Вопросы-ОТСиСА. Задача целеполагания определение требуемого состояния или поведения системы
 Скачать 3.62 Mb.
|
|
1.Сущность управления в сложных системах. Структура системы с управлением. Под управлением в самом общем виде будем понимать процесс формирования целенаправленного поведения системы посредством информационных воздействий, вырабатываемых человеком (группой людей) или устройством. К задачам управления относятся целеполагание, стабилизация, выполнение программы, слежение и оптимизация. Задача целеполагания - определение требуемого состояния или поведения системы. Задача стабилизации - удержание системы в существующем состоянии в условиях возмущающих воздействий. Задача выполнения программы - перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин изменяются по известным детерминированным законам. Задача слежения - удержание системы на заданной траектории (обеспечение требуемого поведения) в условиях, когда законы изменения управляемых величин неизвестны или изменяются. Задача оптимизации - удержание или перевод системы в состояние с экстремальными значениями характеристик при заданных условиях и ограничениях. Часто для обозначения управляющих воздействий используют понятие «руководство». Будем считать, что руководство - это управление чужой работой в организационных, социальных, экономических системах. 1.1.1. Структура системы с управлением Система с управлением включает три подсистемы (рис. 1.1); управляющую систему (УС), объект управления (ОУ) B и систему связи (СС). Системы с управлением, или целенаправленные, называются кибернетическими. К ним относятся технические, биологические, организационные, социальные, экономические системы. Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления (СУ) A. Основным элементом организационно-технических СУ является лицо, принимающее решение (ЛПР) - индивидуум или группа индивидуумов, имеющих право принимать окончательные решения по выбору одного из нескольких управляющих воздействий. Система связи включает канал прямой связи, по которому передается входная информация - множество {x}, включающее командную информацию {u}c{x}, и канал обратной связи, по которому передается информация о состоянии ОУ - множество выходной информации {у}. Множества переменных {n} и {w} обозначают соответственно воздействие окружающей среды (различного рода помехи) и показатели, характеризующие качество и эффективность функционирования подсистемы B. Показатели качества и эффективности являются подмножеством информации о состоянии ОУ, {w}<{y}. Более того, в процессе анализа систем каждая характеристика у должна рассматриваться как потенциальная кандидатура на роль показателя. Поэтому для сохранения общности рассмотрения это подмножество характеристик без необходимости выделять отдельно не будем. Система управления A Объект управления B Управляющая система {X} Рис. 1.1. Система с управлением Основными группами функций системы управления являются: • функции принятия решений - функции преобразования содержания информации {f}; • рутинные функции обработки информации {fp}; • функции обмена информацией {fo}. Функции принятия решений {fc} выражаются в создании новой информации в ходе анализа, планирования (прогнозирования) и оперативного управления (регулирования, координации действий). Это связано с преобразованием содержания информации о состоянии ОУ и внешней среды в управляющую информацию при решении логических задач и выполнении аналитических расчетов, проводимых ЛПР при порождении и выборе альтернатив. Эта группа функций является главной, поскольку обеспечивает выработку информационных воздействий по удержанию в существующем положении или при переводе системы в новое состояние. Без автоматизации этой функции ИС не может считаться полноценной. Функции {p} охватывают учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации и т.д. Эта группа функций преобразования информации не изменяет ее смысл, т.е. это рутинные функции, не связанные с содержательной обработкой информации. Группа функций {fo} связана с доведением выработанных воздействий до ОУ и обменом информацией между ЛПР (ограничение доступа, получение (сбор), передача информации по управлению в текстовой, графической, табличной и иных формах по телефону, системам передачи данных и т.д.). Совокупность функций управления, выполняемых в системе при изменении среды, принято называть циклом управления. Выполняя цикл за циклом, система приближается к сформулированной цели. Одно из представлений цикла управления показано на рис.1.2. При этом от объектов управления в СУ поступает информация о текущем состоянии дел. ЛПР контролируют ее истинность, учитывают и анализируют в целях выявления отклонений от требуемого состояния и определения необходимости изменения текущего состояния. По результатам анализа осуществляются выбор одной из основных задач управления и оперативно-техническое управление (регулирование), состоящее в координации действий ОУ - выработке решений по удержанию системы в требуемом состоянии, или решается задача целеполагания (проводится корректировка целей), после чего система переводится в новое состояние на основе прогнозирования и планирования. При необходимости направляется доклад в старший орган управления. 2.Сущность системы с управлением. Задачи и функции системы управления. В теории управления принято считать, что системы с управлением создаются для достижения конкретных целей, которые определяются в рамках других наук, занимающихся исследованием конкретных систем. В зависимости от природы (люди или технические устройства) принято выделять три типа систем с управлением: • организационные (социальные) системы управления; • технические системы управления; • организационно-технические (комплексные) системы управления. Рассмотрим основные положения по управлению в организационно- технических системах, опираясь на базовые понятия. Общая структурная схема системы с управлением может быть представлена в виде, показанном на рис. 1.4. 