Имя материала: Исследование систем управления

Автор: А. С. Малин

2.5 виды анализа и синтеза систем управления

 

структурный анализ и синтез систем управления

функциональный анализ и синтез систем управления

информационный анализ и синтез систем управления

параметрический анализ и синтез систем управления

 

Структурный анализ и синтез систем управления

 

Структурный анализ систем управления

 

Прежде чем раскрыть сущность структурного анализа, необходимо еще раз вернуться к понятию "структура".

Структура - это внутренняя организация системы, которая способствует связи составляющих систему элементов. Она определяет существование системы как целого и ее качественные особенности. Структура определят упорядоченность элементов системы. Таким образом, структура — это относительно устойчивый, упорядоченный способ связи элементов, придающий их взаимодействию в рамках внутренне расчлененного объекта целостный характер.

Сущностью структурного анализа является определение статических характеристик системы по ее структуре.

Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения в ней подсистем и элементов различного уровня и связей между ними.

Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур системы управления, которые формируются в процессе ее декомпозиции.

В качестве показателей исследуемых структур целесообразно использовать:

множество выделенных элементов, отношений и связей;

характеристики элементов и связей;

обобщенные показатели структур, характеризующие их влияние на эффективность системы управления (число уровней управления, структурная устойчивость, экономические затраты на поддержание требуемых структурных характеристик и др.).

При выборе и оценке показателей структуры применяются различные методы описания и моделирования, которые зависят от вида структуры, степени неопределенности исходных данных и требований, предъявляемых к точности и достоверности результатов анализа. Процедура определения показателей структуры включает следующие этапы:

определение исходных данных для оценки структуры;

вычисление значений характеристик элементов структуры и связей между ними;

вычисление значений характеристик (показателей эффективности) структуры.

Исходные данные включают:

модель исследуемой структуры, задаваемую в графической, матричной или аналитической форме;

перечень определяемых обобщенных показателей эффективности (характеристик) структуры ql, l = 1, 2, ..., L;

перечень определенных показателей (характеристик) элементов hi, i, j = 1, 2, ..., п;

значения характеристик (х) воздействий окружающей среды, условий функционирования системы управления, частных технических, экономических, эксплуатационных, организационно-штатных и других характеристик элементов и связей, указанных в соответствующей документации или определяемых в ходе измерений и наблюдений.

На основании исходных данных вычисляются значения показателей элементов и связей:

 

                                           hi=fi (x); hij (x) ,i, j= 1, 2, ..., п.                                                               (2.1)

 

Затем определяются значения показателей эффективности:

 

                            ql= Fl (h1, h2 .... hn; h12, h13, .... h n,n-1).                                                        (2.2)

 

Оценка эффективности анализируемых структур производится, как вило, на основе установленного критерия пригодности, который для минимизируемых показателей эффективности будет иметь вид

 

                                       ql < qol, l= 1,2, ..., L,                                   (2.3)

 

где qol — требуемое значение l-го показателя.

Исследование моделей и оценка структуры проводятся на основании конкретных числовых значений ql

На основании оценки структуры производится выбор варианта структуры или же предложения по ее совершенствованию.

 

Структурный синтез систем управления

 

Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что, в отличие от технических систем, при исследовании организационных (общественных) систем вместо понятия "синтез" используются такие, в принципе идентичные понятия, как "создание", "проектирование", "совершенствование", "реорганизация" и "организация" системы. При этом под организацией системы понимается совокупность процессов, действий, ведущих к образованию и совершенствованию взаимодействия между частями целого, т.е. процесс создания системы — синтез системы.

Сущностью структурного синтеза является разработка (создание, проектирование, совершенствование, реорганизация и организация) системы, которая должна обладать желаемыми свойствами.

Структурный синтез проводится с целью обоснования множества элементов структуры, отношений и связей между ними, характеристик элементов и связей, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия заданным требованиям.

Объектами исследования структурного синтеза являются различные варианты разрабатываемых (совершенствуемых) структур системы управления.

К основным обобщенным показателям исследуемых структур относятся:-

число управляемых объектов;

время и достоверность доведения информации до управляемых объектов;

вероятность реализации полного цикла управления с использованием синтезируемой структуры;

жизнеспособность структуры;

суммарная стоимость структуры и др.

