Иерархичность
структуры управления.
Управление в БС может
быть централизованным и децентрализованным.
Централизованное управление предполагает
концентрацию функции управления
в одном центре БС. Децентрализованное
— распределение функции управления
по отдельным элементам. Типичные БС, встречающиеся
на практике, относятся, как правило, к
промежуточному типу, когда степень централизации
находится между двумя крайними случаями:
чисто централизованным и чисто децентрализованным.
Децентрализация управления позволяет
сократить объем перерабатываемой
информации, однако в ряде случаев
это приводит к снижению качества
управления.
Обобщение понятий сложных систем.
- Общими признаками сложных систем (биологических, технических, социально-экономических) является то, что каждая из них представляет собой структурно организованную совокупность более простых частей (подсистем), взаимосвязанных и взаимодействующих в процессах целенаправленного функционирования системы.
- Каждая из систем входит как подсистема в состав более крупной системы (старшего ранга); в свою очередь подсистемы (кроме элементарных), могут представляться как системы младшего ранга.
- Системы взаимодействуют с внешней средой, которая реализуется через внешние связи: входные и выходные.
- Процесс функционирования системы в узком смысле - процесс преобразования ресурсов на входе в целевые конечные результаты основной деятельности на выходе.
- Эффективность основной деятельности системы характеризуется отношением целевых конечных результатов к затратам ресурсов на достижение этих результатов и на устранение (или ограничение в допустимом диапазоне) отрицательных следствий функционирования.
- Целеустремленность процессов функционирования проявляется в намерении поддерживать и повышать высокую эффективность системы, адаптируясь к изменениям внешней среды.
- Процессы функционирования системы (в широком смысле) - совокупность процессов основной деятельности в разных по масштабам процессов развития и усовершенствование систем.
- Математическое описание процессов функционирования системы - математическая модель, но при действии нестационарных случайных сигналов процессы функционирования часто нельзя описать математически, т.е. формализовать.
- Процессы функционирования систем нуждаются в управлении, которое реализуется за счет целенаправленных действий и обратных связей.
- Процесс управления: сбор информации; ее анализ и контроль; изготовление управляющего действия; ее реализация.
- Совокупность органов управления системы и подсистем всех уровней вместе с информационными связями (внутренние и внешние) - это иерархическая система управления.
Методы
и объекты системного анализа
Методы системного анализа объединяют
математические методы, компьютерные
технологии, теории автоматического
управления, исследование операций, которые
приводит к объективной необходимости
привлекать знание из разных наук.
В дальнейшем рассматриваются методы,
которые используются для таких
сложных систем, как технологический
комплекс, автоматизированный технологический
комплекс, компьютерно-интегрированная
система управления, корпоративные
сети (ТК, АТК, КИСУ, КС).
Системный
подход при анализе тк
Признаки технологических
комплексов как сложных систем.
Можно выделить разные признаки, но главными
являются те, которые характеризуют
как некоторые количественные стороны,
например, количество элементов, так и
качественные. Известный подход, когда
сложной системой (СС) называют такую,
математические модели которой можно
описать, по крайней мере, двумя способами
(детерминированные и стохастические,
теоретико-вероятностные и т.д.). Для ТК
при характеристике их как СС выделяют
такие признаки:
- количество подсистем, особенно это имеет значение для непрерывных ТК. Эти подсистемы, связанные между собой сложными структурными и функциональными отношениями;
- возможность управления подсистемами на основе разных критериев оптимальности;
- существование для подсистем задач оперативной оптимизации и необходимость координации работы подсистемы;
- наличие иерархической структуры;
- необходимость учета автономности подсистем.
Анализ ТК как сложных систем
предусматривает определение и
оценку их структуры, оценку материальных
и энергетических потоков, формирование
необходимых информационных определений,
что дает возможность определить
структуру управления. При построении
автоматизированных ТК определяется количество
подсистем, расположение точек получения
информации, расположение пунктов управления
и техническая реализация системы.
Применение методологии системного
подхода к созданию сложных систем управления.
Методология – это совокупность приемов исследования
в науке. Системный подход при создании
сложных структур управления проявляется
в таких подходах:
- Любая система на первом этапе рассматривается с учетом лишь формальных связей между разными факторами и оценки характера их изменения под влиянием внешних условий.
- Система всегда исследуется в условиях неопределенности (цели, характеристик внешней среды и поведения оператора). Важно обеспечить в системе адаптацию и возможность развития.
- Сложность систем управления, их информационная мощность требует привлечения некоторых специальных приемов, например, декомпозиции и агрегирование.
- В сложных системах управления (ССУ) всегда используются структурные преобразования.
- В общей теории систем должны использоваться определения, методы и приемы, которые являются понятными для других научных дисциплин (например, информатика и автоматика).
- В теории систем применяются унифицированные понятия, которые дают возможность охарактеризовать как систему любой сложности, так и любую ее часть.
Системный подход к созданию
автоматизированных технологических
комплексов (АТК) и компьютерно-интегрированных систем
управления (КИСУ)
По основным признакам АТК и
КИСУ – это сложные системы, поэтому
при решении задач анализа
и синтеза используются методы и
приемы системного анализа: определение
иерархий, применение методов декомпозиции
и агрегирования. Объектом для сложных
систем управления является технологический
комплекс, производство или предприятие
в целом. В этом случае рассматриваются
равные иерархии: типичный технологический
процесс, участок, цех, производство (завод),
предприятие.
Автоматизированный технологический
комплекс включает две основные части:
объект и система управления. Особенностью
системного подхода являются формирования
структуры и характеристик объекта, а
также синтез системы управления для сформированного
объекта. Это касается комплекса задач,
в частности выделения подсистем, определение
точек-источников информации, управляющих
влияний, оценки качества процесса функционирования
и т.д.
