Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Отличие системы и подсистемы.

Правило объединения элементов в системе является более общим, а для подсистем - более частным, т.к. при объединении подсистем в систему учитывается подсистема без внутреннего ее рассмотрения, а в подсистеме уже рассматриваются сами элементы. Любая система, как нечто целое, в то же время является частью, подсистемой более крупной системы.

Декомпозиция системы позволяет выделить подсистемы различных уровней или рангов. Число уровней, число подсистем может быть самым различным. Такое деление называют иерархией.

Одну и ту же систему можно делить на подсистемы по-разному, в зависимости от выбранного правила объединения элементов в подсистеме. Лучшим правилом является то, которое обеспечивает системе эффективное достижение цели.

S 0^й уровень

S₁₁S₁₂1^й уровень

S₁₁₁S₁₁₂S₁₂₁S₁₂₂

2^й уровень

Структура - совокупность связей между элементами системы, отражающая их взаимодействие.

Структура - это строение, расположение, порядок.

Исходя из рассмотрения структуры для каждой подсистемы выделяют вышестоящие и подчиненные подсистемы для каждого уровня. Связи между подсистемами бывают: горизонтальные по уровням и вертикальные между уровнями. Связи системы со всеми подчиненными подсистемами считаются внутренними, а в вышестоящие - внешними. Связи, как правило, направленные во внутрь системы - это входы, из системы во внешнюю среду - выходы. Т.к. подсистемы считают самостоятельной единицей, то у каждой из них существуют свои входы и выходы.

В соответствии с иерархической структурой выделяют 4 типа входов и выходов по уровням:

(n+1) ВС n+1

x₁₄y₁₄

x₁₁

n^й уровень n₁n₂

x₁₃ y₁₃y₁₁

x₁₂y₁₂

(n-1)^й уровень (n-1)₁(n-1)₂

x₁,y₁ - связи с вышестоящей подсистемой;

x₁₁,y₁₁- связи с системой на одном уровне;

x₁₂,y₁₂,x₁₃,y₁₃- cвязи с подчиненными подсистемами;

x₁₄,y₁₄- связи с ВС.

Каждая подсистема в иерархической структуре выполняет свои функции, но согласованные с главной или глобальной целью функционирования системы. Функции подсистемы - это целенаправленный набор действий, операций или процедур.

Функции системы связаны с 2 группами преобразований.

Первая связывает входы системы X с ее состояниями W. Она означает, что при определенном наборе значений входных параметров X система придет в некоторое состояние, характеризуемое значениями W.

Вторая группа преобразований связывает состояние системы W с ее выходами Y, т.е. при определенном наборе значений внутренних параметров W эти преобразования обеспечат некоторый набор значений выходов Y.

В итоге, с точки зрения внешней среды функции системы заключаются в том, чтобы при определенном наборе значений входных параметров X, получить соответствующий набор выходных параметров Y.

Проектирование СУ заключается:

1) в определении содержания множеств X, W, Y;

2) в изучении зависимостей между ними и возможность преобразования множеств X в W и W в Y;

3) в выборе и реализации оптимальных преобразований.

Пример.

Для системы S определены:

X={Xi} - множество входов;

W={Wi} - множество параметров, характеризующих состояние системы;

Y={Yi} - множество выходов.

Для каждого Xi существует область определения XiÌX, в которой он принимает текущее значение x_i Î Xi, для каждого Wi своя область определения Wi ÌW с текущими значениями w_i Î Wi и для каждого Yi существует своя область YiÌY, в которой текущее значение y_iÎYi.

Т.о. имеем пространство входов X Ì (x_1*x_2*...), WÌ(w_1*w₂...) пространство состояний, YÌ (y_1*y_2*...) пространство выходов.

Тогда выполняемые системой преобразования представим отображениями: G: W® Y; T: X®W; M: X®Y. Система определяется как

S = (X_*W_*Y).

Для определения внешних и управляющих воздействий рассмотрим

схему

Внешняя среда

Система управления

Информация о Управляющая подсистема

внешней среде

Управляющий Управляющая Исполнительный

элемент информация элемент

Управляющее

воздействие

Управляемый Управляемая

объект подсистема

Обратная связь

(информация о состо-

янии объекта)

Внешние возму-

Внешняя среда щающие воздейст-

вия

Управление возможно лишь при наличии информации в СУ.

СУ имеет три основных элемента:

1. Объект, которым управляют (станок, завод, отрасль (.

2. Управляющий элемент (человек, техническое устройство), получающий информацию о состоянии объекта, внешней среде. На ее основе этот элемент вырабатывает решение (управляющую информацию/.