В процессе структурного синтеза определяются множество элементов структуры, отношения и связи между ними, характеристики элементов и связей, обеспечивающие оптимальные или рациональные значения обобщенных показателей (2.2), в соответствии с выбранными критериями эффективности:

 

                                                             ql  G,                                                  (2.4)

 

где G -  множество требуемых значений показателей эффективности ql

Общая модель структурного синтеза включает определение показателей структуры (2.1)  = f (hi, hij), m Ì М, обеспечивающих требуемые значения показателя эффективности ql (2.1), при заданных условиях выбора v  N, т.е. определение  М, при которых

 

                                             ql ()  G, v N,                                                       (2.5)

 

где          М — допустимые (предельно возможные) значения определяемых показателей структуры;

N — заданные значения условий выбора;

G -  множество требуемых значений показателей эффективности ql

Критерий эффективности (2.5) выбирается с учетом требований, предъявляемых к системе управления. На выбор критерия влияют требования, предъявляемые к точности определения показателей m, степень определенности исходных данных, наличие методического аппарата.

Условия выбора v характеризуют все необходимые исходные данные, которые имеет исследователь к моменту решения задачи синтеза. Исходные данные определяются на основе опыта создания и применения аналогичных структур в ходе анализа исследуемой системы управления, уточняются и дополняются в процессе внедрения синтезируемой структуры. Условия выбора ограничивают число возможных вариантов синтезируемых структур и учитываются при окончательном выборе варианта создаваемой структуры системы управления.

 

Функциональный анализ и синтез систем управления

 

Вопрос о взаимоотношении структуры и функции — один из древнейших. Аристотель задавал вопрос: "ради чего существует орган?" (имея в виду биологическую систему), и отвечал: "ради выполнения определенной цели", т.е. функции.

Рассматривая структуру и функцию, первичным считают изменение функции. Однако правильнее рассматривать их изменения в процессе эволюции в диалектической взаимосвязи и взаимообусловленности (изменение среды требует изменения функции, а она, в свою очередь, влияет на вменение структуры).

 

Функциональный анализ систем управления

 

Функциональный анализ осуществляется одновременно с исследованием структуры системы управления.

Сущностью функционального анализа является определение динамических характеристик системы на основании принятых алгоритмов ее функционирования.

Функциональный анализ проводится с целью определения динамических характеристик системы путем исследования процессов изменения ее состояний с течением времени на основе принятых алгоритмов (способов, методов, принципов, концепций) управления. Можно сказать, что функциональный анализ направлен на детальное исследование процессов управления.

Объектами функционального анализа являются реализуемые системой методы и алгоритмы управления, включая общий алгоритм функционирования, содержащий все основные этапы (фазы, функции) управления, и частные методы и алгоритмы, направленные на выполнение отдельных этапов управления.

Функциональный анализ может включать следующие основные этапы:

определение и описание общего процесса управления, реализуемого

исследуемой системой;

декомпозиция общего процесса управления на ряд частных функций (задач, операций), выполняемых элементами системы управления;

определение качественных и количественных характеристик исследуемых процессов и функций управления;

формирование критериев и оценка эффективности функционирования системы управления;

принятие решения о необходимости совершенствования функциональных характеристик системы управления.

Остановимся кратко на содержании указанных этапов (подробнее см. [2.17]).

Определение и описание общего процесса управления, реализуемого исследуемой системой, включает:

формирование или уточнение цели управления;

формирование управляющих воздействий;

реализацию воздействий;

контроль за результатами реализации воздействий.

Основная цель системы управления рассматривается как желаемое (требуемое) множество состояний объекта управления и элементов окружающей среды, на которые активно воздействует объект управления в желаемые моменты времени.

Существуют следующие виды целей: цель-состояние, цель-движение и цель-направление.

Если перед системой управления не поставлена или не сформулирована цель, функциональный анализ не имеет смысла.

формирование управляющих воздействий осуществляется на основании установленной цели и включает следующие составляющие:

получение информации об объекте управления и окружающей среде;

накопление, обработку и анализ информации;

определение возможных вариантов воздействий;

выбор рационального варианта воздействий;

разработку программы (плана, алгоритма) реализации воздействий, предусматривающей последовательность выдачи воздействий и предполагаемые (эталонные) состояния и реакции объекта на эти воздействия.

Реализация воздействий включает два основных этапа:

передачу воздействий объекту управления по имеющимся прямым связям (материальным, энергетическим, информационным);

отработку воздействий объектом управления, в ходе которой осуществляется его переход в новое состояние и формирование ответных воздействий (реакций), передаваемых в управляющую систему по обратным связям (информационным).

