«Большая система» – это термин, определяющий системы такого уровня сложности, которая требует особенного подхода к их теории и методам проектирования. Сложность системы определяется количеством и характером ее частей, связей между ними и с внешней средой. Факторами, усложняющими систему, являются, в частности, наличие в ее составе человека (биотехнические системы) и сильных связей с внешней средой. (Системы, у которых обмен с внешней средой (информацией, энергией, материалами) не просто необходимо учитывать при их рассмотрении, а является определяющим в их функционировании, называются открытыми системами.) На сложность системы влияет также степень изменяемости и знания ее структуры и параметров. Сложные системы, как правило, имеют иерархическую структуру и ее части сами представляют собой системы (подсистемы).    Наиболее    сложные    системы    –    это    отраслевые, многоотраслевые, государственные и, наконец, глобальные системы – транспортные (авиационные, железнодорожные, водные), энергетические, информационные (системы связи, компьютерные сети).

Большие системы – это настолько сложные системы, что их описание нельзя свести к формальной математической модели, а оно включает принципиальные, т.е. не от недостатка знания, неопределенности и неоднозначности, которые допускают только лингвистическое представление.

Теория больших систем и методы их проектирования, рассматриваются в общей теории систем, системотехнике и системном анализе [5, 18]. В их основе – теория информации, исследование операций, кибернетика и различные чисто эвристические приемы.

Особенность проектирования больших систем сводится к следующим положениям:

1. Системный подход. Применительно к более простым системам типа мехатронных он был рассмотрен в параграфе 2.3. В данном случае системный подход также означает рассмотрение технической системы как единого целого, состоящего из взаимосвязанных частей, и с учетом взаимодействия с внешней средой. При этом свойства системы не сводятся к сумме свойств ее частей, а их совокупность создает качественно новые свойства (эмергентность систем), определение которых и требует системного подхода.

Системный подход означает необходимость использования общесистемных показателей качества, охватывающих все аспекты системы – функциональный (распределение функций системы между ее частями), организационный (структура системы, ее части) и компонентный (анализ частей). По этим показателям качества формируются критерии качества, используемые в процессе проектирования системы и при оценке ее уровня.

Наряду с системным подходом при рассмотрении отдельных сторон функционирования больших систем используется, когда это возможно, и принцип декомпозиции. При этом цели и соответствующие функции системы распределяются между ее частями (подсистемами), которые затем синтезируются автономно. После этого уже в порядке анализа исследуются их взаимовлияния и корректируются ранее независимо найденные решения. В целом такая декомпозиция возможна в пространстве «по горизонтали» (на подсистемы и далее) и «по вертикали» (по иерархическим уровням) и во времени (временное и частотное разделение процессов).

Использование принципа декомпозиции, конечно, упрощает проектирование («разделяй и властвуй»). Однако, как было отмечено, он неизбежно приводит к снижению качества создаваемой системы и поэтому может использоваться только, когда это снижение будет допустимым в рамках требований ТЗ или когда системный подход встречает непреодолимые трудности.

Правда, иногда при создании технических систем специально требуется обеспечить автономность отдельных ее подсистем по условиям эксплуатации. В этом случае такая автономность достигается специальными мерами путем введением взаимных компенсирующих воздействий и применение принципа декомпозиции становится оптимальным подходом к проектированию системы.

Рассмотрим особенности проектирования совокупностей технических систем, объединенных близостью принципа действия и назначения. Естественным технико-экономическим подходом к их проектированию является унификация основных компонентов и проектирование на основе системного     анализа.     Примеры     таких     задач:     размерные    ряды

металлорежущих станков и другого технологического оборудования, семейства автомобилей, самолетов, вычислительных машин.

В машиностроении и приборостроении при проектировании таких множеств технических систем применяются следующие три принципа их построения:

-         принцип базового изделия,

-         принцип агрегатного построения,

-         принцип модульного построения. Принцип  базового   изделия   заключается  в  создании  семейства

(гаммы) определенного типа изделий в виде типоразмерного ряда, основанного на определенной апробированной компоновке. Пример такого семейства – известные промышленные роботы типа ИРб фирмы АСЕА (Швеция), отличающиеся назначением и грузоподъемностью, но имеющие одинаковую оригинальную кинематическую схему манипулятора. Вначале был создан один такой робот на среднюю грузоподъемность, а затем после того как он завоевал популярность, были разработаны его близнецы на меньшую и большую грузоподъемности. Другие примеры: семейство самолетов Антонова, семейства подъемных кранов и автомашин.

Принцип агрегатного построения заключается в создании изделий различной компоновки и назначения из набора унифицированных сборочных единиц определенного функционального назначения – агрегатов. Этот принцип был разработан в нашей стране первоначально в машиностроении в 40-е годы, когда остро стояла проблема форсированного развития отечественного станкостроения. Решением стала унификация и серийный выпуск основных узлов станков, с тем чтобы иметь возможность компоновать из них различные станки – токарные, фрезерные, сверлильные, расточные и др.