Тема урока: Типы связей и системы управления

Цели урока: 1. Образовательная. Ознакомление с естественными и искусственными системами, а также системами управления.

2. Развивающая. Развитие стремления познания окружающего мира и интереса к технике, а также развитие настойчивости и трудолюбия.

3. Воспитательная. Воспитание культуры речи и ответственного отношения к труду.

Тип урока: Объяснительно-иллюстративный

План урока: 1. Организационный момент (1 мин)

2. Самостоятельная по предыдущей теме (10 мин)

3. Объяснение материала (17 мин)

4. Практическое задание (15 мин)

3. Домашнее задание (1 мин)

4. Итог урока (1 мин)

Ход урока:

1. Организационная часть (1 мин)

- приветствие,

- сообщение темы, даты, плана урока, цели урока.

2. Самостоятельная по предыдущей теме (10 мин)

Самостоятельная работа

1.        Системология - …

a.        наука о системах

b.        наука о структуре системы

c.        наука о взаимодействии системы с окружающим миром

2.        Основным понятием системологии является:

a.        структура

b.        система

c.        структура управления

3.        Может ли различные системы обладать одинаковой структурой либо одинаковым составом?

a.        да

b.        нет

4.        Будут ли являться общественной системой?

a.        один человек

b.        двое рабочих с различных предприятий

c.        бригада человек

d.        дядя и его племянник

5.        Как называется явление появления нового качества у системы, если элементы ее системы не обладали этим качеством?

a.        системной ошибкой

b.        системным эффектом

c.        системный плюс

6.        Подсистема – это …

a.        то, что входит в состав системы

b.        система, входящая в состав более крупной системы

c.        элемент, входящий в состав системы

7.        Перечислите надсистемы для следующих систем:

a.        переместительный закон умножения

b.        правила перехода улицы

c.        квартира

d.        сердце

e.        Тихий океан

3. Объяснение материала (17 мин)

ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ

Если хорошо подумать, то можно вспомнить не только научные системы, но и множество систем, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни: система городского транспорта, система телефонной связи, система торговли, система образования, система здравоохранения, система водоснабжения, система обороны страны, банковская система, государственная энергетическая система и многое, многое другое. Само человеческое общество – это тоже система взаимосвязанных личностей, которые образуют разнообразные подсистемы: семьи, трудовые коллективы, партии, нации, расы и пр.

Естественные системы (или природные) – созданы природой; искусственные – созданы человеком.

Естественные – это космические системы: галактики, системы звезд и планет, такие как  наша Солнечная система; лес, который представляет собой взаимосвязанных средой животных, насекомых, птиц и растений; молекулы – как системы из взаимосвязанных элементарных частиц и т.д. Искусственные системы – это города, заводы, системы образования, здравоохранения, в общем, все, что создано человеком.

ИСКУССТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ

Во-первых, это материальные системы, созданные человеком: вся техника (автомобили, самолеты, станки, компьютеры и т.д.), строительные сооружения (дома, мосты, города, плотины, каналы); искусственные материалы (сплавы, пластмассы). Связи в таких системах, как и в естественных, имеют материальный характер. Мы уже говорили о строительных сооружениях, машинах. Представим еще себе, например, систему телефонной связи: телефонные аппараты, провода, коммутаторы; или энергосистема: станции, трансформаторы, линии электропередач, электроприборы; все это присоединено одно к другому и согласованно работает.

Другой вид систем – это общественные системы, то есть различные объединения людей. Между элементами общественных систем существуют отношения (например, общее помещение, экономическая зависимость, родственно-генетические связи), однако для общественных систем очень важны информационные связи. Ни один коллектив, от семьи до государства, не может существовать без информационного обмена. Для общественных систем очень большое значение имеют информационные связи.

Любая искусственная система создается с определенной целью. Назначение автомобиля – быстро, удобно и безопасно перевозить людей и грузы; назначение телефонной системы – поддерживать надежную связь; назначение системы здравоохранения – лечить людей от болезней, предупреждать заболевания и т.д. Состав и назначение системы должен быть таким, чтобы наилучшим образом обеспечивать ее назначение, цель, для которой она создавалась.

Человек все время развивает, улучшает все, что он создает. Новые модели автомобилей быстрее, безопаснее и комфортнее, чем старые; совершенствуются средства связи (появились оптические каналы связи, космическая связь, компьютерная связь); в системе здравоохранения развиваются не только технические средства, но и ее организационная структура; совершенствуются структуры управления предприятиями, государством.

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Под управлением понимается планомерное воздействие на некоторый объект с целью достижения определенного результата.  С точки зрения кибернетики процесс управления рассматривается как функционирование системы управления. Эта система состоит из двух подсистем: объект управления и управляющая система.

