воды на максимум. Проходит три секунды задержки потока в трубе — вода все еще холодная, и кран открывается еще сильнее. Через секунду поступает кипяток, человек в испуге выворачивает кран обратно в холодную зону и снова ждет. Кто создает эти автоколебания?

Разбор динамического сбоя

Колебания создает управляющее звено из-за транспортного запаздывания в канале обратной связи. Если время запаздывания соизмеримо с постоянной времени реакции регулятора, корректирующее воздействие попадает в противофазу и раскачивает амплитуду ошибки. В механике полета ракеты аналогичная задержка рулевого привода приводит к мгновенному аэродинамическому разрушению корпуса.

2. Контуры обратной связи

Обратная связь — контур управления, в котором выходной параметр системы измеряется и подается на вход для сравнения с заданным значением (уставкой) с целью вычисления сигнала ошибки.

  • Отрицательная обратная связь (ООС): сигнал ошибки вычитается из управляющего воздействия, компенсируя внешние возмущения и обеспечивая асимптотическую устойчивость системы.
  • Положительная обратная связь (ПОС): сигнал ошибки складывается с управляющим воздействием, вызывая лавинообразное нарастание выходной величины и выводя систему из равновесия.
[PHYS-BASE]

Отрицательная обратная связь — это механический маятник: отклонили влево — сила тяжести тянет вправо, отклонили вправо — тянет влево, маятник стремится к центру (стабильность). Положительная связь — акустический визг: микрофон ловит тихий звук, динамик делает его громче, микрофон снова ловит уже громкий звук, и через 0.1 секунды динамик уходит в перегрузку (разгон системы до аварии).

Инженерный практикум

Кейс: Обрыв датчика в ПИД-контуре нагрева

Термистор выскользнул из гнезда алюминиевого блока и измеряет комнатную температуру (22°C), хотя блок фактически разогрет до 250°C. Проанализируйте реакцию прошивки без встроенной аварийной защиты (Thermal Runaway Protection).

Анализ сбоя контура:
1. Входной сигнал: Контроллер считывает T = 22°C при целевой уставке 230°C.
2. Управляющее воздействие: Ошибка рассогласования огромна, ПИД-алгоритм выставляет ШИМ на 100% мощности.
3. Последствия: Нагреватель непрерывно работает на пределе, температура блока превышает 350°C, плавится алюминий, разрушается изоляция проводов $\rightarrow$ риск пожара.
4. Системная защита: Программный сторожевой таймер: «если в течение 15 секунд при 100% подаче мощности показания датчика не выросли хотя бы на 2°C — аварийно обесточить силовую линию».

📝 Домашнее задание

ДЗ #3 📅 Срок сдачи: 29.09.2026 🏆 Макс. балл: 3 балла

Анализ потоков, контуров управления и аварийных связей

Задание: Для системы вашего варианта выполните анализ связей:

  1. Приведите по одному конкретному примеру материальной, энергетической и информационной связи.
  2. Найдите в системе контур с отрицательной обратной связью (ООС): укажите датчик (сенсор), вычислитель (регулятор) и исполнительный орган (актуатор).
  3. Опишите сценарий возникновения положительной обратной связи (ПОС) или аварии при искажении информации в канале связи.
Вариант 1: Система терморегулирования спутника

Контур охлаждения бортовой аппаратуры тепловыми трубами и радиаторами.

🔗 Статья: Терморегулирование КА
Вариант 2: Электродистанционная система управления (Fly-by-Wire)

Электронный интерфейс между органами управления пилота и гидроприводами рулей лайнера.

🔗 Статья: ЭДСУ (Fly-by-Wire)
Вариант 3: Автоматизированная система управления ядерным реактором

Контуры регулирования плотности нейтронного потока стержнями СУЗ.

🔗 Статья: СУЗ ядерного реактора
Вариант 4: Антиблокировочная система тормозов (ABS)

Модуляция гидравлического давления в тормозных суппортах по датчикам холла.

🔗 Статья: Антиблокировочная система
Вариант 5: Система управления вектором тяги ракеты-носителя

Гидравлические приводы качания камеры сгорания ЖРД по сигналам БЦВМ.

🔗 Статья: Управление вектором тяги
Вариант 6: Автоматика ректификационной колонны

Разделение фракций нефти по термодинамическим датчикам температуры и давления паров.

🔗 Статья: Ректификационная колонна

📤 Формат сдачи:

Текстовое описание связей и структурная блок-схема контура обратной связи.

🔍 Дополнительно

❓ Технический вопрос

Чем шина CAN превосходит соединения «звезда»?

Топология «звезда» требует прокладки отдельного жгута проводов от каждого датчика к центральному контроллеру (километры проводов и паразитная масса). Дифференциальная шина CAN объединяет все блоки двумя проводами витой пары с аппаратной защитой от коллизий.

Урок 4. Границы системы и внешняя среда

Урок 4. Внешняя среда, границы системы и возмущающие воздействия

📅 29.09.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Определение границы системы. Полезные входы против возмущений среды.
  2. 00:10-00:20: Стратегии защиты: пассивная изоляция и активная компенсация.
  3. 00:20-00:30: Связь методов защиты с типами обратной связи (ООС и риск возникновения ПОС).
  4. 00:30-00:40: Практикум: изоляция промышленного SLA-принтера от цеховой среды. ДЗ.

📚 Основной материал

1. Граница системы и классификация входных воздействий

Внешняя среда — совокупность всех объектов, не входящих в систему, изменение свойств которых влияет на систему, а также объектов, на свойства которых влияет функционирование самой системы.

Входы системы классифицируются по характеру воздействия:

  • Полезные (детерминированные) входы u(t): номинальные источники энергии (220В / 380В), целевые управляющие программы (G-код), сырье (сухой композитный пруток, сырая нефть).
  • Возмущающие воздействия среды d(t) (шумы, помехи): колебания температуры окружающей среды, вибрация строительных конструкций, электромагнитные наводки, влажность воздуха, запыленность.
[SYS-PARADOX]

Высокоточный фрезерный ЧПУ-станок с классом точности по ШВП в 5 микрон смонтировали возле ворот цеха. Зимой во время разгрузки фуры детали начинают систематически выходить из поля допуска на 0.15 мм. Программа ЧПУ не менялась, механика исправна. Где системная ошибка?

Разбор системной границы

Ошибка — в неверном определении границы системы. Инженер посчитал температуру воздуха неизменным параметром. Однако стальная 2-метровая станина при перепаде температур ΔT = 15°C дает температурную деформацию ΔL = L · α · ΔT ≈ 0.35 мм, что превышает допуск обработки на порядок. Среда цеха должна быть включена в контур теплового расчета.

2. Методология защиты от воздействий среды

Для парирования дестабилизирующих воздействий применяются две инженерные стратегии:

  • Пассивная изоляция: физическое разделение системы и среды материальными барьерами высокой емкости или жесткости (тяжелые чугунные станины для демпфирования вибраций, термоизолированные термобоксы, экранирование витых пар).
  • Активная компенсация: введение дополнительных измерительных преобразователей среды и алгоритмов упреждения (динамическая компенсация вибраций акселерометрами, стабилизация температуры оптического датчика элементами Пельтье).
[PHYS-BASE]

Как написать ровный текст перьевой ручкой в трясущемся кузове грузовика? Пассивный метод: положить лист на 5-тонную стальную наковальню на пружинах — тряска поглотится инерцией массы. Активный метод: поставить сервопривод со стедикама, который смещает перо в противоположную сторону синхронно ударам кочек.

3. Взаимосвязь типов обратной связи с методами защиты от среды

Пассивная и активная защита фундаментально опираются на законы теории автоматического управления:

  • Пассивная изоляция как естественная отрицательная обратная связь (ООС):
    Физические законы пассивной защиты сами формируют контур ООС без электроники и датчиков. Например, в пружинно-масляном демпфере: чем быстрее кочка смещает шток, тем выше гидродинамическое сопротивление дросселя (сила F = −c · v). Знак «минус» означает автоматическое вычитание энергии возмущения. Материал забирает энергию возмущения и рассеивает её в тепло.
  • Активная компенсация: конструирование искусственной ООС:
    Инженер создает контур, в котором сенсор измеряет возмущение среды, а актуатор прикладывает усилие точно с противоположным знаком (−180° по фазе). Это искусственная ООС, способная свести внешнее воздействие практически к нулю.
  • Критический риск активных систем — переход в положительную обратную связь (ПОС):
    Если в контуре активной компенсации возникает задержка (транспортное запаздывание датчика или фазовый сдвиг привода на высоких частотах), знак управляющего воздействия инвертируется. Актуатор начинает толкать систему в ту же сторону, куда бьет внешнее возмущение. Контур превращается в ПОС: система не подавляет вибрацию среды, а начинает разрушительно самовозбуждаться (резонанс активного управления).

Инженерный практикум

Кейс: Эксплуатация промышленного фотополимерного (SLA/DLP) 3D-принтера

Фотополимерная смола отверждается излучением 405 нм. Вязкость смолы экспоненциально зависит от температуры, а ее пары токсичны. Сформируйте баланс взаимодействия установки со средой цеха.

Инженерное решение:
• Входы возмущений из среды: паразитный солнечный свет из окон (засветка ванны), колебания температуры цеха от 15°C до 30°C (резкое изменение гидродинамики смолы при опускании платформы).
• Выходы в среду: токсичные летучие органические соединения (VOC), тепловыделение УФ-матрицы.
• Защитные барьеры: оранжевый акриловый колпак (фильтрация спектра менее 450 нм), подогрев ванны со смолой PTC-элементом до стабильных 35°C, вытяжная вентиляция с угольным фильтром класса HEPA/Carbon.