3. На основе выработанного решения исполнительный элемент (рука рабочего, аппарат министерства, администрация цеха (осуществляет управляющее воздействие на управляемый объект.

СУ делят на две подсистемы: управляемую (объект (и управляющую (управляющий и исполнительный элемент/.

Самым главным является управляющий элемент, т.к. он должен обладать способностью своевременно перерабатывать информацию, выработать управляющее воздействие и довести его до исполнителя и до объекта управления.

Причем на каждое возможное состояние управляющий элемент должен отреагировать конкретным решением. Это положение известно как закон необходимого разнообразия согласно которому управляющий элемент должен обладать по крайней мере не меньшим разнообразием, чем ОУ.

Управляющие воздействия, поступающие из управляющей подсистемы в управляемую подсистему могут иметь различный характер: энергетический, материальный, информационный - в зависимости от природы управляемого объекта.

1.2 Системный анализ

1.2.1 Принципы системного анализа

Системный анализ (СА) - это методология решения сложных проблем большого масштаба - выбор направления развития производства, определение политики в области развития ресурсов и т.д.

Под системным анализом понимают всестороннее, систематизированное изучение сложного объекта в целом, вместе со всей совокупностью его внешних и внутренних связей. Системный анализ позволяет выявить имеющиеся возможности улучшения функционирования объекта.

На современном уровне развития он еще не является научным методом в строгом смысле, т.к. для ряда его этапов формальный аппарат не существует. Эти этапы выполняются на содержательном уровне, на основе логики, здравого смысла, инженерного опыта и интуиции. Однако уже сейчас число неформализованных этапов быстро сокращается и системный анализ относится с полным правом к научным методам изучения сложных систем. Для системного подхода характерными признаками являются:

1. Одновременный охват проектированием большого числа задач.

2. Максимальная типизация и стандартизация решению

3. Относительная автономность разработки подсистем;

4. Организация централизованного информационного, математического, программного и технического базисов системы.

Системный подход предлагает изменение последовательности выполнения работ по каждой задаче. Одно из существующих изменений заключается в том, что прежде, чем приступить к разработке машинного алгоритма и программы решения задачи, их взаимно увязывают по информации.

Преимущества системного подхода следующие: исключение избыточного дублирования информации; сведение к минимуму дублирования в программировании за счет использования стандартных программ; возможность построения интегрированной системы обработки информации; возможность системного решения вопроса выбора комплекса технических средств КТС.

Одним из важнейших приложений системного подхода к производственному планированию является составление и реализация комплекса моделей для всех уровней планирования. Эти задачи в целом можно рассматривать как систему моделей, выражающих единый и непрерывный поиск наилучших условий реализации плана.

Принципы системного подхода

Принцип целеобусловленности исходит из положения о первичности цели, согласно которому любая экономическая и техническая система создается для достижения конкретной цели. Например: выпуск продукции в заданных объемах и установленного качества.

В процессе функционирования системы ее цели могут меняться. Соответственно этому изменяется структура системы и выполняемые ею функции.

Принцип относительности заключается в том, что любая система рассматривается как часть более общей системы. Из этого принципа следует, что система как целое изучается при учете свойств ее подсистем и, наоборот, свойства подсистем определяются из свойств системы в целом. Таким образом ни одна система не может рассматриваться изолированно, поскольку она является элементом другой системы.

Этот принцип устанавливает также иерархию организацию системы и иерархию целей. При этом цели функционирования системы задаются вышестоящей системой.

Принцип управляемости - сложная организационная система имеет свойства кибернетической системы, обладает иерархической структурой системы управления, связанной с управляемыми объектами прямыми и обратными связями.

Принцип связности - является следствием категории сложности. Он устанавливает, что система связана не только с входящими в ее состав подсистемами и элементами, но и с ее внешней средой, которая воздействует на систему, а последняя, в свою очередь, влияет на внешнюю среду. Из этого принципа следует, что при изучении системы необходимо рассматривать комплекс, состоящий из вышестоящей системы (внешней среды), изучаемой системы и ее подсистем. Критерии на входе задает старшая система, а исследуемая система свободна в выборе внутренних критериев.

Принцип моделируемости - изучение сложных систем возможно исключительно с помощью моделей. Основным методом моделирования сложных систем является их математическое описание, которое представляет собой формальное отображение основных свойств системы, характерных закономерностей, изучение которых позволяет принимать эффективные управленческие решения.

Суть системного анализа состоит в постановке проблемы, ее структуризации, построении и использовании модели объекта. В процессе системного анализа устанавливают цель и метод оценки степени достижения цели при различных вариантах решения, после чего разрабатываются способы достижения цели.

Проблема - ситуация, которая характеризуется различием между существующей и проектируемой системами.