Контроль за результатами реализации воздействий включает:

получение информации о состоянии объекта после воздействия;

обработку этой информации и сравнение ее с эталонной;

анализ результатов сравнения и переход к формированию новых управляющих воздействий.

Декомпозиция общего процесса управления включает:

проведение детализации общей цели управления на ряд частных взаимосвязанных целей и формирование дерева (иерархии) целей;

определение элементов системы управления, реализующих сформированные цели;

исключение элементов, не имеющих цели функционирования;

выявление функций управления (основных и обеспечивающих), которых необходимы для эффективной реализации всех этапов управления, в соответствии с общей и частными целями управления;

сопоставление соответствия выделенных функций элементам (исполнителям, руководителям, органам, техническим устройствам) анализируемой системы и оценка их реализации;

выявление дублирующих, бесполезных, малоэффективных функций и выработка рекомендаций по совершенствованию системы управления.

В ходе функционального анализа необходимо определить качественные и количественные характеристики исследуемых процессов с целью принятия обоснованных решений о степени соответствия системы управления предъявляемым требованиям и необходимости ее дальнейшего совершенствования.

Совокупность количественных и качественных характеристик можно разделить на следующие группы: комплексные характеристики, позволяющие оценивать существенные свойства системы; структурные характеристики, позволяющие оценивать структуру процесса управления, формируемую в процессе его декомпозиции; частные характеристики, определяющие свойства отдельных этапов (фаз), функций, работ и других управленческих действий, рассматриваемых в качестве отдельных элементов процесса управления.

Комплексные характеристики процесса управления включают: непрерывность, оперативность, точность, устойчивость, скрытность, эффективность.

Непрерывность процесса управления -- отсутствие перерывов между последовательно выполняемыми этапами (фазами) или другими действиями, приводящими к снижению качества управления. Непрерывность процесса нарушается, если между двумя последовательно выполняемыми этапами возникает незапланированная пауза, приводящая к снижению качества выполнения последующих этапов анализа (например, из-за потери ценности информации), несвоевременному достижению поставленной цели или срыву всего процесса управления.

Оперативность процесса управления — завершение цикла управления в требуемые сроки.

Точность — обеспечение максимального соответствия реального движения (или конечного состояния) требуемому (эталонному) движению (или конечному состоянию) объекта управления.

Степень точности зависит от разности между эталонным и реальным движением или состоянием объекта управления.

При исследовании процессов управления предприятиями точность можно оценить с помощью разности между прогнозируемой и реальной прибылью, полученной в результате управленческой деятельности руководства данного предприятия.

Устойчивость процесса управления — способность сохранять и восстанавливать свое качество в условиях внешних и внутренних возмущений.

Скрытность процесса управления — способность утаить от конкурентов или других противодействующих систем планируемые и выполняемые действия.

Данное свойство определяет качество процесса управления в конкурирующих (противоборствующих) системах, которые вынуждены в силу каких-либо причин скрывать передаваемую или обрабатываемую информацию.

Эффективность — степень соответствия реальных (фактических или ожидаемых) результатов процесса управления требуемым или, иными словами, степень достижения цели управления.

Структурные характеристики процесса управления используются для оценки множества анализируемых элементов (функций, работ, действий, фаз, этапов и др.) процесса управления и связей между ними.

К структурным характеристикам процесса управления организационными системами (при их декомпозиции по уровням и функциям) можно отнести: число функций управления каждого уровня и общее число функций управления, реализуемых исследуемым процессом управления; подчиненность (зависимость по входной и выходной информации) функций управления; число функций управления, выполнение которых зависит от выходной информации функций управления вышестоящего уровня; время реализации каждой функции управления.

При анализе структуры процесса управления целесообразно учитывать следующие характеристики сетевых структур организационных систем: связанность структуры, определяемую количеством информационных связей между выделенными функциями процесса; структурную избыточность, определяющую превышение числа связей между функциями процесса над минимально необходимым.

К частным характеристикам процесса управления можно отнести: количество информационных входов и выходов каждой функции; число и пень информационных и расчетных задач, решаемых при реализации соответствующей функции управления; объем входной, выходной и обращаемой информации; средняя продолжительность или другие вероятностны характеристики сроков решения соответствующих частных задач; характеристики потока заявок на выполнение соответствующих функций; перечень и характеристика алгоритмов, машинных программ или пакетов ладных программ, используемых для реализации функций.