Управляющей системой может быть человек (шофер, дирижер оркестра, учитель, директор), коллектив (правительство, парламент), а может быть и техническое устройство (автоматический регулятор, компьютер). Объектом управления может быть техническое устройство (автомобиль), один человек (ученик, солдат) или коллектив (оркестр, работники предприятия). Взаимодействие, существующее между двумя этими подсистемами в процессе управления, кибернетика рассматривает как информационную связь. По лини прямой связи передаются команды управления от управляющей системы к объекту управления. По линии обратной связи – информация о состоянии объекта управления, о его реакции на управляющее воздействие.

Все компоненты управляющей системы имеются в организме животного и человека. Мозг – управляющая система, органы дыхания – объекты управления, нервная система – каналы информационной связи. Таким образом, любые живые существа (человек, животное) является самоуправляемыми системами. Примером искусственной самоуправляемой системы является компьютер. В нем в единой системе присутствуют как органы управления (процессор, память), так и управляемые компоненты (внешние устройства).

СРЕДА. ВХОД И ВЫХОД СИСТЕМЫ. «ЧЕРНЫЙ ЯЩИК»

Всякая система представляет собой некоторый объект, который можно выделить из окружающей среды.

Для всякой системы можно перечислить множество входов и выходов, совсем не обязательно, связанных с ее прямым значением. Например, система «ручные механические часы». Ее входы – это верньер для завода часов и для перевода стрелок; но в то же время и пыль, грязь, вода, тряска, удары. Выходы – циферблат со стрелками, тиканье, вес, способ крепления на руке, способ изображения цифр на циферблате, точность хода и т.д. Для большинства реальных систем список входов/выходов бесконечен.

Мы часто не знаем, как данный объект устроен «внутри». Нам важно лишь знать к каким результатам на выходе приведут определенные воздействия на входе в систему. В таких случая говорят, что система рассматривается как «черный ящик».

Представить некоторую систему в виде черного ящика, это значит указать ее «входы» и «выходы», а также зависимость между ними. Такое описание позволяет целенаправленно использовать данную систему. Например, всякие инструкции для пользователей сложной бытовой техники являются описаниями черного ящика. В них объясняется, что нужно делать на входе (включить, нажать, повернуть и т.д.), чтобы достичь определенного результата на выходе (постирать белье, получить фруктовый сок, выполнить вычисления и т.д.). Однако, что при это происходит «внутри» не объясняется.

Для описания функционирования системы на формальном языке (математики, информатики) входы и выходы должны характеризоваться какими-то величинами. Чаще всего – это числовые величины, но могут быть и символьные. Величины, характеризующие входы и выходы системы, называются параметрами. Например, в использованном выше примере с автоматом по продаже газет, в качестве исходного параметра можно определить номинал монеты (например, 2 рубля). Но если учесть, что автомат сработает и при опускании в него любой металлической пластинки той же формы, размера и веса, что и двухрублевая монета, то в качестве входных параметров следует принять три числа: диаметр, толщину и вес пластинки.

Вопросы для усвоения нового материала:

1.                Какие системы называются естественными системами, искусственными? Приведите примеры.

2.                Приведите примеры материальных и информационных связей в естественных системах.

3.                Что такое общественные системы?

4.                Приведите примеры материальных и информационных связей в общественных системах.

5.                Исследуйте школу как систему:

a.        Какого типа эта система: естественная или искусственная?

b.        Выделите входящие в нее подсистемы;

c.        Выделите материальные и информационные связи;

6.                Что такое система управления? Из каких элементов она состоит? Какие типы связей действуют в это системе?

7.                Что такое самоуправляемая система? Приведите примеры.

8.                Рассмотрим езду на автомобиле как систему управления. Выделите все кибернетические компоненты в этой системе.

9.                Может ли существовать система управления без линии обратной связи? К каким последствиям это приведет? (на примере автомобиля)

10.             Что такое входы и выходы системы?

11.             Что такое черный ящик?

4. Задание на закрепление (5 мин)

Рассматривая каждый объект как систему, выберите из списка подходящие входы и выходы.

1) газовая плита,

2) электроплита,

3) водопровод,

4) утюг,

5) холодильник,

6) механические часы,

7) телевизор,

8) магнитофон,

9) лазерный проигрыватель,

10) граммофон.

2. В результате изучения работы «черного ящика» получен список соответствующих параметров на входе и на выходе. Определите, что делает система и по какому принципу значения входных параметров связаны со значениями выходных.

Пример. Система удваивает значение параметров при выходе.

Схема 2.   Параметры черного ящика

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

5. Домашнее задание (1 мин)

Домашнее задание: выучить теоретический материал в параграфе 3.3.

6.  Итоги урока (1 мин)

Выставление оценок за работу на уроке.