Требования - формализуют проектируемую систему.

Решение - ликвидация различия между существующей и проектируемой системами.

1.2.2 Этапы системного анализа

Системный анализ состоит из следующих этапов: постановки задачи, структуризации системы, построения и исследования модели, ее анализ.

1. Постановка задачи, заключающаяся в изучении объекта, постановки целей и задание критериев.

Применительно к системам управления прежде всего необходимо выяснить само назначение проводимого исследования. При этом должны быть решены следующие вопросы: Предполагаются ли радикальные решения, связанные с коренной реконструкцией действующей системы или необходимо только улучшить ее работу на базе существующих возможностей? Почему изменения представляются необходимыми? Что необходимо получить в результате этих изменений? Что мешает изменить систему в нужном направлении? Как оценить эффективность изменения? и т.д.

Первый этап - этап постановки задачи, особенно важен, т.к. от него зависят конечные результаты.

2. Структуризация системы - второй этап системного анализа.

Структуризация системы заключается в разбиении ее на подсистемы, определении их входов и выходов, определение границ системы.

3. Построение модели или моделирование - третий этап системного анализа.

Модель - это приближенное, упрощенное представление процесса или объекта. Формализованное представление объекта в той или иной форме называют моделью. Чем она ближе к объекту, тем более модель адекватна оригиналу.

Модели значительно облегчают понимание системы, позволяют проводить исследования, прогнозировать, анализировать и синтезировать различные системы в интересующих нас условиях.

С помощью моделей можно получить характеристики системы проще, дешевле и быстрее, чем при исследовании реальной системы. Удобнее всего работать с простыми моделями, однако, чем проще модель, тем менее адекватна она оригиналу. Модель считается адекватной, если она обеспечивает необходимую точность исследований.

Для получения различных результатов на выходе системы проводят пассивный и активный эксперименты.

4. Исследование модели. Завершающим этапом системного анализа является исследование модели. На этом этапе выясняется поведение моделируемого объекта и процесса в различных условиях. Для этого изменяют параметры модели и задают на ее входах различные значения параметров, соответствующие воздействиям внешней среды. Полученные результаты позволяют прогнозировать поведение объекта в реальных условиях.

Анализ результатов прогноза, проверка соответствия выбранных

критериев и целей.

1.2.3 Использование системного анализа при проектировании АС

При создании АСУ необходимость использования системного подхода объясняется сложностью ОУ, увеличением темпов развития науки и производства, что увеличивает длительность разработки СУ. Проектирование подобных систем требует больших материальных и трудовых затрат. Отсюда основное назначение системного подхода - сокращение периода проектирования систем.

Применительно к проектированию АСУ термин "Системное проектирование", в широком смысле слова, означает совместную разработку как управляемой так и управляющей подсистем. Это означает, что должны быть определены цели и критерии функционирования системы, определен весь комплекс проблем, для ее проектирования.

В узком смысле под термином "Системное проектирование" понимается комплексная разработка только управляющей системы, основанная на системном анализе объекта управления, и, в частности, производственного процесса. При этом не предполагается существенного изменения самого производственного процесса, так как автоматизированные системы чаще всего разрабатываются для действующих предприятий со сложившейся технологией производства.

Обычно весь процесс системного проектирования распадается на две стадии.

Существует два основных подхода к проектированию и внедрению различных задач в условиях АСУП: локальный и системный. Сущность локального проектирования заключается в том, что создание АСУП осуществляется путем последовательного наращивания задач, решаемых на ЭВМ. Эти задачи обычно решаются изолированно. К числу положительных сторон такого подхода можно отнести сравнительно быструю отдачу, обозримость решаемых задач, возможность разработки задач небольшими изолированными группами, простоту контроля и управления разработкой.

К недостаткам локального проектирования относятся: невозможность обеспечения рациональной организации комплексов задач; избыточное дублирование информации; постоянная перестройка схем и организации решения задач; невозможность минимизации документооборота; невозможность правильной компоновки комплекса технических средств КТС.

Второй подход заключается в принятии основной методологической концепции системного (комплексного) подхода в проектировании и локального внедрения АСУП. Основы этого подхода сформулированы В.М.Глушковым.

Первая стадия - внешнее проектирование (макропроектирование).На данной стадии определяют цели и критерии управления в системе и подсистемах, а также основные характеристики структурных частей системы.

Вторая стадия - внутреннее проектирование (микропроектирование). На данной стадии производится выбор и проектирование компонентов системы, т.е. подсистем и отдельных алгоритмов.

При разработке АСУП особое внимание следует уделить стадии макропроектирования, так как именно на этой стадии во многом определяется эффективность системы в целом.

