Задачи и принципы анализа и синтеза систем управления

Основное внимание объекта и его частей, характера  его организации, иерархии и свойств  его элементов, проявляющихся как во взаимосвязи, так и во взаимодействии.

 

2.3. Принцип динамичности

Принцип динамичности требует рассмотрения системы в ее развитии, движении. Динамичность присуща системам любой природы, она изменяет их в каждый момент времени так, что система в каждое мгновение меняет свои параметры. И что характерно: необратимость и изменчивость систем являются основой их развития. Постепенное накопление необратимых изменений в ходе непрерывного обновления приводит, в конечном итоге, к глубоким качественным изменениям сущности систем. В результате их развитие осуществляется как гетерохромный процесс, в ходе которого та или иная волна быстрого и короткого процесса накладывается на долго протекающую и медленно следующую волну. Ярко выраженный динамический характер имеют живые и социальные системы, которые, развиваясь, с одной стороны, сохраняют свою качественную специфику; с другой - приобретают инновационные черты и свойства.

Основные принципы системного подхода лежат в фундаменте системной методологии управления и реализуются в конкретных аспектах системного изучения объектов. Любая сложная система требует двустороннего изучения и анализа. Во-первых, прежде всего, она должна быть изучена в ее предметном бытии, в статике, изолированно от окружающей ее среды и отвлеченно от динамики ее реального существования. Только при такой "остановке" познание способно схватить сущность, описать, смоделировать структуру и строение самой системы.

Во-вторых, система  должна быть изучена в динамике ее действительного существования, которая, в свою очередь, проявляется двояко: с одной стороны, движение системы как процесс ее функционирования, сохраняющий ее деятельность; с другой - это движение и есть, вместе с тем, развитие данной системы: ее возникновение, становление, эволюция, разрушение и преобразование.

В соответствии с этим адекватное модельное представление о сложно-динамической системе требует совмещения трех основных аспектов ее исследования: структурного, функционального и генетического, которые и являются необходимыми и достаточными методологическими основаниями системного подхода.

Структурный аспект системного исследования включает решение  двух взаимосвязанных задач: выявление  того, из каких компонентов (подсистем) состоит система, и определение  того, как эти компоненты между  собой связаны. Иначе говоря, он определяет закономерный способ их связи. Здесь мы имеем дело с анализом подсистем (частей) и структуры данной системы⁹.

Функциональный  аспект исследования системы также  имеет два направления: во-первых, изучение внутреннего функционирования, механизма взаимодействия элементов внутри данной системы, во-вторых, анализ ее внешнего функционирования - взаимодействия системы с окружающей средой.

Внутреннее  функционирование исследуется как  процесс взаимодействия элементов, направленных на сохранение системы, осуществление  ее главной функции, которую она выполняет в составе системы более высокого порядка ("метасистемы"). В зависимости от такой направленности отдельные элементы системы могут быть функциональны, дисфункциональны и функционально нейтральны (безразличны) к существованию системы. На этом основании и устанавливается необходимый и достаточный состав элементов системы.

Внешнее функционирование системы можно представить либо в кибернетических понятиях о  прямой и обратной связи со средой ("черный ящик"), либо описать как обмен веществом и энергией со средой, в процессе которого среда воздействует на находящуюся в ней систему, последняя воспринимает и отражает эти воздействия в соответствии со своей внутренней природой. При каждом таком акте структура системы претерпевает обратимые (иногда необратимые) изменения в соответствии с природой воздействия.

Таким образом, внешнее и внутреннее функционирование системы составляет единое целое. Отражая  воздействие, система сама активно  воздействует на среду, сознательно  или бессознательно, преднамеренно или не преднамеренно. Здесь происходит взаимодействие и взаимоотражение среды и системы, их взаимодетерминация и взаиморецептивность. Система адаптируется к среде и одновременно среда адаптируется к системе.

Генетический  аспект - включает исторически и прогностический векторы исследования. Первый - ставит своей задачей осветить происхождение данной системы, процесс ее формирования и развития вплоть до того момента, когда система стала объектом изучения. Прогностический же вектор связан с рассмотрением перспектив дальнейшего развития системы, ее возможного, предполагаемого, научно предвидимого будущего.

Системный подход посвящен решению системных задач, в которых объект исследований представляется в виде систем. Системные задачи могут быть двух типов: системного анализа или системного синтеза. Задача анализа предполагает определение свойств системы по известной ее структуре, а задача синтеза - определение структуры системы по ее свойствам.

Под анализом систем управления понимается процесс исследования, основанный на декомпозиции системы управления с последующим определением ее статических и динамических характеристик составляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами системы и окружающей среды.

Видами анализа системы управления являются:

детальное изучение системы управления для более  эффективного использования и принятия решения по ее дальнейшему совершенствования  или замене;

исследование  альтернативных вариантов вновь  создаваемой системы пользования и принятия решения по ее дальнейшему совершенствования или замене:

исследование  альтернативных вариантов вновь  создаваемой системы управления с целью выбора наилучшего варианта.

К задачам анализа  систем управления относятся:

определение объекта  анализа;

определение функциональных особенностей системы управления;

определение количественных и качественных показателей системы  управления;

оценивание  и оценка эффективности системы  управления;

обобщение и  оформление результатов анализа.

Под синтезом понимается процесс создания (совершенствования; организации; проектирования) систем управления. Синтез систем управления осуществляется путем определения, последующего согласования статических и динамических характеристик системы, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия системы поставленным задачам.