1 2 Здесь S - объект управления, S - управляющая система, N - информация о состоянии внешней среды (внешние воздействия на объект управления), N' - информация о состоянии внешней среды, имеющаяся в управляющей системе, X - командная информация, Y - информация о состоянии объекта управления, Y' - информация о состоянии объекта управления, имеющаяся в управляющей системе. Управляющая система реализует задачи целеполагания, стабилизации/выполнения программы, слежения или оптимизации и тем самым обеспечивает либо удержание выходных характеристик системы при изменениях внешней среды в требуемых пределах, либо выполнение системой действий по изменению значений ее характеристик или характеристик внешней среды. Объект управления является исполнительным инструментом, реализующим основную функцию системы. Система связи, являясь частью системы управления, обеспечивает обмен управляющей информацией между управляющей системой и объектом управления. Задачами теории управления при таком рассмотрении являются: • синтез структуры и параметров объекта управления, соответствующих цели (закону функционирования) создаваемой системы с управлением; • синтез структуры и параметров управляющей системы, т. е. построение структуры управления с учетом ограничений по затратам различного вида (численность управленческого персонала и др.); определение мест размещения центров обработки информации; определение массивов информации, подлежащих передаче, хранению и обработке; • синтез структуры и параметров системы связи. Единых методов решения перечисленных задач для всех типов систем на настоящее время не существует. Однако для всех типов систем с управлением признается существование ряда аксиом и принципов управления, знание которых позволяет квалифицированно решать задачи управления. 3.Обобщенный цикл управления. Назначение СУ — анализ поведения объекта управления и принятие решения о способе воздействия на его работу. Основные группы функций СУ системы управления являются:
функции обмена информацией {fo}. Функции принятия решений выражаются в создании новой информации в ходе планирования, анализа и оперативного управления. Эта группа функций является главной, поскольку обеспечивает выработку информационных воздействий по удержанию системы в соответствующем положении или переводу системы в новое состояние. Планирование — определение желаемого состояния системы и пути его достижения. Контроль и анализ — определение проблемной ситуации. Проблемная ситуация — противоречие между целью и возможностью ее осуществления с данными ресурсами (временными, материальными, финансовыми) в данных условиях. Регулирование (или оперативное управление) — принятие и осуществление решения по ликвидации отклонения, как разрешения проблемной ситуации. Принятие решения — выбор одной из альтернатив при рассмотрении множества вариантов разрешения проблемной ситуации. Фунции fр охватывают учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации. Это группа функций не изменяет ее смысл. Учет — фиксация отклонения от запланированной цели. Функции fo связаны с доведением выработанных воздействий до ОУ и обменом информацией между ЛПР. Совокупность функций управления, выполняемых в системе при изменении Среды, называется циклом управления. Выполняя цикл за циклом, система приближается к сформулированной цели. Рисунок 5.1. Обобщенный цикл управления  4.Аксиомы теории управления. Для управления системой необходимо выполнять ряд естественных условий, которые формулируются в виде аксиом [1]. Аксиома 1.Наличие наблюдаемости объекта управления. Определение любого из состояний ОУ (т.е. наблюдаемость) реализуется только в том случае, если по результатам измерения выходных переменных y(t) при известных значениях   Рис. 2.5.Обобщенный цикл управлениявходных переменных x(t) может быть получена оценкаz0(t)любой из переменных состоянияz(t). Такая задача в теории систем называется задачей наблюдения. В социально-экономических и организационно-технических системах с управлением эта задача реализуется функциями учета и контроля текущего состояния ОУ и воздействий окружающей среды. Без этой информации управление оказывается неэффективным. Аксиома 2.Наличие управляемости – способности ОУ переходить в пространстве Z возможных состояний из текущего состояния в требуемое под воздействием управляющей системы. Под этим переходом можно понимать перемещение в физическом пространстве, изменение скорости и направления движения в пространстве состояний, изменение структуры или свойств ОУ. Если состояние ОУ не меняется, то понятие управления теряет смысл. Аксиома 3.Наличие цели управления. Под целью управления понимают совокупность значений количественных и качественных показателей, определяющих требуемое состояние ОУ. Если цель неизвестна, то управление не имеет смысла, а изменения состояний системы превращаются в бессмысленные манипуляции над ней. Аксиома 4.Свобода выбора – выбор управляющих воздействийиз множества возможных альтернативных решений. Считается, что чем меньше это множество, тем менее эффективно управление, так как в условиях ограничений оптимальные решения часто остаются за пределами области адекватности. Если ЛПР не имеет альтернатив решения, то управление не требуется. Аксиома 5.Наличие критерия эффективности управления.Обобщенным критерием эффективности управления считается степень достижения цели функционирования системы. Кроме того, по частным критериям можно оценивать качество управления, степень устойчивости системы. Аксиома 6.Наличие ресурсов (материальных, информационных, финансовых, и других), обеспечивающих реализацию принятых решений. Ограниченность или отсутствие ресурсов ограничивает свободу выбора ЛПР. Поэтому управление без ресурсного обеспечения невозможно. 5.Совершенствование системы с управлением. Совершенствование систем управления организации напрямую связывают с повышением ее конкурентоспособности на рынке. Обычно процесс совершенствования систем управления связывают с удовлетворение двух основных требований.