Функционирование управляющей подсистемы направлено на обеспечение выполнения управляемой подсистемой поставленной цели. Таким образом, эффективность управляющей системы может быть оценена некоторой мерой достижения объектом управления (предприятием, цехом и т.д.)поставленной цели в результате процесса управления.

Обычно, количественные характеристики этой меры, показывающие степень приспособленности системы к выполнению поставленной цели называют показателями цели или критериями эффективности управления.

С точки зрения системного проектирования выбор критериев управления является наиболее ответственным этапом, поскольку тем самым предопределяется структура системы в целом.

Систему управления можно представить в виде блок - схемы. (t)

u(t) Управляемая x(t)

подсистема

(объект)

v(t) y(t)

СПК ЭВМ ССИ

Цель Управляющая

управления подсистема

КЭ

Р Д

Т П К

Ц Т П К В С

Т П К

Рис. - Синтез СУ на базе системного подхода

Первый этап - формирование заданной цели. Этот этап реализуется с помощью метода декомпозиции, позволяющего выявить необходимые данные Д и соответствующие им требования Т, как условие достаточности реализации заданной цели. Обычно цель может декомпозироваться на подцели. Иерархия целей должна быть дополнена перечнем ресурсов Д для обеспечения каждой цели. На основе исходных данных Д, которые возникают из анализа окружающей среды, цели управления, ограничений на ресурсы, формируются технические требования Т. С учетом этих требований создаются отдельные подсистемы П, компоненты К (элементы подсистем) и осуществляется выбор В этих компонентов на основе критерия эффективности КЭ.

1.3.1 Научные основы автоматизированного управления

Понятие управления является одним из наиболее из фундаментальных,всеобъемлющих и приближается по своей значимости и философским категориям. В целях его уточнения введем два следующих понятия: субъект управления и объект управления.

Под субъектом управления обычно понимают конкретные лица, коллектив людей, образующие органы управления предприятий, организаций и т.д.

Объектом управления называют ту часть окружающего мира, состояние которой представляет интерес для субъекта управления и на которую он может воздействовать целенаправлено.

Понятие цели - одно из базовых в системном подходе. В кибернетике цель - это некоторый будущий результат действия кибернетической системы, достигаемый с помощью принципа обратной связи. В системотехнике цель - это желаемый результат деятельности системы, достижимый в пределах некоторого интервала времени.

Для того, чтобы объекты достигали поставленой цели, субъект должен вырабатывать некоторую последовательность управленческих воздействий, приводящих к желаемым изменениям управляемых параметров у объектов управления.

Таким образом, управление - это процесс, направленный на достижение определенных целей на основе имеющейся информации, поступающей от объекта управления по обратной связи.

Управление всегда осуществляется для достижения определенной цели. Эта цель связана с состоянием объекта и среды, в которой он находится.

Особое место занимают системы, объектом управления которых являются коллективы людей. Такие системы называются системами организационного управления, т.к. управляющие воздействия в них направлены на организацию (согласование) поведения коллектива людей. Управление в этом случае имеет информационный характер.

Организационные объекты: социально-политические и макроэкономические системы высшего ранга (государство, н/х). В этих системах управление носит общественный характер.

Одна их трудностей та, что управление применяется на различных уровнях (управление государством, управление в сфере материального производства, отраслью, предприятием. цехом, участком, комплексом орудий).

Кибернетика позволила выяснить закономерности процессов управления и сформулировать общие принципы управления, состоящие в том, что процесс организационного управления - информационный процесс. Кибернетика - наука об управлении, о процессах сбора, передачи, переработки информации. Под информацией понимается наличие знаний, сведений о состоянии системы.

Управление объектом должно осуществлятся наилучшим или оптимальным образом.

Оптимальное управление заключается в выборе оптимальных управляющих воздействий в соответствии с установленной целью управления. Выбор осуществляется с учетом ограничений и на основе информации о состоянии объекта и внешней среды.

1.3.2 Технология автоматизированного управления как информационный процесс

Управление - процесс выдачи управляющих воздействий на основании полученной и переработанной информации.

В управлении различают:

1) информационный процесс, рассматриваемый с позиции содержания, количества, ценности и процесса преобразования;

2) действия по обеспечению функционирования объекта на основе получения информации о его состоянии.

Изучение процесса информационного - это область кибернетики, материального процесса преобразования информации - электроники.

Информация, которая используется в организационном управлении, является экономической информацией, а информация, связанная с управлением материальными объектами - технической информацией.

Экономическая информация сопровождает процессы производства, распределения, обмена и потребления. Большая часть экономической информации связана с общественным производством и может быть названа производственной информацией.