📝 Домашнее задание

ДЗ #4 📅 Срок сдачи: 06.10.2026 🏆 Макс. балл: 3 балла

Защита автономного комплекса от дестабилизирующих факторов среды

Задание: Для системы вашего варианта выполните анализ возмущений внешней среды:

  1. Опишите 3 критических возмущающих фактора внешней среды (температура, электромагнитные поля, абразив, химическая среда, давление).
  2. Укажите, к каким конкретным физическим отказам приведет каждый фактор, если защиту не предусмотреть.
  3. Предложите инженерные контрмеры: не менее 1 пассивной защиты и 1 активной системы компенсации.
  4. Укажите, при каких условиях активная система защиты вашего варианта может перейти в режим положительной обратной связи (самовозбуждение / автоколебания).
Вариант 1: Марсоход / Планетарный ровер

Автономный исследовательский комплекс в условиях вакуума, радиации и реголита.

🔗 Статья: Марсоход
Вариант 2: Автономный глубоководный аппарат (АНПА)

Подводный робот для работы на океанических глубинах до 6000 м (давление 600 атм).

🔗 Статья: АНПА
Вариант 3: Оборудование морской буровой платформы

Шельфовый технологический комплекс в условиях соляного тумана, штормов и обледенения.

🔗 Статья: Нефтяная платформа
Вариант 4: Высотный разведывательный БПЛА

Дрон стратосферного полета (высота 20 км, температура среды -60°C, разреженный воздух).

🔗 Статья: БПЛА
Вариант 5: Автономный комбайн точного земледелия

Беспилотная сельхозмашина в условиях экстремальной запыленности, вибраций и жары.

🔗 Статья: Точное земледелие
Вариант 6: Тяговая электрическая подстанция 500 кВ

Энергетический узел в условиях грозовых импульсов, наведенных ЭДС и гололеда.

🔗 Статья: Электрическая подстанция

📤 Формат сдачи:

Аналитическая таблица «Фактор среды ➔ Риск отказа ➔ Инженерное решение».

🔍 Дополнительно

❓ Инженерный факт

Зачем стартовый стол заливают тысячами тонн воды?

Акустическое давление от факела ракетного двигателя превышает 200 дБ. Звуковая волна, отражаясь от бетона, способна разрушить корпус самой ракеты. Система гидродемпфирования (Sound Suppression Water System) поглощает эту энергию внешней среды.

📖 Стандарты и технологии

Урок 5. Цель как системообразующий фактор. Декомпозиция целей

Урок 5. Цель как системообразующий фактор. Декомпозиция целей

📅 06.10.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Цель как системообразующий фактор. Вектор состояния и целевая функция.
  2. 00:10-00:20: Методология декомпозиции: генеральная цель ➔ подцели ➔ технические требования.
  3. 00:20-00:30: Инженерный практикум: построение дерева целей микроспутника CubeSat.
  4. 00:30-00:40: Подготовка к рубежному тесту (Урок 6): структура контрольных заданий. ДЗ.

📚 Основной материал

1. Цель как системообразующий фактор

Цель системы — это формализованное описание требуемого конечного состояния системы или желаемого результата ее функционирования в пространстве параметров за заданный интервал времени.

Цель выступает системообразующим фактором: именно она определяет границы объекта, состав элементов, структуру связей и тип используемой энергии. Набор компонентов превращается в систему только при наличии единого критерия эффективности (целевой функции J), к экстремуму которого стремится управление.

[SYS-PARADOX]

Конструкторам поставили задачу: «Снизить сухую массу ступени ракеты на 12%». Инженеры убрали продольные силовые стрингеры из обечайки баков и выполнили норматив массы. На стартовом столе заправленная ракета потеряла устойчивость и разрушилась под собственным весом. В чем системная ошибка целеполагания?

Разбор системной коллизии метрик

Ошибка заключается в формулировании локального параметра как изолированной цели без пространства ограничений. В системном анализе цель — это вектор: Масса ➔ min при жестких ограничениях: Запас статической прочности η ≥ 1.4 и Вибропрочность fсобств > fвозмущ. Локальная оптимизация параметра без учета связей разрушает систему (закон Гудхарта).

2. Методология построения дерева целей (Goal Tree)

Дерево целей — ориентированный граф, представляющий иерархическую декомпозицию генеральной цели на взаимосвязанные подцели и элементарные инженерные задачи:

  • Уровень 0 (Миссия/Генеральная цель): верхнеуровневый системный результат с количественными критериями приемки.
  • Уровень 1 (Функциональные подцели): обеспечение ключевых направлений функционирования (механика, энергетика, бортовой вычислительный комплекс, тепловой баланс).
  • Уровень 2 (Инженерные требования и задачи): конкретные схемотехнические, программные и конструктивные решения с допусками и протоколами валидации.
[PHYS-BASE]

Цель — это не мечта «хочу, чтобы дрон хорошо летал». Цель — это геометрическая точка мишени: «удерживать позицию в радиусе 0.2 м при порывах ветра до 8 м/с в течение 25 минут». Если в мишени нет конкретных координат (цифр и допусков), система управления не может вычислить сигнал рассогласования.

Инженерный практикум

Кейс: Декомпозиция дерева целей исследовательского спутника CubeSat 1U

Генеральная цель: проведение дистанционного зондирования Земли в габаритах куба 100х100х100 мм массой не более 1.33 кг на орбите 400 км.

Инженерная декомпозиция:
• Подцель 1 (Массогабаритная и силовая): Фрезерованный каркас из сплава 7075-T6 с резонансной частотой первого тона более 50 Гц для исключения разрушения при вибронагрузках ракеты-носителя.
• Подцель 2 (Бортовое электропитание): Генерация не менее 2.5 Вт средней мощности солнечными панелями и сохранение емкости LiFePO4-аккумулятора в условиях орбитальной ночи (-40°C).
• Подцель 3 (Ориентация и стабилизация): Удержание оптической оси камеры с погрешностью не более 1.5° с помощью трехосевых магнитных катушек (магнеторокеров).

📝 Домашнее задание

ДЗ #5 📅 Срок сдачи: 13.10.2026 🏆 Макс. балл: 5 баллов

Подготовка к рубежному тесту по системному анализу (Урок 6)

На следующем занятии (Урок 6) состоится контрольный рубежный тест по материалам уроков 1–5. Тест включает 2 блока: теоретические определения и практические расчетно-аналитические задачи.

Блок 1. Термины для обязательного повторения к тесту:
  • Система, элемент, подсистема, надсистема. Глубина декомпозиции и принцип «черного ящика».
  • Материальные, энергетические и информационные связи. Понятие физического интерфейса.
  • Отрицательная обратная связь (ООС) и динамическая устойчивость. Положительная обратная связь (ПОС) и условия теплового/динамического разгона.
  • Единая точка отказа (Single Point of Failure, SPOF) и способы резервирования.
  • Внешняя среда: полезные входы u(t), возмущения d(t). Пассивная изоляция и активная компенсация помех.
  • Цель как системообразующий фактор. Вектор цели, дерево целей, конфликт технических требований.
Блок 2. Практическая тренировочная задача (выполняется по вариантам):

Для технической системы вашего варианта подготовьте в тетради письменное решение по структуре будущей контрольной:

  1. Сформулируйте Генеральную цель системы с указанием не менее 2 измеримых физических параметров и 2 жестких эксплуатационных ограничений.
  2. Постройте дерево целей 1-го уровня (выделите 3 функциональные подцели).
  3. Укажите критическую единую точку отказа (SPOF) в контуре управления этой системы.
  4. Приведите пример внешнего возмущения среды d(t) и укажите метод защиты (пассивный или активный).
Вариант 1: Сверхзвуковой самолет

Аэрокосмический комплекс с переменной геометрией крыла.

🔗 Статья: Сверхзвуковой самолёт
Вариант 2: Микроспутник CubeSat 3U

Малый космический аппарат для мониторинга лесных пожаров.

🔗 Статья: Формат CubeSat
Вариант 3: Оптоволоконный лазерный раскройный станок

ЧПУ-комплекс лазерной резки титановых сплавов в среде защитного газа.

🔗 Статья: Лазерная резка
Вариант 4: Промышленный дельта-робот

Параллельный манипулятор с техническим зрением для высокоскоростной сортировки.

🔗 Статья: Дельта-робот
Вариант 5: Станция быстрой зарядки электробусов (300 кВт)

Ультрабыстрая пантографная станция с импульсным преобразованием мощности.

🔗 Статья: Зарядная станция
Вариант 6: Подводный дрон-дефектоскоп (ROV)

Телеуправляемый подводный аппарат для ультразвукового контроля морских трубопроводов.

🔗 Статья: ТПА (ROV)

📤 Формат сдачи:

Письменное решение тренировочного варианта в рабочей тетради. На Уроке 6 тетради сдаются на проверку непосредственно перед выполнением теста.

🔍 Дополнительно

❓ Инженерный разбор

Что такое коллизия целей при конструировании?

Это инженерное противоречие: улучшение одного целевого параметра неизбежно ухудшает другой (например, увеличение мощности излучателя ведет к росту массы радиаторов и сокращению автономности). Разрешение коллизий — основа системной оптимизации.

Урок 6. Рубежный контроль: Базовые понятия теории систем

Урок 6. Рубежный контроль: Базовые понятия теории систем

📅 13.10.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:05: Инструктаж по рубежному контролю, шкала оценивания.
  2. 00:05-00:25: Выполнение интерактивного теста (10 вопросов) по вариантам.
  3. 00:25-00:35: Автоматическая проверка, фиксация результатов и разбор типовых ошибок.
  4. 00:35-00:40: Выдача домашнего задания к блоку истории системного анализа.