Целью синтеза  системы управления являются:

создание новой  системы управления, на основе новых  достижений пауки и техники;

совершенствование существующей системы управления на основе вы явленных недостатков, появление новых задач и требований.

Синтез представляет собой многошаговый итеративный  процесс. К задачам синтеза систем управления относятся:

формирование  замысла и цели создания системы;

формирование  вариантов облика новой системы;

приведение описания варианта облика системы во взаимное соответствие;

оценка эффективности  вариантов и принятие решения  о выборе облика новой системы;

разработка  требований к системе управления;

разработка  программ реализации требований к системе  управления;

реализация  разработанных требований к системе  управления.

Главная практическая задача системного подхода в исследовании систем новой системы:

разработка  требований к системе управления;

разработка  программ реализации требований к системе  управления;

реализация разработанных требований к системе управления¹⁰.

Главная практическая задача системного подхода в исследовании систем управления состоит в том, чтобы, обнаружив и описав сложность, обосновать такие дополнительные физически  реализуемые связи, которые бы, будучи наложенными на сложную систему управления, сделали ее управляемой в требуемых пределах, сохранив при этом такие области самостоятельности (следовательно, слабой предсказуемости), которые способствовали бы повышению эффективности системы. Включенные новые обратные связи должны усилить благоприятные и ослабить неблагоприятные тенденции поведения системы, сохранив и укрепив ее целенаправленность, но ориентируя ее на интересы надсистемы. Опыт исследования объектов различного состава, содержания и области применения (общественных, физических, технических, эргатических, биологических, мыслительных конструкций и т.д.) позволяет сформулировать три основных принципа системного подхода, которые можно положить в основу исследования, использования и создании сложных систем управления:

принцип физичности;

принцип моделируемости;

принцип целенаправленности.

Принцип физичности гласит, что всякой системе (независимо от ее природы) присущи физические законы (закономерности), возможно уникальные, определяющие внутренние причинно-следственные связи, существование и функционирование.

Принцип физичности включает постулаты: целостности декомпозиции, автономности, действий и неопределенности.

Постулат целостности - система, как единое целое, обладает особым, системным свойством (свойствами), которого нет у подсистем (элементов) при любом способе декомпозиции.

Постулат декомпозиции - анализ и синтез сложной системы  управления осуществляется путем расчленения  ее на подсистемы, располагаемые по уровням, причем подсистема на данном уровне является системой на нижележащем уровне и, в свою очередь, рассматривается как элемент вышестоящего уровня.

Постулат автономности - сложная система “живет” в  автономном функциональном пространстве. С точки зрения постулата автономности, при исследовании большинство декомпозиций, а может быть, все кроме одной, отпадут.

Постулат действий - изменение поведения сложной  системы может быть связано с  энергетикой, с веществом и с  информацией, которые, накапливаясь, проявляют  свое влияние скачкообразно, путем качественного перехода. Для изменения поведения системы требуется прирост воздействия, превосходящего некоторое пороговое значение.

Постулат неопределенности - существует область неопределенности, в приделах которой свойства сложной  системы могут быть описаны только вероятностными характеристиками.

Принцип моделируемости гласит, что сложная система представляется конечным множеством моделей, каждая из которых отражает определенную грань  ее сущности¹¹.

Принцип моделируемости включает постулаты: постулат многообразия моделей; постулат дополнительности; постулат согласованности уровней; постулат внешнего дополнения; постулат достаточности; постулат проверенного методического обеспечения.

Постулат многообразия моделей - выбор моделей зависит от цели анализа и синтеза и особенностей исследуемой системы.

Постулат дополнительности - сложная система управлений во взаимодействии со средой может проявлять  различные свойства в различных  ситуациях, в том числе альтернативные (т.е. несовместимые ни в одной их них). Постулат согласованности уровней - требования к системе, формируемые на любом уровне, выступают как условия или ограничения на выбор частных моделей и предельных возможностей системы на нижележащих уровнях.

Постулат внешнего дополнения - проверка истинности результатов, получаемых на каждом уровне, производится с использованием исходных данных, моделей и методов вышележащих уровней.

Постулат достаточности - включает проверку достаточности  принимаемых решений по заданным критериям эффективности и разработке соответствующих моделей, с помощью которых принимаются конструктивные решения на каждом уровне выбора характеристик системы.

Постулат проверенного методического обеспечения включает необходимость использования хорошо отработанных и экспериментально проверенных моделей и методик, обеспечивающих отдельные характеристики в заданные строки и с требуемой точностью.

Принцип целенаправленности гласит о том, что сложной системе  управления присуща функциональная тенденция, направленная на достижение системой некоторого состояния, либо на усиление (сохранение) некоторого процесса.

Принцип целенаправленности включает постулат выбора. Постулат выбора состоит в том, что сложные  системы управления обладают областью выбора и способностью выбирать поведение, т.е. осуществлять реакцию на внешние воздействия в зависимости от внутренних критериев целенаправленности.

Принципы физичности, моделируемости и целенаправленности достаточно полно отражают методологию  системного подхода. Принцип физичности предписывает причинно - следственные связи объекта любой природы к системам, построенным из этих объектов. Принцип моделируемости обеспечивает возможность использования в системном подходе упрощенных моделей, отражающих только те грани сущности сложной системы, которые интересуют исследователя. Принцип целенаправленности распространяется на все стороны человеческой деятельности, на системы любой природы.

Выделим следующие  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.

Сущностью структурного анализа является определение статических  характеристик систем по известной  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.