При этом следует иметь в виду, что одновременное удовлетворение требований возможно только при условии повышения производительности УС и СС! В рамках этих требований можно выделить следующие основные пути совершенствования систем с управлением:
6.Основные понятия системного анализа. В системном анализе исследования строятся на основе категории системы, под которой понимается единство взаимосвязанных и взаимовлияющих элементов, расположенных в определенной закономерности в пространстве и во времени, совместно действующих для достижения общих целей. Система должна удовлетворять двум основным требованиям:
Таким образом, в общем случае свойства, поведение, состояние системы отличаются от свойств, поведений и состояний образующих ее элементов (подсистем). Для системы характерно наличие собственной, специфической закономерности действий, которая не может быть определена непосредственно только из способов действий составляющих ее элементов. Всякая система является развивающейся системой. Она имеет свое начало в прошлом и продолжение в будущем. Понятие системы – это способ найти простое в сложном с целью упрощения анализа этого сложного. В научной литературе приведены различные определения понятия системы. Вот некоторые из них [1].
Таким образом, обобщая приведенную информацию, можно сделать вывод, что система – множество элементов, их связей и взаимодействий, как между собой, так и с окружающей средой, образующих единое целое с определенным качеством и целенаправленностью(рис. 1.1).  Рис. 1.1.Схема понятия «система» Наряду с этим основополагающим понятием существуют сопутствующие понятия, характеризующие систему. Элемент– неделимая часть системы, обладающая самостоятельностью по отношению к данной системе. Неделимость элемента рассматривается как нецелесообразность учета в пределах модели данной системы его внутреннего строения. Сам элемент характеризуется только его внешними проявлениями в виде связей и взаимосвязей с остальными элементами. Множество  элементов можно записать в виде ,где  – i-й элемент системы,  – число элементов. Каждый элемент характеризуется mконкретными свойствами z1,z2, …,zm,которые определяют его в данной системе однозначно. Совокупность всех mсвойств элемента называют состоянием элемента:  .Состояние элемента, в зависимости от различных факторов (время, пространство и др.), может изменяться. Связь– совокупность зависимостей свойств одного элемента от свойств других элементов системы. Установить связь между двумя элементами – значит выявить наличие зависимостей их свойств. Множество  связей между элементами можно представить в виде .Зависимость свойств элементов может иметь односторонний и двусторонний (взаимосвязь) характер. Взаимодействие– совокупность взаимосвязей и взаимоотношений между свойствами элементов, когда они приобретают характер взаимосодействия друг другу. Подсистема– часть системы, выделенная по определенному признаку, обладающая некоторой самостоятельностью и предполагающая разложение на элементы в рамках конкретного рассмотрения. Подсистема отличается от группы элементов тем, что для последней не выполняется условие целостности. Структурасистемы – совокупность элементов системы и связей между ними:  .Структура системы является статической моделью системы и характеризует только строение системы, не учитывая множества свойств (состояний) ее элементов. Связь между функцией входа  и функцией выхода  системы без учета предыдущих ее состояний можно представить в виде  где  –функция выходов системы. Система с такой функцией выходов называется статической.Если же система зависит не только от функций входов , но и от функций состояний (переходов), то .Системы с такой функцией выходов называются динамическими (или системами с поведением). Внешняя средасистемы – набор существующих в пространстве и во времени реальных объектов (систем), которые, как предполагается, оказывают действие на рассматриваемую систему. По сути дела, очерчивание или выявление границы системы (сферы компетенции ЛПР) есть разделение некоторой области материального мира на две части, одна из которых рассматривается как система-объект анализа (синтеза), а другая – как внешняя среда. Иными словами, внешняя среда – совокупность естественных и искусственных систем, для которых данная система не является функциональной подсистемой. Кроме того, необходимо различать понятия системного анализа, определяющие функционирование системы. К таковым относятся следующие понятия. Состояниесистемы– совокупность состояний ее элементов и связей между ними (двусторонних связей не может быть более чем n(n-1)в системе с nэлементами).Реальная система не может находиться в любом состоянии. Всегда есть известные ограничения (внутренние и внешние факторы, например, физиологические свойства человека) определяющие состояние системы. ВходыXiсистемы – это реальные точки приложения влияния (воздействия) внешней среды на систему. |