📚 Теоретический минимум рубежного контроля

Ключевые принципы системного анализа (Уроки 1–5)

  • Целостность и эмерджентность: появление у системы качественно новых свойств, которых нет у ее элементов по отдельности.
  • Иерархия: организация структуры по уровням: Надсистема ➔ Система ➔ Подсистема ➔ Элемент. Степень неделимости элемента задается целью исследования.
  • Потоки и связи: физическое взаимодействие через материальные потоки (вещество), энергетические (мощность) и информационные (сигналы, данные).
  • Обратная связь: Отрицательная (ООС) возвращает систему к заданной уставке; Положительная (ПОС) усиливает ошибку и раскачивает систему до аварии.
  • Внешняя среда: поставщик полезных входов и вредных возмущений. Пассивная защита изолирует систему массой и барьерами; активная — компенсирует помехи датчиками и приводами в противофазе.
  • Цель: системообразующий фактор, определяющий состав элементов, их связи и границы системы.
[SYS-PARADOX]

Если разобрать сложный механизм на винтики, изучить каждый винтик под микроскопом и сложить их свойства вместе — поймем ли мы, как работал механизм?

Разбор системного принципа

Нет, не поймем. Метод сведения сложного к простому (редукционизм) упускает главное — связи и структуру. Свойства системы возникают не из материала деталей, а из способа их взаимодействия (эмерджентность).

[PHYS-BASE]

Системный подход — это умение видеть не только «кубики», но и «стрелочки» между ними. Если у автомобиля отличный мотор, но отвалился провод к свече зажигания (порвалась информационно-энергетическая связь) — вся машина весом в полторы тонны становится бесполезным куском железа.

📝 Рубежный контрольный тест (10 заданий)

9–10 баллов: Отлично 7–8 баллов: Хорошо 5–6 баллов: Удовлетворительно Менее 5 баллов: Неудовлетворительно
1. Что в теории систем называют свойством эмерджентности?
2. Чем подсистема отличается от неделимого элемента?
3. Передача управляющего ШИМ-сигнала от платы к двигателю — это связь:
4. Какая обратная связь обеспечивает устойчивость и удержание уставки?
5. Что такое Single Point of Failure (единая точка отказа)?
6. Что выступает системообразующим фактором при проектировании?
7. Сквозняк от открытых ворот цеха для станка с ЧПУ является:
8. Резиновые виброопоры под станком представляют собой пример:
9. Подача филамента в экструдер 3D-принтера относится к связям:
10. Что происходит с системой при возникновении положительной обратной связи?
1. Что является надсистемой для промышленного робота-манипулятора?
2. Передача 24В от блока питания к ТЭНу — это связь:
3. Тепловой разгон аккумулятора (нагрев ➔ реакция ➔ еще больший нагрев) — это:
4. От чего зависит граница декомпозиции системы на элементы?
5. Почему в авиации компьютеры и датчики троируют (ставят по 3 штуки)?
6. Термостат утюга, отключающий нагрев при достижении 180°C, работает на:
7. Активная стабилизация подвеса камеры сервоприводом по гироскопу — это:
8. Почему куча деталей в коробке не является часами?
9. Сигнал с датчика температуры, поступающий в процессор — это поток:
10. Оранжевый акриловый кожух фотополимерного принтера является:
1. Какое свойство автомобиля является эмерджентным?
2. Что описывает модель «черного ящика»?
3. Передача топлива турбонасосом в камеру сгорания ракеты — это связь:
4. Дерево целей в инженерии строится:
5. Что произойдет в системе стабилизации при задержке в контуре управления?
6. Что является надсистемой для микроспутника CubeSat?
7. Свист в колонках при поднесении микрофона — классический пример:
8. Почему изолированная оптимизация одного параметра ухудшает систему?
9. Экранирование оплеткой сигнального кабеля защищает от:
10. Круиз-контроль автомобиля, поддерживающий скорость 90 км/ч в гору, использует:
1. Какое утверждение о границе системы является верным?
2. Передача крутящего момента от вала мотора к шестерне — это связь:
3. Если отказ одного датчика выключает весь станок, этот датчик называют:
4. Какая система является закрытой (изолированной)?
5. Удержание равновесия человека на гироскутере происходит благодаря:
6. Что является элементом в системе «Колесный узел шасси»?
7. Попадание пыли в направляющие станка относится к:
8. Почему цель называют системообразующим фактором?
9. Силовая муфта со срезаемым штифтом, ломающимся при заклинивании шнека, служит для:
10. Какое звено в контуре терморегулирования является актуатором (исполнителем)?
1. Что произойдет, если в контуре охлаждения поменять знак обратной связи (нагрев усиливает нагреватель)?
2. Передача пакетов данных телеметрии по радиоканалу — это связь:
3. Что является надсистемой для электровоза?
4. Использование демпферных резиновых прокладок под насосом — это:
5. Что из перечисленного обладает свойством эмерджентности?
6. Назначение отрицательной обратной связи в регуляторе температуры:
7. Что называют редукционизмом в науке?
8. Почему дублирование сервоприводов рулей повышает живучесть БПЛА?
9. Внезапный скачок напряжения в цеховой сети 380В для станка — это:
10. В дереве целей подцели нижнего уровня отвечают на вопрос:
1. Автопилот квадрокоптера удерживает точку в воздухе при порывах ветра с помощью:
2. Передача гидравлического масла под давлением к гидроцилиндру — это связь:
3. Если при проектировании дрона максимизировать только емкость батареи:
4. Использование оптического концевика для определения нулевой координаты станка — это:
5. Что является надсистемой для корабельного дизельного генератора?
6. Что произойдет при потере сигнала с датчика оборотов шпинделя (разрыв ООС)?
7. Пассивный теплоизоляционный кожух ракетного двигателя предназначен для:
8. Почему отдельный транзистор не является компьютером?
9. Поломка единственного микроконтроллера на плате дрона, приводящая к падению, доказывает, что контроллер был:
10. Главная цель технической системы всегда формулируется через:

📝 Домашнее задание к следующему занятию

ДЗ #6 📅 Срок сдачи: 20.10.2026 🏆 Макс. балл: 3 балла

Работа над ошибками по контрольному срезу

Задание :

Провести работа над ошибками и проработать темы на которые ответы были даны не верно

🔍 Дополнительно

❓ Инженерный факт

Почему редукционизм потерпел поражение в сложных системах?

Редукционизм отлично работает для простых механизмов (разборка велосипеда). Но в нелинейных системах с обратными связями свойства целого определяются взаимодействием частей. При расчленении системы связи разрушаются, и ее поведение становится принципиально непредсказуемым.

Урок 7. История возникновения системного анализа и кризис редукционизма

Урок 7. История возникновения системного анализа и кризис редукционизма

📅 20.10.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Эволюция научной картины мира: от механистического детерминизма к теории систем.
  2. 00:10-00:20: Кризис редукционизма: почему сложное перестало сводиться к сумме простого.
  3. 00:20-00:30: Основоположники: «Тектология» А.А. Богданова и Общая теория систем (ОТС) Л. фон Берталанфи.
  4. 00:30-00:40: Старт сквозного проекта инженерного анализа технической системы. ДЗ.

📚 Основной материал

1. Кризис классического редукционизма в инженерии

Редукционизм — методологический принцип, согласно которому сложные объекты могут быть полностью объяснены и описаны через механические свойства их составных частей.

Классическая наука Ньютона и Декарта исходила из предпосылки: «чтобы понять сложную машину, разбери её на детали, рассчитай каждую по отдельности и сложи уравнения». До конца XIX века этот подход безотказно работал на паровых машинах, часах и мостах. Однако в XX веке с появлением распределенных энергосетей, ракетных комплексов и химических производств начался кризис: машины ломались при абсолютно исправных и проверенных компонентах.

[SYS-PARADOX]

Перед запуском ракеты-носителя каждый клапан, датчик и насос прошли автономные стендовые испытания на 100% ресурс. Ни один узел не имел дефектов. При старте ракета взорвалась через 12 секунд. Как исправные детали могут создать катастрофу?

Разбор системной аварии

Автономные стенды не воспроизводят перекрестные динамические связи. Пульсация давления в топливной магистрали совпала с упругими колебаниями корпуса ракеты, возник гидромеханический авторезонанс (Pogo-эффект), который разорвал бак. Все детали были исправны, но их совместная динамика породила неустойчивость целого.

2. Исторический переход к системной парадигме

Системный анализ возник как ответ на неспособность классических дисциплин решать задачи интеграции:

  • А.А. Богданов (1913–1928, «Тектология: Всеобщая организационная наука»): первым сформулировал законы структурной устойчивости систем независимо от их природы. Ввел понятия конъюгации (соединения комплексов), ингрессии (вводных связей) и кризисов структуры. Опередил кибернетику на 30 лет.
  • Л. фон Берталанфи (1930–1950, «Общая теория систем»): обосновал фундаментальное отличие открытых систем (обменивающихся веществом и энергией со средой) от закрытых термодинамических систем. Доказал принцип эквифинальности — способность системы достигать цели из разных начальных условий.
[PHYS-BASE]

Редукционизм — это попытка понять музыку Бетховена, взвесив струны рояля и разобрав клавиши на деревяшки. Сколько клавиши ни взвешивай, симфонию не услышишь. Системный анализ изучает не дерево клавиш, а ноты и ритм — порядок и правила, по которым звуки связаны во времени.