Для экономической информации характерны:

- большие объемы;

- многократные повторения циклов ее получения и преобразования за определенное время;

- значительный удельный вес логических операций ее обработки.

Структурно экономическая информация состоит из показателей.

Показатель представляет собой контролируемый параметр объекта управления и состоит из наименования и значения.

П=< Н_п, З_п >

Н_п - наименование показателя;

З_п - значение показателя;

Показатель формируется из совокупности реквизитов, имеющей экономическое смысловое содержание. Реквизиты - это логически неделимая часть показателя. Его нельзя разделить на более мелкие информационные единицы (буквы или цифры) без нарушения смысла.

Каждый показатель состоит из одного реквизита состояния и одного или нескольких реквизитов-признаков.

Реквизит (основание) определяет количественную сторону объекта или процесса (норма времени, вес детали и т.д.) и характеризует его количественную сторону. Реквизиты-признаки характеризуют качественную сторону и определяют наименование показателя (прибыль, рентабельность, объем выпуска продукции).

Управление объектом должно осуществляться научным или оптимальным образом.

Управление - перевод подсистемы из одного состояния в новое, заранее назначенное путем воздействия на ее переменные. При этом сложный процесс управления разбивается на отдельные операции, совершаемые в определенной последовательности. Акад. Берг А.И. определяет: кибернетика - это наука о целенаправленном, оптимальном управлении сложными динамическими системами.

И.Новак считает, что управление - это упорядочение системы.

Организационное управление - целенаправленное информационное воздействие одной системы на другую, стремление изменить поведение системы (подсистемы) в определенном направлении.

Содержательная сторона управления - обеспечение функционирования организационной системы, ее развитие и изменение в соответствии с разработанными целями (критериями эффективности).

Организация производства - это порядок, структура и способ функционирования, устанавливаемые на предприятии, предписывающие определенные взаимоотношения между всеми работающими, их производственное поведение, взаимосвязь, соподчиненность и функции (обязанности и права).

Организация - статика, управление - динамика. (Пример со светофором, где часовой механизм - стабильная организация; система с фотоэлементом, принимающая решение - кибернетическое устройство с гибким управлением). Чем выше и отработанное организация процесса, тем меньшая доля приходится на управление, т.е. обратная пропорция. Может показаться, что при хорошей организации на предприятии, управление не дано. Однако оно необходимо за счет среды (случайность) и за счет развития.

Обратная связь при АУ:

а) положительная (увеличение, расхождение);

б) отрицательная (уменьшение, отклонение).

Вход m Выход

Ä Объект гос.

обратная связь

СУ

Обратная связь - процесс (воздействие на объект, переработка его в выходной сигнал и обратное действие выхода через обратную связь на выходную величину - все это процесс передачи и переработки данных). Управление без обратной связи возможно при полном знании характеристик и сведений.

Выбор главного фактора (аквариум с термостатом).

Есть несколько возмущений (открывание окна, двери и т.д., приводящие к понижению температуры. Однако можно регулировать только силу тока и поддержание в аквариуме термостатом t^o= const).

Система характеризуется следующими признаками:

1) множеством элементов;

2) иерархией;

3) объединение элементов через отношения и связи;

4) упорядоченность;

5) структурная организация;

6) наличие цели;

7) поведение активное и пассивное - функционирование;

8) Т, вход, состояние, выход.

Декомпозиция (расчленение на подсистемы)

Искусство управления состоит в том, чтобы уметь разумно отбирать взаимосвязанные факты, в расчленении решаемой задачи на ряд последовательных звеньев.

Пример с системой шофер(регулятор) - автомобиль (объект) улица. Композиция - процесс составления сложной системы.

Иерархия - это многоступенчатое управление. Нижние уровни отличаются большой скоростью обработки и реакции. Это автономные механизмы управления. Чем менее разнообразны сигналы, тем быстрее ответ.

1.3.3 Условия реализуемости организационного управления

Организационное управление, как и всякое управление, направлено на достижение определенной цели. Цель будет достигнута, если параметры системы, описывающие состояние, будут соответствовать заранее установленным или планируемым. Состояние динамических систем W в момент t отображается точкой (t)Î W, W(область допустимых параметров состояния).

x(t)

X (t) Y (t)

_ ОУ

W (t)

СПК ССИ

СУ

где ССИ - система сбора информации

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

СПК - система передачи управляющих команд

Информационные потоки:

x(t),y(t) - соответственно действительный и регистрируемый векторы состояния управляемой системы;

V(t),U(t) - векторы управляющих команд и вектор управляющих воздействий;

W - множество параметров состояния системы;

x(t) - векторы возмущающих воздействий;

Ф - критерий управления, формализующий цель управления.