Главная особенность системного подхода
при анализе и синтезе сложных
систем - необходимость итераций, т.е.
повторение этапов, процедур и операций
с новыми данными.
Аналогичный подход используется при
анализе и синтезе КИСУ с учетом
таких особенностей: определение
количества и уровней рабочих
мест, количества и уровней вычислительных
сетей.
Структурный
анализ сложных систем управления
Для этих систем анализируется организационная,
функциональная, техническая структура.
Эти структуры можно рассматривать,
как определенные модели, которые
отображают функции и цели, стоящие
перед системой. В первую очередь
учитывают иерархичность системы,
поэтому их структуры всегда будут
многоуровневыми. Эта многоуровневая
структура помогает на разных уровнях
рассматривать с разной детализацией
свойства системы и ее составные.
Таким образом, структура - совокупность
элементов и связей между ними, которые
определяются соответственно функциям
и целям системы.
Функциональная,
организационная и техническая структура
Организационная структура
(на примере предприятия) Эта структура предназначена для решения
таких задач:
- Описание состава подсистем и связей между ними;
- Определение функций подсистем и при необходимости раскрытия их внутренней структуры;
- Описание материальных и информационных потоков;
- Построение общей информационной структуры и соответствующих моделей.
Функциональная структура дает
возможность:
- определить функции управления в структурных подразделах существующей системы;
- избрать функции, которые автоматизируются;
- определить связи между автоматизированными функциями;
- разработать иерархию задач управления и соответствующих моделей.
Техническая структура отображает
основные технические средства для получения
информации и ее обработки, а также устройства
для связи между элементами, в том числе
сети.
Общая задача структурного анализа
состоит в определении структурных
свойств системы и ее подсистем
на основе описания элементов и связей
между ними.
Системный
анализ многоуровневых иерархических
структур
Современный этап развития автоматизации
производства характеризуется внедрением
сложных систем управления, которые
реализуются с помощью многоуровневых
иерархических структур на основе компьютерных
сетей разного уровня и назначения.
В основе разработки таких структур
лежит понятие иерархии подзадач
(функций), которые решаются системой
со своими объектами и критериями.
Эта иерархия отображается в иерархии
математических моделей с соответствующими
ограничениями и иерархии технических
средств. Иерархические структуры (системы)
управление имеют такие основные
характеристики:
- последовательное вертикальное расположение подсистем, которые составляют систему (вертикальная декомпозиция);
- приоритет действий или права вмешательства подсистем верхнего уровня;
- зависимость действий подсистем верхнего уровня от фактического выполнения нижними уровнями своих функций.
Названные особенности нуждаются
в специальных подходах к математическому
описанию процесса функционирования сложной
системы управления, на основе которой
можно было бы проявить зависимости
показателей эффективности от параметров
системы и внешней среды, ее структуры
и алгоритмов взаимодействия элементов.
Кроме того, математические модели
дают возможность решить главную
системотехническую задачу - синтез оптимальной
структуры. Это возможно лишь на основе
многоуровневого иерархического описания
с применением разных формальных
языков, которое дает возможность
подать исследуемую систему как
элемент (подсистему) более широкой
системы: рассматривать ее как единое
целое; определить структуру с необходимой
степенью детализации. Для возможности
обеспечения нужной точности и удобства,
учет многих характеристик системы
используют разные уровни описания. Первый
уровень отвечает информационному
описанию, т.е. рассматриваются информационные
связи системы с внешней средой и ее роль
в получении и переработке информации. Второй
уровень обнаруживает множество функциональных
элементов и отношения между ними. Третий уровень -системотехническое
описание, которое дает возможность определить
техническую структуру системы с соответствующими
средствами.
Многоуровневое описание системы
имеет ряд общих свойств:
- выбор уровня описания зависит от цели исследования, разработка моделей на разных уровнях может проводиться параллельно, т.е. независимо;
- требования к условиям работы подсистем верхнего уровня выступают как ограничения подсистем нижнего уровня;
- на нижних уровнях описания выполняется наибольшая детализация, но назначение и содержание системы раскрываются на верхних уровнях.
При функционировании сложной системы
управления возникает ряд особенностей,
связанных со взаимодействием подсистем:
- более крупные подсистемы функционируют на верхнем уровне, который определяет более широкие аспекты поведения системы в целом. Подсистема верхнего уровня есть «командной» по отношению к другим и координирует работу подсистем нижнего уровня;
- период принятия решений на верхнем уровне всегда больший, чем на нижних. При этом необходимо учитывать такое обстоятельство: сигналы от верхнего уровня не могут поступать чаще, чем информация от нижних, так как иначе не будет координации нижних подсистем;
- подсистема верхнего уровня всегда имеет дело с более медленными аспектами поведения всей системы, она всегда ожидает результаты реакции подсистем нижних уровней, например, реакцию подсистем разных уровней можно разбить по частоте действующих возмущений;
- на верхних уровнях описание и проблемы менее структурированы, имеют больше неопределенностей, более сложные для формализации.
Таким образом, проблемы принятия решений
на верхних уровнях более сложные.
Основные задачи управления рассматриваются
и используются как на стадии проектирования,
так и в период эксплуатации.
Для эффективного функционирования
системы управления ТК важными являются условия координируемости
и совместимости подзадач управления.
Эти условия гарантируют решения общей
задачи, если существует решение каждой
из подзадач. В общем случае постулат совместимости
для двухуровневой системы управления
формируется так.
Принятие
решений в сложных системах
Проблема выбора и принятие решений
Выбор - это действие, которое придает
всей деятельности целеустремленность,
и именно выбор реализует подчинение
всей деятельности определенной цели
или совокупности целей.