📝 Домашнее задание

ДЗ #7 📅 Срок сдачи: 27.10.2026 🏆 Макс. балл: 4 балла

Сквозной проект (Этап 1): Границы редукционизма и каскадные отказы

📌 ВАЖНО: Выбранный в этом задании инженерный объект закрепляется за вами на три урока (ДЗ #7, #8 и #9). Вы будете последовательно формировать системный инженерный паспорт этого объекта.

Что нужно сделать на 1 этапе:

  1. Изучите ваш объект по прикрепленной ссылке на Википедию.
  2. Кризис редукционизма: объясните, почему поведение этого объекта нельзя предсказать, исследуя его компоненты изолированно на стендах. Приведите 1 пример межэлементного взаимодействия.
  3. Каскадный сбой: смоделируйте гипотетическую цепочку: отказ какого малого узла способен вызвать лавинообразное разрушение всей системы?
Вариант 1: Единая энергетическая система (ЕЭС)

Высоковольтная синхронная сеть электростанций и узловых подстанций.

🔗 Статья: ЕЭС России
Вариант 2: Орбитальная станция (МКС)

Пилотируемый комплекс с замкнутым контуром регенерации и терморегулирования.

🔗 Статья: МКС
Вариант 3: Установка каталитического крекинга НПЗ

Реакторно-регенераторный блок глубокой переработки нефти под давлением.

🔗 Статья: Каталитический крекинг
Вариант 4: Городской метрополитен

Автоматизированная транспортная сеть с жестким графиком движения поездов.

🔗 Статья: Метрополитен
Вариант 5: Магистральный авиалайнер (Boeing 737 MAX)

Самолет с интегрированной системой управления характеристиками MCAS.

🔗 Статья: Boeing 737 MAX
Вариант 6: Энергоблок АЭС с реактором ВВЭР-1200

Ядерная энергетическая установка с двухконтурной схемой теплоносителя.

🔗 Статья: Реактор ВВЭР-1200

📤 Формат сдачи:

Письменные ответы в тетради (Раздел сквозного проекта: Этап 1) или документ в Google Docs / Notion.

🔍 Дополнительно

❓ Инженерный факт

Что такое Pogo-эффект в ракетных системах?

Это автоколебания корпуса ракеты, вызванные обратной связью: вибрация корпуса передается на давление в трубопроводе, насос качает топливо с рывками, меняется тяга двигателя, что снова бьет по корпусу. Редукционистский расчет каждого узла в отдельности эту проблему не ловит.

Урок 8. Классификация сложных систем

Урок 8. Классификация сложных систем

📅 27.10.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Зачем инженеру классификация: выбор математического аппарата моделирования.
  2. 00:10-00:20: Ключевые основания деления: открытость, детерминированность, гетерогенность.
  3. 00:20-00:30: Практикум: системный профиль промышленного робота-манипулятора.
  4. 00:30-00:40: Сквозной проект (Этап 2): матрица классификации вашей системы. ДЗ.

📚 Основной материал

1. Инженерный смысл классификации

Классификация систем — это не бюрократическое раскладывание по папкам. Это выбор математического инструментария. Если система детерминированная — её считают уравнениями теоретической механики. Если стохастическая — аппаратом теории вероятностей. Ошибка в классификации приводит к выбору негодного метода проектирования.

[SYS-PARADOX]

Лазерный интерферометр для проверки микросхем герметично заперт в стальном боксе. Обмена воздухом и веществом со средой нет. Инженер считает его «закрытой системой». Прав ли он?

Разбор открытости системы

Инженер ошибается. Полностью закрытых систем в реальном мире не существует. Даже без обмена веществом бокс пропускает тепловые потоки через стенки (энергетический обмен) и микросейсмические вибрации грунта. Для микронной точности лазера эта система является термодинамически открытой.

2. Базовые основания классификации

  • По связи с окружающей средой:
    • Открытые: обмениваются веществом, энергией и данными (ДВС, человек, самолет).
    • Закрытые: изолированы от обмена (теоретическая модель абсолютно черного тела).
  • По степени предсказуемости поведения:
    • Детерминированные: реакция на вход однозначно определена (зубчатый редуктор).
    • Стохастические (вероятностные): поведение описывается плотностью вероятности из-за случайных шумов (распределение пакетов в сети Интернет, ветровые нагрузки на мост).
  • По однородности элементного состава:
    • Гомогенные: элементы однородны по физической природе (газ в ресивере, монолитная балка).
    • Гетерогенные: разнородные по физике узлы (электромеханика, оптика, софт).
  • По происхождению: естественные (биологические/геологические) и антропогенные (технические).
[PHYS-BASE]

Разница между детерминированной и стохастической системой — это разница между бильярдным шаром и дымом от костра. Толкни шар кием с известной силой — ты точно посчитаешь, куда он отскочит по законам Ньютона. Дунь на дым — ты никогда не предскажешь форму отдельной струйки, можно описать только среднее облако по теории вероятностей.

📝 Домашнее задание

ДЗ #8 📅 Срок сдачи: 03.11.2026 🏆 Макс. балл: 4 балла

Сквозной проект (Этап 2): Матрица классификации объекта

📌 ОБЪЕКТ: Продолжайте работу со своей системой, закрепленной на Уроке 7 (ЕЭС, МКС, НПЗ, Метрополитен, Boeing 737 MAX или АЭС).

Задание:

Заполните в рабочей тетради или электронном файле классификационную матрицу вашего объекта с техническим обоснованием:

Критерий деления Класс системы Инженерное обоснование
По связи со средой Открытая / Условно замкнутая Чем конкретно обменивается (вещество / энергия / данные)
По определенности Детерминированная / Стохастическая Какие случайные факторы делают поведение вероятностным
По однородности Гомогенная / Гетерогенная Какие принципиально разные типы элементов входят в состав
По происхождению Техническая / Социотехническая Включен ли человек в контур прямого управления

📤 Формат сдачи:

Заполненная таблица с развернутыми комментариями в рабочей тетради или электронном документе.

🔍 Дополнительно

❓ Инженерный разбор

Что такое социотехническая система?

Это система, где человек является не просто внешним пользователем, а неотъемлемым звеном контура управления (диспетчер энергосети, машинист поезда, оператор ядерного реактора). Учесть человеческий фактор математически сложнее всего.

Урок 9. Общие системные закономерности

Урок 9. Общие системные закономерности

📅 03.11.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Закономерности систем как общие инварианты материального мира.
  2. 00:10-00:20: Четыре кита: целостность (эмерджентность), иерархичность, интегративность, коммуникативность.
  3. 00:20-00:30: Инженерный разбор: почему добавление идеального элемента может сломать комплекс.
  4. 00:30-00:40: Сквозной проект (Финал цикла): формулирование системных закономерностей. ДЗ.

📚 Основной материал

1. Закономерности как системные инварианты

Системные закономерности — это устойчивые объективные принципы строения и функционирования, проявляющиеся во всех сложных системах независимо от их физической, химической или информационной природы.

[SYS-PARADOX]

Мы взяли лучший в мире гоночный двигатель Ferrari (700 л.с.) и поставили его в обычный седан эконом-класса. Что произойдет при первой попытке резко нажать газ?

Разбор закономерности целостности

Срежет штатное сцепление и разорвет стандартную коробку передач. Локальное сверхоптимизирование одного элемента разрушает систему. Система устойчива только тогда, когда параметры согласованы через закономерность целостности.

2. Четыре фундаментальные закономерности

  • 1. Целостность (эмерджентность): свойства системы принципиально не сводятся к сумме свойств составляющих элементов ($1 + 1 > 2$). Объединение элементов рождает системный эффект.
  • 2. Иерархичность: элементы упорядочены по уровням соподчинения. Каждый уровень выступает системой для нижних уровней и подсистемой для верхних (принцип «двуликого Януса»).
  • 3. Интегративность: наличие системообразующих факторов (структуры, общей цели и алгоритмов управления), которые удерживают систему от распада под действием внешней энтропии.
  • 4. Коммуникативность: система не изолирована, а проявляет свои свойства только во взаимодействии с внешней средой через входные и выходные каналы.
[PHYS-BASE]

Закономерности системы — это законы командного спорта. Один гениальный нападающий не делает команду чемпионом, если защитники засыпают на поле. Команда выигрывает за счет слаженности пасов (коммуникативность), тактики тренера (интегративность) и того, что 11 сыгранных игроков сильнее любого набора одиночек (эмерджентность).

📝 Домашнее задание

ДЗ #9 📅 Срок сдачи: 10.11.2026 🏆 Макс. балл: 4 балла

Сквозной проект (Финал): Системные закономерности объекта

📌 ОБЪЕКТ: Завершение анализа вашей инженерной системы (ЕЭС, МКС, НПЗ, Метрополитен, Boeing 737 MAX или АЭС), начатой в ДЗ #7 и #8.

Задание:

Для вашей системы подробно опишите, как на практике проявляются 4 системные закономерности:

  1. Целостность (эмерджентность): укажите 1 главное системное свойство, которым обладает объект в целом, но не обладает ни один его узел по отдельности.
  2. Иерархичность: постройте вертикальную цепочку соподчинения: Элемент ➔ Подсистема ➔ Система ➔ Надсистема (по 1 конкретному названию на каждый уровень).
  3. Интегративность: укажите, какие системообразующие связи или протоколы удерживают объект от распада.
  4. Коммуникативность: опишите 1 канал взаимодействия объекта с внешней средой (что поступает на вход и что сбрасывается на выход).

📤 Формат сдачи:

Итоговый структурированный отчет по сквозному проекту (Этапы 1, 2 и 3) в рабочей тетради или электронном файле.

🔍 Дополнительно

❓ Инженерный разбор

Что такое закон необходимого разнообразия Эшби?