В общем случае показатели цели управления в АСУП могут быть представлены как зависимости вида

Ф=Ф{ x(t), u(t), x(t) } (1)

Тогда проблема разработки управляющей системы состоит в том, чтобы построить и реализовать на ЭВМ алгоритмы, вырабатывающие такие управляющие воздействия, которые экстремизируют выбранный показатель цели управления

Ф{ x(t), u(t), x(t), extr u(t)} (2)

гдеu(t)ÎR^m, x(t)ÎRⁿ, tÎ[ t_o,T ]

При этом необходимо соблюдать ограничения вдоль траектории управляемой системы (x, u, t)ÎG

(x, t_o)Îe_o, (x, T)Îe_T(3)

и граничные условия GÌRⁿx R^mx R’

eoÌR₁ⁿx R’, (e_TÌR₂^mx R’) (5)

R^| - одномерное действительное пространство.

Решение проблемы (1-3) оказывается возможным при том условии, когда задана зависимость

где t_o£t^|<T

Выражение (2-4) в определенном смысле представляет собой модель управляемой системы, описывающей поведение этой системы при возможных внешних воздействиях.

Расшифруем данную модель.

Допустим, что в качестве управляющей системы имеется некоторый завод, когда компонентами вектора состояния W(t) данного объекта могут являться, например, уровень незавершенного производства по цехам завода, состояния запасов на складах завода, объема реализации продукции и т.п. В качестве компонент вектора случайных воздействий x(t) здесь могут выступать интенсивности отказов оборудования, величины брака, срывов поставок и т.д.

Эффективность данного производства может быть оценена такими показателями, как объем реализации продукции, прибыль, рентабельность, суммарная загрузка оборудования и др. Покажем как можно трактовать зависимости (1-6), если в качестве критерия эффективности управления Ф рассматривается максимум суммарной загрузки оборудования.

В этом случае компонентами искомого вектора управляющих воздействий u(t) являются производственные задания рабочим местам, участкам, цехам. При этом задания должны быть определены таким образом, чтобы суммарная нагрузка оборудования была максимальна.Т.е. надо определить, какие детали, изделия, на каких рабочих местах и в какой последовательности необходимо выполнить, чтобы суммарная загрузка была наибольшей.

Для того, чтобы компоненты вектора u(t) были реальны с точки зрения производственно-технических возможностей завода, при их ограничении необходимо учитывать сответственные ограничения. Например, следует учесть допустимую производительность оборудования, имеющийся состав рабочей силы, наличия необходимых материалов, инструмента и т.п. Тем самым формируется множество типа G (3).

Кроме того, необходимо исходить из фактического состояния производства на начальный момент времени (например, уровня незавершенного производства) и требуемых объемов выпуска к концу рассматриваемого временного интервала, что определяется граничными условиями вида (4).

Упомянутые расчеты могут быть выполнены, если известно, как влияет то или иное управляющее и возмущающее воздействие на состояние данного производства (6). Размерности действительных пространств R^m и Rⁿ (5) определяются характеристиками рассматриваемого объекта управления (завода), такими, как номенклатура изделий, количество оборудования, число производственных рабочих и пр.

Из примера завода достаточно наглядно видно, что определение вектора управления u(t) в информационно-управляющих АСУП связано с построением алгоритмов, должным образом учитывающих как параметры объекта управления, так и его производственно-экономические возможности.

Для реализации алгоритмов в соответствии с принципами системного проектирования, на этапе макропроектирования необходимо определить вид функционала (2) и зависимостей (3-6) и разработать структуру управляющей подсистемы.

На этапе макропроектирования детализация структурных элементов системы должна быть доведена до такого уровня, при котором может быть осуществлена например реализация алгоритмов до минимальных программ выработки векторов.

1.3.4 Цель, критерий эффективности управления, ограничения

При реализации автоматизированного управления важнейшее значение имеет критерий эффективности. От правильного определения цели и критерия эффективности системы зависит направленность ее разработки, характер функционирования. Цель системы определяет ее назначение, смысл функционирования, т.е. для чего создается система, что она должна делать, что мы хотим от нее получить. Цель системы определяется в основном внешними факторами.

x(t) Y(t)

X(t)

ОУ

СУ

Целью системы управления является реализация некоторого набора выходов Y (объем выпуска, номенклатура, прибыль, качество и др.). В пространстве выходов Y определена область цели YÌ Y, Y(объем 10 тыс., 100 шт. изделий и т.д.), которая в общем виде выражается в точку цели:

Y*=(Y₁^*,Y₂^*,...,Y_n^*).

В динамических системах состояние выходов в момент t отражается точкой Y(t)ÎY

y¢

y_к

y_i

y_н

* t.