Оценка связей между функциями процесса управления может производиться с использованием следующих характеристик: объема и содержания информации, передаваемой с использованием соответствующей связи времени передачи информации; характера возмущений, влияющих на качество передаваемой информации.

 

Функциональный синтез систем управления

 

Функциональный синтез, так же как и анализ, осуществляется одновременно с исследованием структуры системы управления.

Сущностью функционального синтеза является обоснование динамических характеристик системы управления, которые должны обладать желаемыми свойствами.

Цель функционального синтеза — обоснование оптимальных или рациональных характеристик процессов функционирования системы управления, т.е. процессов изменения ее состояний с течением времени в соответствии с поставленной целью.

При постановке общей задачи функционального синтеза необходимо учитывать критерии эффективности управления. В соответствии с заданным критерием задача формулируется следующим образом: сформировать процесс управления (управляющее воздействие) u(t) e UT, обеспечивающий требуемые значения показателя эффективности q при заданных условиях выбора (неуправляемых факторах) v Ì N:

 

q(u(t), v)  G, u(t)  UT, v  N.

 

При этом форма представления управляющих воздействий зависит от вида системы управления, реализующей исследуемый процесс. Для общественных систем управления воздействия u(t) формируются и передаются в виде информации (указаний, распоряжений, команд, приказов), определяющей дальнейшее поведение объекта управления. Для технических систем управления воздействия могут задаваться в форме характеристик механических усилий, параметров электрического тока, температуры, давления, действующих на объект управления.

Условия выбора (неуправляемые факторы) v включают значения отдельных параметров системы управления и окружающей среды, не зависящих от управляющих воздействий u(t), но влияющих на показатель эффективности.

Для получения решений, близких к оптимальным, необходимо исследовать процессы функционирования в рамках всех формируемых вариантов структур и, в свою очередь, формировать варианты структур, обеспечивающих эффективную реализацию выбранных алгоритмов.

 

Информационный анализ и синтез систем управления

 

Объектом информационного анализа и синтеза являются информационные процессы, протекающие в системе управления. Остановимся на их сущности и содержании, для чего рассмотрим:

коммуникационную (информационную) схему передачи информации в системе управления;

классификацию и характеристику информационных процессов;

структуру информационного процесса.

Коммуникационная (информационная) схема передачи информации в системе управления. Эта схема передачи информации в системе управления показана на рис. 2.2.

На рис. 2.2 источником информации является объект управления, посылающий по каналу обратной связи (КОС) информацию о своем состоянии. Приемник информации, он же управляющий объект, в зависимости от количества и содержания информации об объекте управления, вырабатывает решение о воздействии на него. Это решение в виде команд и сигналов управления по каналу прямой связи (КПС) передается на объект управления. После выполнения команд объект управления посылает на управляющий объект информацию об изменении своего состояния и т.д. Таким образом замыкается цикл обмена информацией в системе управления.

 

 

В реально функционирующих системах управления на источник информации, приемник информации и линию передачи информации воздействует среда, в которой данная система функционирует, внося свои коррективы как в количество информации, так и в качество.

Процесс управления, как процесс выработки управляющих воздействий, является информационным процессом (ИП).

Любой информационный процесс в системе управления структурно можно представить как некоторую совокупность процессов:

сбор, прием, восприятие информации (эти процессы отражают взаимодействие системы с внешней средой);

передача информации между отдельными подсистемами системы;

переработка, анализ, отбор информации, создание новой информации;

использование информации;

хранение, запоминание информации;

передача информации из системы во внешнюю среду.

Информационный процесс есть целенаправленная совокупность операций по преобразованию информации, реализуемых в определенной среде, начиная с момента ее поступления в систему (возникновения), и кончая выдачей пользователю.

Причем понятие "пользователь" надо понимать в широком смысле. Пользователем могут быть: лицо, принимающее решение (ЛПР), получающее информацию в удобном для восприятия виде; технические устройства, преобразователи информации на магнитной ленте, диске, в оперативной памяти, канале связи и т.д.; программы, преобразующие полученную информацию.

Для удобства исследования ИП целесообразно классифицировать их. Классификация ИП проводится как при анализе, так и при синтезе систем управления.

Классификация и характеристика информационных процессов. При классификации следует различать однородные и неоднородные совокупности ИП (рис. 2.3).