Закон кибернетики: чтобы система управления могла парировать возмущения среды, разнообразие состояний самого управляющего устройства должно быть не меньше разнообразия возмущений, создаваемых средой. Простой контроллер не может управлять сложным объектом.

📖 Литература и кибернетика

Урок 10. Эмерджентность и иерархичность систем

Урок 10. Эмерджентность и иерархичность систем

📅 10.11.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Углублённое изучение эмерджентности.
  2. 00:10-00:20: Иерархия как принцип строения систем. Свойство «двуликого Януса».
  3. 00:20-00:30: Практическая работа: анализ эмерджентных свойств и иерархии.
  4. 00:30-00:40: Обсуждение результатов. Объяснение домашнего задания.

📚 Основной материал

Эмерджентность (системный эффект)

Эмерджентность — появление новых свойств у системы, которых нет у отдельных её частей. Это главный признак целостности системы.

Примеры эмерджентных свойств:

  • Вода: молекулы H₂O не текут, не имеют вкуса и не тушат огонь по отдельности, но в совокупности образуют воду с этими свойствами.
  • Команда: игроки по отдельности не могут выиграть матч, но команда может.
  • Автомобиль: двигатель, колёса, руль по отдельности не перевозят людей.

Важно: Эмерджентность возникает только благодаря связям между элементами.

Иерархичность

Иерархичность — принцип строения систем, при котором каждый уровень иерархии обладает свойствами «двуликого Януса»:

  • С одной стороны, это система для своих элементов (нижнего уровня).
  • С другой стороны, это подсистема для более крупной системы (верхнего уровня).

Пример: Организм — это система для органов и подсистема для популяции.

Зачем нужна иерархия?

  • Упрощает управление сложными системами.
  • Позволяет специализировать элементы на разных уровнях.
  • Делает систему более устойчивой.

Практическая работа

Задание: Для системы «Смартфон» выполните следующее:

  • Эмерджентные свойства: найдите 2-3 свойства смартфона, которых нет у отдельных компонентов (процессора, экрана, аккумулятора).
  • Иерархия: постройте цепочку: элемент → подсистема → система → надсистема.
Пример выполнения:
Эмерджентные свойства:
1. Возможность звонить и общаться (отдельные компоненты не могут звонить).
2. Выход в интернет и работа с приложениями.
3. Фотографирование и запись видео.
Иерархия:
транзистор → процессор → смартфон → экосистема (приложения, облако, оператор связи).

📝 Домашнее задание

ДЗ #10 📅 Срок сдачи: 17.11.2026 🏆 Макс. балл: 3 балла

Эмерджентность и иерархия в технической системе

Цель: закрепить понятия эмерджентности и иерархичности.

Что нужно сделать:

  1. Для системы «Компьютер»:
    • найдите 2 эмерджентных свойства и опишите их;
    • постройте иерархию: элемент → подсистема → система → надсистема.

📤 Пример выполнения:

Система «Компьютер»:
Эмерджентные свойства:
1. Возможность выполнять сложные вычисления и обрабатывать информацию.
2. Возможность взаимодействовать с пользователем через интерфейс.
Иерархия:
транзистор → микросхема → процессор → компьютер → компьютерная сеть (интернет).

📌 Источники для работы:

  • Учебник: Раздел 3, п.7 «Общие системные закономерности»
  • Лекции: Конспект лекций, стр. 93–96

🔍 Дополнительно

❓ Частые вопросы

В чём разница между эмерджентностью и простой суммой свойств?

Сумма свойств — это когда мы складываем свойства частей. Эмерджентность — это когда появляется совершенно новое свойство, которого не было у частей (1+1>2).

Что значит «двуликий Янус» в контексте иерархии?

Это означает, что каждый уровень одновременно является целым (для нижнего уровня) и частью (для верхнего уровня).

📖 Ссылки на материалы

  • Учебник: Раздел 3, п.7 «Общие системные закономерности»
  • Лекции: Конспект лекций, стр. 93–96
Урок 11. Дискретная оптимизация при ограниченных ресурсах

Урок 11. Дискретная оптимизация при ограниченных ресурсах

📅 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00–00:08 Постановка задачи и выделение ограничений.
  2. 00:08–00:20 Модель выбора грузов, полный перебор и жадный алгоритм.
  3. 00:20–00:35 Ручной расчёт для четырёх грузов.
  4. 00:35–00:40 Сравнение результатов и разбор домашнего задания.

📚 Основной материал

Бинарная модель выбора

Транспорт может выполнить один рейс. У каждой партии груза есть масса и ценность в рублях. Каждая партия либо отправляется целиком, либо остаётся на складе. Требуется получить наибольшую суммарную ценность и уложиться в грузоподъёмность.

Для каждого груза задаётся переменная xi. Если груз включён в рейс, она равна 1, если оставлен на складе, она равна 0. Поэтому запись 101 означает выбор грузов A и C при порядке A, B, C.

Ограничение по массе — Σ mixi ≤ M
Целевая функция — Σ vixi → максимум

Здесь mi — масса груза, vi — его ценность, M — грузоподъёмность. Знак Σ обозначает сумму по всем грузам. Решение считается допустимым, если оно выполняет ограничение. Оптимальное решение имеет наибольшую ценность среди допустимых.

Точное и приближённое решение

Грузоподъёмность учебного робота составляет 6 кг. Груз A весит 2 кг и даёт 30 баллов ценности, B — 3 кг и 40 баллов, C — 4 кг и 50 баллов.

Полный перебор. Для каждого груза возможны два решения, поэтому при трёх грузах получается 2³ = 8 наборов, включая пустой. Для каждого набора вычисляются масса и ценность.

Полный перебор трёх грузов
НаборМасса, кгЦенность, баллыДопустим
00000Да
001450Да
010340Да
011790Нет
100230Да
101680Да
110570Да
1119120Нет

Набор 101 допустим при точном равенстве массы лимиту. Его ценность 80 баллов, и среди допустимых строк большей ценности нет.

Жадный алгоритм. Грузы упорядочиваются по убыванию ценности на килограмм. Получается порядок A (15), B (≈13,33), C (12,5). Если очередной груз помещается, он добавляется. При равном отношении раньше рассматривается груз с меньшим номером. После добавления A и B остаётся 1 кг. Груз C пропускается, итоговая ценность составляет 70 баллов. При сравнении близких отношений используются исходные числа без предварительного округления.

Жадный алгоритм даёт допустимый набор. Для неделимых грузов его ценность может оказаться ниже оптимальной, как в этом примере. Если груз пропущен, проверяются следующие по порядку грузы.

Лабораторная работа

Данные для лабораторной работы. Лимит составляет 7 кг. Массы грузов A, B, C и D равны 2, 3, 4 и 2 кг. Их ценности составляют соответственно 30, 40, 50 и 18 баллов.

Требуется перебрать вручную 16 наборов от 0000 до 1111 и для каждого зафиксировать массу, ценность и допустимость. Затем строится жадное решение и вычисляется разница в ценности. Порядок разрядов в коде соответствует порядку A, B, C, D.

Проверка классной работы

При лимите 7 кг полный перебор даёт набор 0110 (B и C) ценностью 90 баллов. Жадный алгоритм даёт набор 1101 (A, B и D) ценностью 88 баллов. Оба набора весят 7 кг. Разница составляет 2 балла.

📝 Домашнее задание

ДЗ № 11 📅 Срок сдачи

Модель и сравнение алгоритмов

В рабочей тетради заполняются пункты 1.1–1.3.

  • 1.1 Исходные данные назначенного варианта и модель.
  • 1.2 Полный перебор 16 наборов.
  • 1.3 Жадное решение и сравнение результатов.
Рабочая тетрадь на Яндекс Диске

📤 Формат сдачи

На проверку представляется раздел 1 рабочей тетради.

Урок 12. Вычислительная модель дискретной оптимизации

Урок 12. Вычислительная модель дискретной оптимизации

📅 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00–00:05 Повторение модели и правил допустимости.
  2. 00:05–00:15 Настройка исходных данных и формул.
  3. 00:15–00:35 Перебор в электронной таблице и проверка при новом лимите.
  4. 00:35–00:40 Сверка результатов и разбор домашнего задания.

📚 Основной материал

Модель в электронной таблице

Таблица из предыдущего занятия превращается в вычислительную модель. В каждой строке хранится один набор из четырёх грузов. При изменении исходной массы или ценности пересчитываются результаты для всех наборов.

В ячейках B1:E1 размещаются массы четырёх грузов, в B2:E2 — их ценности, в G1 — грузоподъёмность. В B4:E4 указываются названия «Груз 1» — «Груз 4», в F4:H4 — «Масса», «Ценность», «Допустимость». В B5:E20 заносятся 16 наборов в виде отдельных нулей и единиц, от 0000 до 1111. Столбцы F и G содержат итоговые массу и ценность, H — признак допустимости.

Формулы с проверкой ограничения
ЯчейкаНазначениеФормула для первой строки
F5Общая масса=B5*$B$1+C5*$C$1+D5*$D$1+E5*$E$1
G5Общая ценность=B5*$B$2+C5*$C$2+D5*$D$2+E5*$E$2
H5Допустимость=F5<=$G$1

Знаки доллара фиксируют адрес исходной ячейки. При заполнении формул вниз ссылки на строку набора меняются с 5 на 6 и далее, а ссылки на массы, ценности и лимит остаются прежними. Сравнение в столбце H возвращает логическое значение «истина» для допустимого набора.

Разряды можно заполнить по повторяющимся блокам. В B сначала идут восемь нулей, затем восемь единиц. В C чередуются блоки по четыре, в D — по два, в E — по одному. Так каждый набор встречается один раз. Для работы на бумаге используются те же столбцы и правила, а суммы вычисляются калькулятором.