* Цель системы задают различным способом. Для одних систем это чтобы y(t) достигла области , для других, чтобы y(t) сначала достигла , а затем продолжала движение по траектории y(t) . Для отдельных выходов области задание цели называют частной целью. На траектории у’(t) может быть задана конечная цель - y’_k, промежуточная - y’_i. Введем понятие расстояния от текущей точки (P₁), отражающей состояние системы и ее выходов в момент t до конечной цели. Если выполняется условие P₂<P₁, то систему называют целенаправленной.

Критерий эффективности позволяет определить насколько успешно система выполняет свои функции.

Формализовать цель и критерий эффективности весьма трудно,т.к. необходимо учитывать большое число многообразных факторов.

Изменение функционирования системы часто дает эффект не внутри самой, а за счет изменений в других системах. Например, изменение характера производства, выпуск новой продукции на предприятии улучшает его экономические показатели, но больший эффект для н/х дает использование новой продукции другими предприятиями.

Системы имеют несколько уровней управления.

Чем выше уровень системы, тем труднее формализовать ее цель и критерий эффективности. С повышением уровня система приближается к общегосударственным общенациональным интересам.

Такая система имеет большую размерность, на нее влияет очень большое количество сложных и многообразных факторов, трудно поддающихся анализу и учету.

Критерий должен удовлетворять следующим условиям:

1. Быть эффективным, т.е. должен оценивать деятельность системы как эффективную или неэффективную (max выпуск продукции).

2. Быть количественным, выражать эффективность системы числом (социальный эффект, прибыль на 10%).

3. Быть эффективным в статистическом смысле, т.е. иметь min разброс значений; иначе нужно проводить большое число измерений.

4. Max учитывать все условия деятельности системы.

5. Быть простым для того, чтобы его вычисления не требовали больших затрат.

6. Иметь физический смысл, что упрощает его понимание.

7. Желательно нормировать критерий по сравнению с идеальным(% от плана).

8. В случае векторного критерия, желательно уменьшить число компонентов.

Примеры выбора критерия:

Ф=å b_iФ_i^* - для скалярного критерия.

Для векторного критерия определяется управление оптимальных по Парето. Оптимальными по Парето приняты такие решения, ни одно из которых не является доминирующим. Например, каждому управлению uÎU соответствует набор параметров f₁(u),...,f_r(u), которые надо оптимизировать / max или min/. Тогда оптимальное по Парето управление и характеризуется тем, что не существует такого управления u¢, для которого f₁(u¢) > f₂(u*), i=1,r. Т.е. нельзя сказать какой из параметров f₁(u),...,f_r(u) важнее для управления в целом. Каждое из множеств оптимальных по Парето управлений лучше любого другого по одному из независимых критериев.

1.3.5 Иерархия структур АСУ

Важным этапом системного анализа является структуризация системы - определение ее границ и выделение структурных составных частей.

Структура системы управления определяет основные свойства и характеристики функционирования системы. В соостветствии с ГОСТ - выделенную по определенному признаку часть АСУ называют подсистемой АСУ. Совокупность действий, направленных на достижение определенной цели, называют функцией АСУ. Выполнение АСУ функций, осуществляемое на действующем объекте управления и обеспечивающее достижение заданных целей, называют функционированием АСУ (ГОСТ 24.003-84).

1.3.6 Характеристики структур

Структура отражает строение и внутреннюю форму организации, взаимоотношения и взаимосвязи элементов системы. Каждая АСУ, как сложная система, обладает множеством элементов, свойств, связей между элементами. Охватить их одновременно в рамках одного понятия структуры не представляется возможным. Поэтому выделяют следующие характеристики структуры:

1 группа характеристик связана с иерархичностью систем;

2 группа характеристик связана с оцениванием качества ее функционирования.

К первой группе характеристик относятся: число уравнений иерархии, число подсистем (элементов) на каждом уровне, степень централизации, норма управляемости, мера равномерностей связей, степень специализации подсистем, характер взаимосвязей между подсистемами и уровнями иерархии и т.д. Ко второй группе относятся: эффективность, надежность, живучесть, гибкость структуры (способность к перестройке), быстродействие, достоверность обработки данных, загрузка технических средств и др.

Многие из характеристик, связанных с иерархичностью системы могут быть определены количественно, а такие как характер взаимосвязи между подсистемами и уровнями - являются качественными.