Будем считать заданную совокупность ИП однородной, если характер использования ресурсов системы, обеспечивающей их реализацию, одинаков для всех ИП и порядок обслуживания в ней не связан с их принадлежностью к конкретным ИП. В противном случае совокупность ИП считается неоднородной.

 

 

В свою очередь, среди неоднородных совокупностей ИП можно выделить приоритетные и неприоритетные. Неоднородная совокупность ИП является неприоритетной, если порядок обслуживания заявок отдельных ИП не зависит от их принадлежности к конкретным ИП, в противном случае она считается приоритетной.

Для неприоритетной совокупности ИП наиболее характерны следующие дисциплины обслуживания: в порядке поступления; в обратном порядке; на основе разделения времени.

Для приоритетной совокупности ИП дисциплина обслуживания зависит от важности ИП. Порядок обслуживания (предоставление ресурсов для реализации ИП) основывается на анализе приоритетов ИП, для чего каждому ИП приписывается число, именуемое приоритетом. Обычно считается, что чем меньше это число, тем "важнее" ИП, т.е. тем большее преимущество ему должно быть предоставлено.

По способу назначения приоритета различают системы с фиксированными и динамическими приоритетами. В первом случае числовое значение приоритета ИП сохраняется постоянным в процессе его обслуживания (в том числе и с учетом времени ожидания обслуживания), во втором — с течением времени меняется, являясь некоторой функцией от времени обслуживания.

Приоритетную совокупность, не относящуюся ни к одному из указанных типов, будем называть составной. Для нее обычно используются различные комбинации описанных способов назначения приоритета "конкурирующих" ИП.

При анализе каждого отдельного ИП прежде всего следует различать простые и сложные ИП.

Простой ИП можно представить в виде графа, из каждой вершины которого (кроме конечной) исходит одна дуга и в каждую вершину которого (кроме начальной) входит также одна дуга (рис. 2.4).

 

Любой ИП, не являющийся простым, будем называть сложным. Сложные ИП, в свою очередь, подразделяются на ветвящиеся ИП и ИП с размножением. Для определения указанных ИП введем следующие понятия. Будем называть точкой ветвления ИП финальную точку этапа, после завершения которого осуществляется переход на один из альтернативных этапов с вероятностями Pij (рис. 2.5).

 

 

Причем Рij. = 1, где i — вершина — источник информации; j — вершина — получатель информации; k — номер дуги, по которой эта информация передается.

На рис. 2.5 из вершины А2, соответствующей точке ветвления, выходят две дуги, которые определяют альтернативные пути продолжения ИП.

Назовем точкой размножения ИП финальную точку этапа, после завершения которого осуществляется переход на параллельное выполнение двух и более последующих этапов, в результате чего параллельные ветви вновь сходятся (рис. 2.6).

 

 

В этом случае из вершины А2, соответствующей точке размножения ИП, исходят две дуги, каждая из которых задает переход на выполнение параллельного подпроцесса (параллельной ветви).

ИП с размножением определяется как ИП, имеющий хотя бы одну очку размножения. "Чисто" ветвящимся будем называть ИП, у которого есть хотя бы одна точка ветвления и нет точек размножения.

В свою очередь, ИП с размножением подразделяется на ИП с независимыми и зависимыми параллельными ветвями. Параллельная ветвь является независимой, если ни для одного из этапов задаваемого ею подпроцесса не требуется синхронизация с выполнением других этапов данного ИП. В противном случае такая ветвь считается зависимой. Синхронизация необходима, когда этап данного подпроцесса, завершающий подготовку данных, используемых другим подпроцессом, должен быть выполнен ранее начала этапа последнего подпроцесса, где эти данные обрабатываются. Очевидно, что подавляющее число ИП представляют собой комбинацию ветвящихся и размножающихся ИП.

Несмотря на все многообразие ИП, протекающих в системах управления, с точки зрения технологии обработки информации они имеют много общего. Это позволяет представить обобщенную схему обработки информации в системах управления (рис. 2.7).

Источниками информации в системах управления могут быть должностные лица (ДЛ) органов управления, автоматические датчики (АД) и вычислительные комплексы (ВК). В общем случае информация до момента выдачи ее пользователю проходит следующие основные технологические этапы преобразования:

сбор данных (вручную или автоматически);

формирование сообщения (запроса);

передача данных по каналам связи с использованием средств автоматизации или традиционными способами;

выдача данных лицу, принимающему решения, или для их ввода в вычислительный комплекс (ВК);

решение информационных или расчетных задач в В К;

выдача результатов решения задач ЛПР;

доведение принятого решения или результатов решения задач до адресатов.