Лабораторная работа

Данные для лабораторной работы. Лимит составляет 7 кг. Массы грузов A, B, C и D равны 2, 3, 4 и 2 кг. Их ценности составляют соответственно 30, 40, 50 и 18 баллов.

  1. Требуется настроить расчёт для 16 наборов. Контрольная строка 1101 должна дать 7 кг, 88 баллов и истинный признак допустимости.
  2. Среди допустимых строк определяется максимальная ценность. При использовании фильтра строки с ложным признаком скрываются, а по ценности сортируется весь диапазон B4:H20, чтобы столбцы одного набора оставались вместе.
  3. Лимит временно снижается до 6 кг. Фиксируется новый максимум и проверяется, изменился ли выбранный набор.
Проверка классной работы

При лимите 7 кг оптимален набор 0110 с ценностью 90 баллов. При лимите 6 кг оптимален набор 1010 (A и C) с ценностью 80 баллов.

Дополнительно · динамическое программирование

При добавлении каждого груза число наборов удваивается. Для 20 грузов полный перебор даёт 1 048 576 наборов. При небольшом целом лимите и целочисленных положительных массах можно считать по-другому. В ячейке D[i, c] хранится лучшая ценность для первых i грузов при лимите c.

В нулевой строке стоят нули. Для каждого нового груза сравниваются два результата. Если груз пропущен, используется значение из предыдущей строки для того же лимита. Если груз помещается и берётся, его ценность прибавляется к значению из предыдущей строки для лимита, уменьшенного на массу груза. Использование предыдущей строки в обоих случаях позволяет учесть каждый груз не более одного раза.

Лучшая ценность при разных лимитах, баллы
Доступные грузы0 кг1 кг2 кг3 кг4 кг5 кг6 кг
Нет0000000
A003030303030
A, B003040407070
A, B, C003040507080

Для последней ячейки D[3, 6] сравниваются 70 баллов без C и 50 + 30 = 80 баллов с C. Число ячеек такой таблицы зависит и от числа грузов, и от величины целочисленного лимита.

📝 Домашнее задание

ДЗ № 12 📅 Срок сдачи

Табличный перебор и изменение ограничения

В рабочей тетради заполняются пункты 2.1–2.3.

  • 2.1 Таблица из 16 наборов и формулы.
  • 2.2 Сверка с ручным решением из пункта 1.2.
  • 2.3 Повторный расчёт при изменении грузоподъёмности.
Рабочая тетрадь на Яндекс Диске

📤 Формат сдачи

На проверку представляется раздел 2 и прилагается файл электронной таблицы с формулами.

Урок 13. Формализация задачи двумерного раскроя

Урок 13. Формализация задачи двумерного раскроя

📅 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00–00:08 Постановка задачи и допущения модели.
  2. 00:08–00:20 Ведомость деталей и расчёт нижней оценки.
  3. 00:20–00:35 Практика расчёта и проверка геометрических ограничений.
  4. 00:35–00:40 Сверка результатов и разбор домашнего задания.

📚 Основной материал

Исходные данные, цель и ограничения

Для партии настольных подставок требуется вырезать прямоугольные детали из одинаковых листов. Цель — выполнить заказ с минимальным числом листов. Решение должно указывать, где находится каждая деталь и как она повёрнута.

  • Все детали полностью находятся в пределах листа и параллельны его сторонам.
  • Детали не перекрываются. Соприкосновение по границе разрешено.
  • Заказ выполняется точно по количеству. Допускается поворот детали на 90°.

В учебном примере ширина реза и припуск приняты равными нулю. В реальном заказе толщина и вид материала влияют на выбор листа. Для разных материалов или толщин планы строятся отдельно. Направление рисунка может ограничивать поворот.

Нижняя оценка числа листов

Размер листа составляет 12 × 8 см. Требуется изготовить два комплекта. В каждом комплекте есть по одной детали каждого вида.

Ведомость деталей для двух подставок
ДетальРазмер, смВ комплектеВ партииПлощадь партии по виду, см²
A · основание7 × 51270
B · опора5 × 31230
C · накладка4 × 21216

Площадь листа = 12 × 8 = 96 см²
Площадь партии = 70 + 30 + 16 = 116 см²
Нижняя оценка = 116 ÷ 96 с округлением вверх = 2 листа

Один лист заведомо не подойдёт, потому что 116 см² больше 96 см². Чтобы установить точное минимальное число, потребуется построить допустимую карту на двух листах либо доказать, что такой карты не существует.

Ограничения по площади и по размерам

На листе 10 × 10 см требуется разместить два квадрата 6 × 6 см. Их общая площадь равна 72 см². Чтобы квадраты не перекрывались, их проекции хотя бы на одну из осей должны располагаться рядом без наложения. В обоих направлениях для этого требуется 6 + 6 = 12 см, а сторона листа равна 10 см. Поэтому при размещении параллельно краям листа понадобится два листа.

Лабораторная работа

  1. Для заказа деталей подставки требуется составить ведомость и проверить, что каждая деталь по отдельности помещается на листе.
  2. Требуется пересчитать нижнюю оценку для трёх комплектов при тех же размерах и записать, что именно доказывает результат.
  3. Для листа 10 × 10 см и двух квадратов 6 × 6 см требуется построить эскиз и пояснить, почему оценка по площади равна одному листу, а фактически требуются два.
Проверка классной работы

Три комплекта занимают 3 × (35 + 15 + 8) = 174 см². Нижняя оценка даёт два листа и исключает раскрой на одном листе. Для двух квадратов 6 × 6 см оценка по площади даёт один лист, но по размерам нужны два.

📝 Домашнее задание

ДЗ № 13 📅 Срок сдачи

Исходные данные для задачи раскроя

В рабочей тетради заполняются пункты 3.1–3.3.

  • 3.1 Эскиз изделия и условия раскроя.
  • 3.2 Ведомость деталей для партии.
  • 3.3 Нижняя оценка числа листов.
Рабочая тетрадь на Яндекс Диске

📤 Формат сдачи

На проверку представляется раздел 3. Его данные используются для карты раскроя на следующем занятии.

Урок 14. Построение и оценка эффективности карты раскроя

Урок 14. Построение и оценка эффективности карты раскроя

📅 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00–00:08 Правило жадного размещения и разбор карты.
  2. 00:08–00:15 Расчёт коэффициента использования материала.
  3. 00:15–00:35 Проверка трёхлистовой схемы и сравнение двух планов.
  4. 00:35–00:40 Обоснование минимума и разбор итоговой сдачи.

📚 Основной материал

Жадное размещение деталей

Карта раскроя — чертёж листа с контурами и обозначениями всех размещённых деталей. Для учебного чертежа достаточно бумаги в клетку и линейки. Если используется масштаб, размеры листа и деталей переводятся в клетки по одному правилу.

Один из способов начать поиск — упорядочить детали по убыванию площади. Для очередной детали сначала проверяются свободные области уже открытых листов и разрешённые повороты. Если подходящего места нет, добавляется новый лист. Выбор свободной области может повлиять на результат, поэтому минимум проверяется отдельно.

Проверка карты раскроя

На каждом листе 12 × 8 см размещается по одной детали A, B и C. Начало координат находится в левом нижнем углу. Координаты ниже задают левый нижний угол каждой детали.

Размещение на каждом из двух листов
ДетальКоординаты (x, y), смШирина × высота, см
A(0, 0)7 × 5
B(7, 0)5 × 3
C(0, 5)4 × 2
Карта раскроя одного листа размером 12 на 8 сантиметров Деталь A занимает левую нижнюю область, деталь B расположена справа от неё, деталь C находится над A. Второй лист раскраивается по той же схеме. A · 7 × 5B · 5 × 3C · 4 × 2 12 см8 см (0, 0)
Лист 1 и лист 2 имеют одинаковую карту. Светлые области обозначают свободную площадь листа.

Правые края деталей имеют координаты 7, 12 и 4 см, верхние — 5, 3 и 7 см. Все координаты находятся в пределах листа. A и B соприкасаются по вертикали при x = 7, A и C — по горизонтали при y = 5. B и C разделены по горизонтали. На двух листах размещается весь заказ. Нижняя оценка также равна двум, поэтому найденное число листов минимально.

Коэффициент использования материала

КИМ = площадь деталей ÷ площадь использованных листов × 100%

На каждом листе размещено 58 см² деталей. КИМ одного листа равен 58 ÷ 96 × 100% ≈ 60,4%. Для всей партии получается 116 ÷ 192 × 100% ≈ 60,4%.

Возможен и раскрой на трёх листах. На первых двух размещается по одной детали A, на третьем две детали B ставятся рядом, а две детали C располагаются рядом над ними. Такой план выполняет заказ, но КИМ всей партии снижается до 116 ÷ 288 × 100% ≈ 40,3%. При листах разной площади общий КИМ рассчитывается через отношение суммарных площадей.

Для одного и того же заказа на одинаковых листах меньшему числу листов соответствует больший КИМ. Свободная площадь может включать остатки, пригодные для следующего заказа.

Лабораторная работа

Для партии из двух подставок требуется проверить план на трёх листах. На первом листе размещаются обе детали A, на втором — обе B, на третьем — обе C. Допускается поворот на 90°.

  1. Требуется схематически изобразить три листа и проверить, что детали не выходят за границы и не перекрываются. Отдельно определяется, как разместить две детали A.
  2. Рассчитывается КИМ каждого листа и всей партии. Результаты сравниваются с картой на двух листах.
  3. Требуется объяснить, как нижняя оценка по площади доказывает минимальность раскроя на двух листах.
Проверка классной работы

После поворота две детали A занимают прямоугольник 10 × 7 см. Пара деталей B занимает 10 × 3 см, пара C — 8 × 2 см. КИМ трёх листов составляет 72,9%, 31,3% и 16,7%, КИМ партии — 40,3%. Для двухлистовой карты нижняя оценка и фактическое число листов совпадают.