Число уровней иерархии и число подсистем на каждом уровне оценивают соответственно "высоту" организационной структуры и "ширину" каждого ее уровня. Каждая система S_j может рассматриваться как некоторая часть более общей системы S. S_jÎ S. Взаимосвязь между системами S и S_j строится по принципу иерархии, предусматривающей подчиненность подсистемы S_j системе S в смысле как структурного местоположения, так и распределения управляющих функций. Следовательно, любую систему можно декомпозировать на подсистемы различных рангов. Процесс деления осуществляется по соответствующим признакам дополучения составляющих элементов.

Как правило, декомпозировать систему можно несколькими способами, причем во всех случаях получаем различное число подсистем. В результате такой декомпозиции множество всех подсистем называют множеством M системы S, существует столько же множеств данной системы, сколько и способов ее деления. Таким образом, систему S можно представить в виде дерева, на котором выделяются подсистемы, относящиеся к разным уровням (рис.1).

Важной характеристикой организационной структуры АСУ является степень централизации и норма управляемости (размах контроля). Степень централизации характеризует разделение полномочий между уровнями системы.

уровень 0 S₀

S₁S₂S₃уровень 1

S₁₁S₁₂S₂₁ S₂₂S₃₁S₃₂уровень 2

уровень 3

S₁₁₁S₁₁₂S₁₂₁S₁₂₂S₂₂₁S₂₂₂ S₃₂₁ S₃₂₂

Рис.1 Дерево системы и результат ее разделения на подсистемы

Для каждой пары смежных уровней (к-1,к), к=2,к, степень

централизации b=L_k/L_k-1 - отношение задач решаемых на к-ом уровне

L_k, к объему задач решаемых на (к-1) уровне L_k-1. Объем решаемых

задач можно оценить по количеству перерабатываемой информации на

каждом уровне. Чем больше значение b, тем выше степень централизации системы.

Степень централизации (т.е. увеличение числа задач) приводит к повышению управляемости подсистем, к увеличению переработки информации на верхних уровнях. Повышение степени децентрализации увеличивает самостоятельность подсистем, ведет к уменьшению объема переработки информации верхними уровнями.

Степень централизации тесно связана с нормой управляемости, характеризующей объем задач решаемый руководителем. На практике это определяет число работников подчиненных одному руководителю и для различных уровней АСУ она неодинакова.

Фазы управления

Процесс автоматизированного управления объектом можно представить последовательностью соответствующих фаз.

Различают следующие фазы:

1. Планирование.

2. Регулирование (коррекция).

3. Параметризация.

4. Измерение и учет.

5. Контроль и анализ.

Все фазы управления разделим на два подкласса: основные и обеспечивающие. К основным могут быть отнесены фазы:

а) планирования оптимальной программной траектории управляемой системы на определенный период времени;

б) регулирования (коррекции), т.е. нахождение управляющих воздействий, которые направлены на устранение случайных возмущений.

К обеспечивающим могут быть отнесены фазы:

а) параметризации, т.е. процесс получения основных, относительно постоянно параметров (характеристик) производственных процессов с целью создания адекватных математических моделей управления системы;

б) контроля и анализа, осуществляется проверка соответствия действительного и планового показателей, определения факта и причины возникновения отклонения фактической траектории управляемой системы от программной траектории, а также нахождения величины этого отклонения;

в) измерения и учета, обеспечивается подведение итогов выполнения плана, получения данных о состоянии управляемой системы за определенный промежуток времени.

Поведение экономической системы (предприятие, цех, участок) можно представить некоторой траекторией в фазовом пространстве Rⁿ

x(t)Î Rⁿ

где 1 - оптимальная траектория,

относящаяся к фазе планирования

2 - действительный процесс

3 - программная траектория

4 - реализуемая траектория

Рассмотрим экономическое содержание фазы управления

В фазе планирования различают расчеты

- объемные, при которых элементы плана рассчитывают на весь плановый период;

- календарные, осуществляющие точную привязку планов к календарным.

В фазе регулирования в зависимости от объектов воздействия различают регулирование:

- запасов;

- затрат на производство;

- производительности;

- календарных планов;

- качества и т.п.

В фазе параметризации (установление и описание параметров) выделяют

- опытно-статистическое нормирование, при котором нормы на параметры устанавливают на основе обработки статистических данных о выполнении работ;

- расчетно-техническое нормирование базируется на методике установления норм на основе данных о технической производительности оборудования, изучение затрат времени с учетом опыта, НОТ и т.д.

В фазе контроля данных различают регулярный и статистический контроль.

Фаза учета состоит из бухгалтерского, оперативного и статистического.

Как видно из схемы, управляющая информация поступает из вышестоящих органов в виде контрольных цифр в ПЭО, где анализируют эту информацию и рекомендуют соответствующие критерии управления. В результате функционирования фазы планирования информации V₁(t) в виде машинных документов попадает в ПЭО.