Для различных категорий пользователей количество этапов, их длительность, а также типы генерируемых ими сообщений (запросов), как правило, различны. Они зависят от конкретного назначения системы, технической реализации ее отдельных элементов, их приоритетов, характера сведений, передаваемых в информационных сообщениях, и т.д.

Для получения справки, пользователи, локально подключенные к достаточно мощному ВК, могут привлечь другие ВК (т.е. без выхода в систему передачи данных).

 

 

Структура информационного процесса. Определив понятие информационного процесса как совокупность операций по преобразованию информации, необходимо отметить следующее.

Любая информационная единица (I), обладающая потребительской стоимостью (качеством), характеризуется содержанием (S), формой (F), пространственным расположением (L) и временем (Т), т.е. I= {S, F, L, Т}.

Каждая из этих характеристик в процессе преобразования (в информационном процессе) может изменяться. При этом различают следующие виды преобразования информации:

содержательное (семантическая обработка, в результате которой получается новая информация);

преобразование формы (например, кодирование, декодирование и т.п.);

преобразование в пространстве и времени (например, передача данных и соответственно хранение).

Элементарным действием в информационном процессе является операция преобразования информации (рис. 2.8).

 

 

Основные атрибуты операции - информация (объект преобразования); оператор (субъект преобразования) и цель (требования к преобразованию).

Операции по преобразованию информации могут быть разных типов v), которые определяются типом оператора Q ® (|S|F|L|T|), сложностью U), зависящей от типа оператора и цели преобразования U = < V, С >, времени (Т) ее реализации Т = < U, I > и ресурсоемкости (R).

Информационный процесс структурно можно представить множеством подпроцессов. В зависимости от того, какие виды преобразования информации доминируют (т.е. являются основными в системе достижения цели), можно выделить следующие подпроцессы.

           1. Процесс формирования (подготовки) информации для преобразования. Доминирующим видом преобразования является преобразование формы (F).           2.Процесс передачи информации от источника к потребителю. Очевидно, что основным видом преобразования здесь является преобразование

информации в пространстве (L).

          3.Процесс семантической (смысловой) обработки информации — центральный подпроцесс ИП в системе управления. В результате его осуществления появляется новая информация, на основе которой в конечном счете формируются управляющие воздействия. Именно по этому процессу можно полностью идентифицировать всю систему с управлением и именно от

качества обработки информации зависит эффективность функционирования

системы. Цель данного процесса — выработка адекватных управляющих воз

действий оптимальным (рациональным) способом. Доминирующий вид пре

образования в этом случае — преобразование содержания информации (S).

       4.Процесс хранения информации. Цель данного процесса — обеспечить

существование информации во времени. Основной вид преобразования

здесь - преобразование информации во времени (Т).

Очевидно, что все реальные процессы и системы, их реализующие, а следовательно, и структуры ИП, уникальны. Специфика функционирования реальных систем (что и определяет их уникальность) проявляется в содержании самой информации, составе и последовательности применения конкретных операторов по ее преобразованию и целей, существе того или иного процесса, составе и взаимосвязи подпроцессов, а также в конкретных глобальных целях функционирования системы с управлением. Представим на рис. 2.9 фрагмент структуры ИП, который обычно присущ большим системам управления.

 

 

Управленческие (информационные) процессы можно реализовать на ЭВМ, если их удается формализовать. Под формализацией понимается точное описание изучаемого объекта. Формализация процесса управления включает выделение управленческих функций и задач, разработку алгоритмов формализации и проведение алгоритмизации. Процесс считают полностью формализованным, если алгоритмы к задачам представлены и математически переведены на машинные программы, и при решении задач уже не нужно учитывать их физическое содержание. Потребность в знании физического содержания появляется лишь при использовании полученных результатов.

 

Информационный анализ систем управления

 

Сущностью информационного анализа является определение объема и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для известной структуры и алгоритма функционирования системы управления.

 Информационный анализ выполняется с целью исследования количественных и качественных характеристик информации, используемой в системе управления.

Объектами исследования являются информационные процессы, протекающие в системе управления.

Процедура информационного анализа включает:

определение потребности в информации на каждой стадии управления;

планирование потребностей в информации;

определение количественных и качественных характеристик коммуникационных процессов;

определение потребности в информации при оценке эффективности управленческих решений (воздействий).