Дополнительно · проверка плана из старой лабораторной

На лист 2800 × 2070 мм предлагается поместить три детали 750 × 1200 мм, три детали 2000 × 500 мм и восемь деталей 600 × 60 мм. Требуется установить, можно ли отклонить этот план ещё до чертежа.

Проверка. Площадь деталей равна 5 988 000 мм², площадь листа — 5 796 000 мм². Уже по площади видно, что эти детали на одном листе разместить невозможно.

📝 Домашнее задание

ДЗ № 14 📅 Срок сдачи

Карты раскроя, расчёт КИМ и вывод

В рабочей тетради заполняются пункты 4.1–4.3.

  • 4.1 Карты листов по данным раздела 3.
  • 4.2 КИМ для каждого листа и всей партии.
  • 4.3 Вывод о числе листов и обоснование.
Рабочая тетрадь на Яндекс Диске

📤 Формат сдачи

На проверку представляется рабочая тетрадь с разделами 1–4. Дополнительные карты раскроя прилагаются при необходимости.

Урок 15. Парето-оптимальные решения

Урок 15. Парето-оптимальные решения

📅 08.12.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Концепция Парето-оптимальности
  2. 00:10-00:25: Парето-фронт. Доминируемые и недоминируемые решения
  3. 00:25-00:35: Практическое задание: построение графика Парето
  4. 00:35-00:40: Объяснение домашнего задания

📚 Основной материал

Парето-оптимальность

Парето-оптимальное решение — это решение, при котором нельзя улучшить один критерий, не ухудшив хотя бы один другой критерий.

Парето-фронт — множество всех Парето-оптимальных решений. На графике это линия, показывающая компромисс между критериями.

Доминируемое решение — решение, которое хуже другого по всем критериям (или не лучше ни по одному и хуже хотя бы по одному). Такие решения исключаются.

Пример: Выбор ноутбука.

  • Ноутбук А: дорогой, мощный.
  • Ноутбук Б: дешёвый, слабый.
  • Ноутбук В: средняя цена, средняя мощность.

Все три могут быть Парето-оптимальны в зависимости от предпочтений (кому-то важнее цена, кому-то — мощность).

Практическое задание

Задача: Постройте график Парето для выбора модели шасси.

  • 3 модели шасси.
  • Критерии: прочность (чем выше, тем лучше) и вес (чем ниже, тем лучше).
  • Нанесите точки на график и определите Парето-оптимальные модели.
Пример данных:
Модель 1: прочность 8, вес 10 кг.
Модель 2: прочность 6, вес 6 кг.
Модель 3: прочность 9, вес 12 кг.
Анализ: Модель 1 лучше по прочности, Модель 2 лучше по весу. Модель 3 хуже по обоим критериям (доминируется Моделью 1). Парето-фронт: Модель 1 и Модель 2.

📝 Домашнее задание

ДЗ #15 📅 Срок сдачи: 15.12.2026 🏆 Макс. балл: 3 балла

График Парето для выбора модели шасси

Цель: научиться определять Парето-оптимальные решения.

Что нужно сделать:

  1. Предложите 3 модели шасси с параметрами: прочность (1-10) и вес (кг).
  2. Постройте график (ось X — прочность, ось Y — вес).
  3. Определите, какие модели Парето-оптимальны.

📤 Формат сдачи:

График и анализ в тетради или электронном документе.

📌 Источники для работы:

  • Учебник: Раздел 5, п.12 «Парето-оптимальные решения»
  • Лекции: Конспект лекций, стр. 185–186

🔍 Дополнительно

❓ Частые вопросы

Что такое Парето-фронт?

Это множество всех Парето-оптимальных решений. На графике это линия, показывающая компромисс между критериями.

Всегда ли Парето-оптимальное решение — лучшее?

Не всегда. Парето-оптимальность не даёт единственного решения — она показывает лучшие варианты с точки зрения компромисса. Выбор зависит от предпочтений лица, принимающего решение.

📖 Ссылки на материалы

  • Учебник: Раздел 5, п.12 «Парето-оптимальные решения»
  • Лекции: Конспект лекций, стр. 185–186
Урок 16. Принятие решений в многокритериальной задаче

Урок 16. Принятие решений в многокритериальной задаче

📅 15.12.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Многокритериальные задачи. Способы свертки критериев
  2. 00:10-00:25: Аддитивная свертка (взвешенная сумма). Выбор весовых коэффициентов
  3. 00:25-00:35: Практическое задание: расчёт по взвешенной сумме
  4. 00:35-00:40: Объяснение домашнего задания

📚 Основной материал

Многокритериальные задачи

Многокритериальная задача — задача, в которой есть несколько целевых функций (критериев), часто противоречащих друг другу.

Способы свертки критериев:

  • Метод главного критерия: один критерий считается главным, остальные — ограничениями.
  • Аддитивная свертка (взвешенная сумма): все критерии преобразуются в один общий показатель по формуле:

R = α₁·K₁ + α₂·K₂ + ... + αₙ·Kₙ

где αᵢ — весовые коэффициенты (∑αᵢ = 1), показывающие важность критериев, Kᵢ — оценки по критериям.

Выбор весов: определяется лицом, принимающим решение, на основе важности критериев. Например, для покупки ноутбука вес «цены» может быть 0.6, а «производительности» — 0.4.

Практическое задание

Задача: Выберите лучшее решение по трём альтернативам и трём критериям, используя аддитивную свертку.

  • Альтернативы: А, Б, В.
  • Критерии: цена (чем меньше, тем лучше), качество (1-10), срок доставки (дни).
  • Веса: цена — 0.5, качество — 0.3, срок — 0.2.
Пример расчёта:
Альт.Цена (руб)КачествоСрок (дни)R
А5000830.5·5000 + 0.3·8 + 0.2·3 = ...
Б600091...
В450065...

Важно: Критерии должны быть приведены к одному масштабу (нормированы) или использовать формулы, учитывающие направление (чем меньше, тем лучше).

📝 Домашнее задание

ДЗ #16 📅 Срок сдачи: 22.12.2026 🏆 Макс. балл: 4 балла

Многокритериальная задача выбора

Цель: научиться применять аддитивную свертку для выбора решения.

Что нужно сделать:

  1. Выберите 3 альтернативы (например, модели телефонов, курсы, способы добраться до школы).
  2. Определите 3 критерия (один — чем меньше, тем лучше; один — чем больше, тем лучше; один — на ваше усмотрение).
  3. Назначьте весовые коэффициенты (сумма = 1).
  4. Рассчитайте общий показатель R для каждой альтернативы по формуле взвешенной суммы.
  5. Выберите лучшую альтернативу.

📤 Формат сдачи:

Расчёты и выводы в тетради или электронном документе.

📌 Источники для работы:

  • Учебник: Раздел 5, п.13 «Принятие решений в многокритериальной задаче»
  • Лекции: Конспект лекций, стр. 77–79

🔍 Дополнительно

❓ Частые вопросы

Что такое аддитивная свертка?

Это метод, при котором все критерии складываются с весовыми коэффициентами. Чем выше итоговая сумма, тем лучше альтернатива.

Как выбирать весовые коэффициенты?

Они определяются важностью критериев для лица, принимающего решение. Например, если цена важнее всего, её вес будет самым большим.

Что делать, если критерии имеют разные единицы измерения?

Их нужно нормировать (привести к единой шкале, например, 0–1) или использовать безразмерные оценки.

📖 Ссылки на материалы

  • Учебник: Раздел 5, п.13 «Принятие решений в многокритериальной задаче»
  • Лекции: Конспект лекций, стр. 77–79
Урок 17. Повторение и подготовка к экзамену

Урок 17. Повторение и подготовка к экзамену

📅 22.12.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Структура экзамена. Основные разделы курса
  2. 00:10-00:20: Повторение ключевых теоретических вопросов
  3. 00:20-00:30: Разбор типовых задач и критериев оценки
  4. 00:30-00:40: Вопросы-ответы. Рекомендации по подготовке

📚 Повторение курса

Структура экзамена

Экзамен состоит из трёх частей:

  • Часть 1 (теория): 5 теоретических вопросов (краткий письменный ответ) — до 25 баллов.
  • Часть 2 (задачи): 3 практические задачи — до 45 баллов.
  • Часть 3 (свободный вопрос): анализ системной проблемы с применением методов системного анализа — до 30 баллов.

Общий максимум — 100 баллов. Для получения зачёта необходимо набрать не менее 60 баллов.

Основные разделы курса для повторения

📖 Раздел 1: Терминология

  • Система, элемент, подсистема, надсистема
  • Связь, структура, внешняя среда
  • Цель и целеполагание. Дерево целей
  • Модель и моделирование

📖 Раздел 2: Классификация и закономерности

  • Основания классификации систем
  • Естественные и искусственные системы
  • Гомогенные и гетерогенные системы
  • Эмерджентность, иерархичность, интегративность, коммуникативность

📖 Раздел 3: Методика системного анализа

  • Этапы системного анализа
  • Виды моделей (материальные, информационные, математические, имитационные)
  • Декомпозиция и синтез

📖 Раздел 4: Количественные методы

  • Альтернативы и критерии. Матрица решений
  • Парето-оптимальность. Парето-фронт
  • Многокритериальные задачи. Аддитивная свертка
  • Исследование операций. Транспортная задача

Типовые задачи для подготовки

Задача 1 (Классификация систем):

Даны системы: «Компьютерная сеть», «Океан», «Школьный класс», «Государство».

Классифицируйте каждую из них по следующим основаниям: происхождение, взаимодействие со средой, сложность, однородность элементов.

Подсказка: Для каждой системы определите: искусственная/естественная, открытая/закрытая, простая/сложная, гомогенная/гетерогенная.

Задача 2 (Эмерджентность и иерархия):

Для системы «Городской транспорт»:

  • Приведите 2 примера эмерджентных свойств.
  • Постройте иерархию: элемент → подсистема → система → надсистема (не менее 3 уровней).
Подсказка: Эмерджентные свойства — то, что может делать система, но не могут отдельные её части. Иерархия: например, автобус → маршрут → транспортная сеть → городская инфраструктура.

Задача 3 (Матрица решений и Парето):

Вы выбираете курсы иностранных языков. Даны 3 курса и 3 критерия: стоимость (руб/мес), рейтинг (1-10), расстояние от дома (км).

КурсСтоимостьРейтингРасстояние
А400081
Б600093
В350075

1. Определите доминируемые альтернативы.
2. Какие курсы находятся на Парето-фронте?

Подсказка: Для стоимости и расстояния лучше меньше, для рейтинга — больше. Доминируемая альтернатива — та, которая хуже другой по всем критериям.

Задача 4 (Многокритериальный выбор):

Используя данные из задачи 3, выберите лучший курс методом аддитивной свертки. Веса: стоимость — 0.5, рейтинг — 0.3, расстояние — 0.2.

Примечание: стоимость и расстояние нормируйте (чем меньше, тем лучше).

Подсказка: Для критериев «чем меньше, тем лучше» используйте формулу: Kнорм = (max - значение) / (max - min). Для «чем больше, тем лучше»: Kнорм = (значение - min) / (max - min).

Задача 5 (Этапы системного анализа):

Опишите применение этапов системного анализа к проблеме «Снижение интереса учеников к чтению».

Укажите: постановка задачи, декомпозиция, альтернативы, критерии.

Подсказка: Вспомните 7 этапов: постановка задачи → декомпозиция → формулировка альтернатив → выбор критериев → оценка → принятие решения → реализация.

📝 Домашнее задание

ДЗ #17 📅 Срок сдачи: 29.12.2026 🏆 Макс. балл: 10 баллов

Подготовка к экзамену

Цель: систематизировать знания и потренироваться в решении задач.

Что нужно сделать:

  1. Составить краткие ответы (по 3-5 предложений) на 5 теоретических вопросов из списка ниже (на ваш выбор).
  2. Решить 2 любые задачи из раздела «Типовые задачи» (задачи 1-5).
  3. Заполнить экзаменационную памятку (ключевые формулы, определения).

📌 Теоретические вопросы для подготовки:

  • Что такое система? Приведите примеры и объясните свойства.
  • В чём отличие элемента от подсистемы? Приведите примеры.
  • Что такое эмерджентность? Приведите 3 примера из разных областей.
  • Какие виды связей существуют в системах? Приведите примеры.
  • Что такое Парето-оптимальность? Приведите пример из жизни.
  • В чём отличие хорошо структурированной проблемы от неструктурированной?
  • Каковы основные этапы системного анализа?
  • Чем гомогенные системы отличаются от гетерогенных?
  • Что такое аддитивная свертка критериев и когда она применяется?
  • Какова роль моделей в системном анализе?

📤 Формат сдачи:

Все ответы и решения в тетради или электронном документе. На экзамене можно пользоваться памяткой (1 лист формата А4).

🔍 Дополнительно

📌 Рекомендации по подготовке

  • Повторите определения — они составляют основу экзаменационных вопросов.
  • Потренируйтесь на задачах — решайте задачи из домашних заданий и типовые задачи.
  • Составьте памятку с ключевыми формулами и определениями.
  • Обсудите сложные вопросы с однокурсниками или преподавателем.

📖 Ссылки на материалы

  • Учебник: Разделы 1-5 (полное повторение)
  • Лекции: СА1, СА2, СА3, СА4, конспекты всех уроков
  • Домашние работы: ДЗ #1-#16 для повторения задач
Урок 18. Итоговое повторение и экзаменационные вопросы

Урок 18. Итоговое повторение и экзаменационные вопросы

📅 29.12.2026 ⏱ 40 минут

📋 План занятия

  1. 00:00-00:10: Обзор экзаменационных вопросов и критериев оценки
  2. 00:10-00:20: Коллективное решение сложной задачи (системный анализ)
  3. 00:20-00:30: Блиц-опрос по теории (устно)
  4. 00:30-00:40: Заключительные рекомендации. Ответы на вопросы

📚 Итоговое повторение

Экзаменационные вопросы (полный список)

📖 Теория систем (7 вопросов)

  • 1. Определение системы. Основные свойства системы.
  • 2. Элемент, подсистема, надсистема. Иерархия систем.
  • 3. Связи в системах: виды и примеры.
  • 4. Структура системы и её значение.
  • 5. Внешняя среда и её влияние на систему.
  • 6. Цель как системообразующий фактор.
  • 7. Понятие модели. Виды моделей.

📖 Классификация и закономерности (6 вопросов)

  • 8. Основания классификации систем.
  • 9. Естественные и искусственные системы.
  • 10. Гомогенные и гетерогенные системы.
  • 11. Эмерджентность (системный эффект).
  • 12. Иерархичность систем.
  • 13. Интегративность и коммуникативность систем.

📖 Методика системного анализа (5 вопросов)

  • 14. Основные этапы системного анализа.
  • 15. Декомпозиция и синтез в системном анализе.
  • 16. Понятие проблемы в системном анализе.
  • 17. Классификация проблем по степени структурированности.
  • 18. Роль моделей в системном анализе.

📖 Количественные методы (7 вопросов)

  • 19. Альтернативы и критерии в принятии решений.
  • 20. Матрица решений. Доминирование.
  • 21. Парето-оптимальность. Парето-фронт.
  • 22. Многокритериальные задачи. Аддитивная свертка.
  • 23. Исследование операций. Транспортная задача.
  • 24. Проблема неопределённости в принятии решений.
  • 25. Выбор весовых коэффициентов в многокритериальных задачах.

Коллективная задача: Системный анализ городской парковки

Задача: Примените этапы системного анализа к проблеме «Нехватка парковочных мест в центре города».

  • Шаг 1. Постановка задачи: сформулируйте цель (например, «Увеличить количество доступных парковочных мест в центре города на 20% в течение года»).
  • Шаг 2. Декомпозиция: выделите подсистемы (дорожная инфраструктура, транспортный поток, парковочная политика, технические средства).
  • Шаг 3. Альтернативы: предложите 3 варианта решения (например: 1) строительство многоуровневых парковок, 2) введение платного въезда, 3) развитие парковочных приложений).
  • Шаг 4. Критерии: выберите 3 критерия для сравнения (например: стоимость, время реализации, эффективность).
  • Шаг 5. Оценка: предложите, как вы будете измерять каждый критерий.
  • Шаг 6. Решение: какой вариант вы выберете и почему?
Пример начала решения:
Цель: обеспечить достаточное количество парковочных мест в центре города для всех желающих.
Подсистемы: парковочная инфраструктура, транспортный поток, городская политика, информационные системы.
Альтернатива 1: строительство 3 многоуровневых парковок — стоимость: 500 млн руб., срок: 2 года.
Альтернатива 2: введение системы «парковка по часам» с прогрессивной шкалой — стоимость: 10 млн руб., срок: 6 месяцев.
Альтернатива 3: создание мобильного приложения с бронированием мест — стоимость: 5 млн руб., срок: 4 месяца.

Блиц-опрос (устно)

Преподаватель задаёт вопросы по ключевым понятиям. Ответы даются устно, без подготовки.

  • Вопрос 1: Что такое системный эффект (эмерджентность)? Приведите пример.
  • Вопрос 2: Чем отличается хорошо структурированная проблема от неструктурированной?
  • Вопрос 3: Что такое Парето-фронт и зачем он нужен?
  • Вопрос 4: Какие этапы системного анализа вы знаете?
  • Вопрос 5: В чём отличие гомогенной системы от гетерогенной?
  • Вопрос 6: Какие виды моделей существуют в системном анализе?
  • Вопрос 7: Как работает аддитивная свертка критериев?

📝 Домашнее задание

ДЗ #18 📅 Срок сдачи: на экзамене 🏆 Макс. балл: 5 баллов

Финальная подготовка к экзамену

Что нужно сделать:

  1. Подготовить экзаменационную памятку (1 лист А4) с ключевыми определениями и формулами.
  2. Устно проговорить ответы на все 25 вопросов из списка (можно с друзьями или самостоятельно).
  3. Решить 2 задачи из любого раздела (по выбору) и записать решения в тетрадь.

📤 На экзамене:

Памятка может быть использована во время выполнения заданий. Тетради с решениями проверяются как часть подготовки.

🔍 Полезные материалы для подготовки

📌 Ключевые формулы

  • Аддитивная свертка: R = Σ αᵢ·Kᵢ, Σαᵢ = 1
  • Нормировка «чем больше, тем лучше»: (x - min)/(max - min)
  • Нормировка «чем меньше, тем лучше»: (max - x)/(max - min)
  • Парето-оптимальность: нельзя улучшить один критерий без ухудшения другого

📖 Что повторить в первую очередь

  • Основные определения (система, элемент, подсистема, цель, модель)
  • Классификация систем (все основания)
  • Закономерности (эмерджентность, иерархичность и др.)
  • Этапы системного анализа (последовательность)
  • Методы сравнения (матрица, Парето, свертка)
Made on
Tilda