К показателям (характеристикам) информации относятся:

объем и скорость передачи информации;

достоверность передаваемых сообщений;

направление информационных потоков;

характеристики методов обработки информации и совершаемые при этом ошибки;

качественный состав информации;

количество обрабатываемых или передаваемых документов;

суммарное количество обрабатываемых или передаваемых документов и др.

На основе результатов информационного анализа вырабатываются предварительные рекомендации по разработке информационного обеспечения системы управления, включая способы передачи, обработки и представления информации, состав информации, необходимой для нормального функционирования системы, структуру информационного обмена и др.

 

Информационный синтез систем управления

 

Сущностью информационного синтеза является обоснование необходимого объема и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для разрабатываемой структуры и алгоритма функционирования системы управления.

Информационный синтез дополняет задачи функционального синтеза и осуществляется с целью определения требуемых качественных и количественных характеристик информации, используемой в процессе функционирования системы управления.

В ходе информационного синтеза производится обоснование необходимого объема и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода.

Определение оптимальных или рациональных характеристик информации производится, как правило, с использованием показателей и критериев эффективности, учитывающих структурные и функциональные особенности системы. При этом одной из основных проблем информационного синтеза является количественная оценка влияния данных характеристик на результаты функционирования системы управления.

 

Параметрический анализ и синтез систем управления

 

Параметрический анализ и синтез обобщает результаты вышерассмотренных видов анализа и синтеза и выполняется для оценки эффективности системы управления на основе определения количественных значений ее показателей.

Параметрический анализ систем управления

 

Сущностью параметрического анализа является определение необходимой и достаточной совокупности показателей, характеризующих все исследуемые свойства системы, и формирование зависимостей, характеризующих суммарный эффект от применения системы или ее элементов.

Цель параметрического анализа — оценка эффективности системы управления на основе определения количественных значений ее показателей.

Объектами исследования параметрического анализа являются частные и обобщенные показатели системы, образующие иерархическую структуру.

С помощью показателей верхнего уровня определяют внешние свойства анализируемой (разрабатываемой) системы и оценивают ее влияние на эффективность решения задач системой более высокого уровня.

Показатели нижнего уровня - частные показатели (параметры) системы, которые характеризуют ее структуру, процессы функционирования, информационные потоки или другие свойства.

Взаимосвязи показателей эффективности, характеризующие суммарный эффект, с частными показателями (параметрами) могут быть представлены в следующем виде:

 

qi= Fi(hi), i = 1, 2, ..., n,

 

где          qi - показатели эффективности, характеризующие суммарный эффект от применения системы или ее элементов, рассматриваемых как отдельные  системы на i-м уровне исследования;

hi — частные показатели (параметры) системы, характеризующие ее структуру, процессы функционирования, информационные потоки или другие свойства на i-м уровне исследования.

При проведении параметрического анализа конкретной системы управления необходимо решить две основные задачи:

определить качественные и количественные характеристики (показатели) системы, степень детализации которых удовлетворяет исследователя;

выявить имеющиеся недостатки анализируемой системы и принять решение о ее дальнейшем использовании.

Решение первой задачи будет характеризоваться множеством показателей {П} системы управления:

 

   ,

 

где  pj - количественный (качественный) показатель свойства системы.

Множество {П} будет характеризовать информацию о системе, получаемую в результате анализа, поэтому первая задача может быть сформулирована следующим образом: определить значения показателей анализируемой системы  , при которых

 

где          I(П) — количество информации, полученной в результате анализа;

R(П) — общие затраты ресурсов на проведение анализа;

RD — область допустимых значений материальных и временных ресурсов, выделенных для проведения анализа;

ПG — множество допустимых результатов анализа, включающее различные подмножества П вариантов состава и значений показателей анализируемой системы.

В общем случае анализ будет приводить к снижению неопределенности исследуемой системы, т.е.

 

I(П*) = Н(П0) – Н(П*),

 

где          Н(П0) - энтропия системы до проведения анализа;

П0 — показатели системы, известные исследователю до проведения анализа;

Н(П*) -- энтропия системы после проведения анализа.

После решения первой задачи формулируется вторая задача: определить множества показателей (значений показателей) Пн Ì П и соответвующих им свойств системы, которые не удовлетворяют предъявляемым требованиям, т.е.

 

где          Птр— требуемое значение показателей анализируемой системы;

Пн1 — подмножество неудовлетворительных значений показателей измеряемых свойств системы;

Пн2- подмножество неудовлетворительных показателей неизмеряемых свойств системы, интенсивность проявления которых нецелесообразно определять с помощью количественных оценок;

1i - количественный показатель i-го измеряемого свойства системы, интенсивность проявления которого необходимо увеличивать;

1j  -- количественный показатель j-го измеряемого свойства системы, интенсивность проявления которого необходимо уменьшать;

2k — показатель k-гo неизмеряемого свойства системы, принимающий следующие значения: 2k = 0 при отсутствии у системы k-го свойства или функции управления; в противном случае 2k = 1;

тpi и mpj — требуемые значения количественных показателей i-го и j-го измеряемого свойства системы.

На основании результатов параметрического анализа делается заключение о целесообразности использования существующей системы и определяются основные направления ее совершенствования, обеспечивающие улучшение тех частных показателей, которые оказывают максимальное влияние на эффективность управления.

 

Параметрический синтез систем управления

 

Cущностью параметрического синтеза является обоснование необходимой достаточной совокупности показателей, позволяющих оценивать желаемые свойства разрабатываемой системы и ее суммарный эффект. Цель параметрического синтеза — комплексное определение согласованных и сбалансированных по уровням исследований системы, требуемых значений ее елей, включая общие показатели эффективности управления, а также частные показатели структуры, процессов функционирования информации.

В процессе параметрического синтеза необходимо определить новые значения показателей создаваемой системы, удовлетворяющие следующим соотношениям:

 

 

где          qi -- показатели эффективности создаваемой системы, характеризующие ее влияние на эффективность системы более высокого уровня;

hi — определяемые частные показатели синтезируемой системы i-го уровня, i = 1, 2, ..., п;

Gi — требуемые значения показателей эффективности qi

Формальная постановка задачи (без фиксации исходных данных, ограничений и допущений) параметрического синтеза системы управления будет заключаться в следующем: определить и реализовать такие значения показателей синтезируемой системы , при которых

 

q (П) = {Q(П), С(П), Т(П)}  G, П ПD,

 

где          q — векторный показатель эффективности системы;

Q — показатель (в общем случае векторный) эффекта от применения системы по назначению после ее создания и внедрения (доход, полученный предприятием; ущерб, нанесенный конкуренту, и т.п.);

С — затраты на создание и внедрение системы;

Т - продолжительность создания и внедрения системы;

G — область требуемых значений определяемых показателей, устанавливаемая в соответствии с принятым критерием эффективности;

ПD, — множество допустимых значений показателей (вариантов) синтезируемой системы.

Поставленная задача относится к классу многокритериальных задач. Для решения подобных задач необходимо:

определить общие принципы анализа и синтеза сложных систем управления с целью их последующего использования для обоснования эффективной процедуры решения поставленной задачи;

выбрать приемлемый метод решения многокритериальных задач, учитываюший особенности создаваемой системы управления и степень определенности исходных данных;

сформировать модель предпочтений одних частных показателей перед другими в общем векторном показателе эффективности q;

установить зависимости между определяемыми показателями системы и частными показателями эффективности;

обосновать эффективную процедуру (алгоритм) решения задачи с использованием общих принципов анализа и синтеза сложных систем и выбранного метода решения многокритериальных задач.

При обосновании метода и общей процедуры решения поставленной задачи необходимо учитывать следующие исходные состояния:

состояние первое — создание системы управления, имеющей принципиально новую структуру и методы управления, удовлетворяющие современным условиям;

состояние второе - частичное совершенствование (реорганизация) существующей системы управления при сохранении основных принципов управления.

Первое состояние имеет место в следующих случаях:

при внедрении новых общественных систем управления, обеспечивающих разрешение противоречия между старыми неэффективными принципами и методами управления и современными политическими, экономическими и социальными условиями их функционирования;

в процессе полной модернизации технических средств эрготических (автоматизированных) систем управления при внедрении новой элементной базы, сетевых структур и современного математического, программного, лингвистического и информационного обеспечения, существенно повышающих эффективность управления;

при создании систем автоматического управления и регулирования, имеющих новые принципы построения и критерии достижения поставленных целей.

Второе состояние имеет место в следующих случаях:

совершенствование отдельных органов и методов решения задач в общественных системах управления;

внесение частных изменений в виды обеспечения эргатических систем;

доработка систем автоматического управления.

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |