Теория Информационных Процессов и Систем.

 

В XX веке произошла Научно-Техническая Революция, которая проявилась в том, что коренным образом изменились производственные силы. Основная производственной силой стала наука. И, начиная с этого времени изменилось все вокруг. Изменилась общественная жизнь: психология взаимоотношения людей с природой. Все государства повышают ассигнования на развитие науки и организуют планирование и управление научной деятельностью. Можно выделить дваглавных направления научно-технического прогресса(НТП):

· Комплексная автоматизация производства, контроля и управления

· Открытие и использование новых видов энергии, создание и применения новых видов материалов.

Автоматизация – процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля передаются приборам и различным автоматическим устройствам.

Цель автоматизации – повышение эффективности труда, улучшение качества продукции, создание условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

 

Тенденции развития народного хозяйства:

· Увеличивается сложность технических средств

· Расширяется специализация предприятий, кооперация предприятий

· Повышение качества управления

В связи с этими тенденциями, появляются большие и чрезвычайно сложные системы, в том числе и системы управления. Для этих систем характерны такие проблемы, которые связаны в основном не столько с расширением свойств и функционированием самих элементов системы, сколько связаны с выбором наилучших структур, взаимодействием между этими элементами, нахождением наилучших режимов функционирования элементов и т.д..

Для решения этих новых задач необходимо было привлекать специалистов различных областей знаний и организовывать взаимопонимание между ними. Отсюда возникает системный подход к анализу явлений. Возникает теория систем.

 

Понятие системы возникает тогда, когда что-то, которое невозможно отобразить и представить простым выражением. Это что-то является большим, громоздким, сразу не совсем понятным, но оно является целым, единым.

В отличие от понятия множества, система подчеркивает целостность элементов входящих в систему, системе еще присуща цель функционирования.

Системный подход был предложен впервые философами. Первое упоминание термина тектология было описано русским ученым Богдановым в конце XIX века. В начале XX века биолог Людвиг Фон Берталамфи впервые ввел термин теория систем.

 

Эта теория изучает такие аспекты предметов, которые являются следствием общих свойств систем и получили наиболее широкое распространение в сфере формальных научных дисциплин. В России, начиная с 30-х годов, этой теорией занимаются философы. Благодаря им возникают новые направления в науке. Основное направление называется системный анализ.

Первоначально системный анализ трактуется так: этоконкретные методы выбора наилучших решений для возникшей проблемы.

Проблема принятия решений возникает тогда, когда решаемая задача усложняется настолько, что даже для ее постановки сразу нельзя предложить подходящий аппарат формализации и требует усилия специалистов из различных областей.

Пример: доставка груза из A в B проблема возникает тогда, когда вводятся критерии и требования к достижению цели, а также накладываются ограничения(время, скорость). Для решения задачи необходимо получить выражение, которое связывает воедино цель и средства достижения. Это может быть реализовано различными способами:

· Аналитически

· Поиск статистических закономерностей

· Введение некоторых правил, позволяющим принять решение

· Построение модели, на основе какой либо гипотезы и с помощью этой модели возможность проиграть различные варианты решения задач.

 

Системный анализ -совокупность определенных научных методов и практических проемов для решения разнообразных проблем, которые возникают во всех сферах целенаправленной деятельности общества.

Он опирается на системный подход к решению, математические методы, современные методы управления.

Основная процедура системного анализа – построение обобщенной модели, которая отражает реальную ситуацию.

 

Родственные направления системного анализа:

· Исследование операций - дисциплина, которая занимается выработкой количественных рекомендаций необходимых при планирования и организации операций. Операция – любое целенаправленно действие человека, группы или человекомашинной системы.

· Системотехника (теория больших систем) – изучает методы синтеза систем на основе изучения функционирования отдельных элементов системы. Согласно этой теории разрабатываются элементы, выполняющие строго определенные функции, чтобы создать систему с заданными функциями, из набора элементов выбираются те, которые обладают заданными характеристиками. Наука более технично результативно используется при проектировании систем любой природы.

Всё развитие общества, а также развитие теории управления сталкивается с так называемыми информационными барьерами:

· Иерархия управления - при развитии общества создавались иерархические системы управления обществом, а также правила взаимоотношений между людьми. Сначала - религия, затем законодательная система и различные экономические рычаги.

· Ограниченная способность людей перерабатывать поступающую информацию – сложность решаемых задач управления растет быстрее, чем число занятых в управлении людей. В начале XX века, в США: на 1 управленца – 40 рабочих, в1958 г. 6 рабочих, 1965 г. – 1 рабочий.

Причины:

1) В ХХ веке резко возросла сложность техники. Если в начале века 1 рабочий мог делать только небольшую операцию, то в конце века он управляет линиями, цехами

2) Управленческий персонал все больше занимается технической подготовкой, материальным, кадровым, финансовым и другим обеспечением.

 

Проектирование систем можно поделить на 2 группы:

1) Макропроектирование – занимается функционированием системы в целом.

2) Микропроектирование – занимается разработкой элементов систем.

 

В теории управления и систем рассмотрим макропроектирование, которое включает в себя:

1) Определение целей создания системы и круга решаемых задач

2) Описание факторов, действующих на систему, которая подлежит обязательному учету.

3) Выбор показателей эффективной системы

 

Если посмотреть на информацию, как на ресурс, то в данном случае информация должна приносить новые сведения, которые позволяют улучшить процессы, связанные с преобразование вещества, энергии и самой информации.

В данном случае с информацией связаны понятия: «источник» и «потребитель». Существуют 3 фазы существования информации:

1) Ассимилированная информация - представление информации в сознании человека, наложенное на систему его понятий и оценок.

2) Документированная информация – те сведения, которые зафиксированные в какой либо знаковой форме на физическом носителе.

3) Передаваемая информация – сведения в момент передачи информации от источника к потребителю.

 

Правильное восприятие информации может быть затруднено из-за наличия помех/шумов.

 

Информационные шумы

1. Синтаксический – информация, в которой нет смысла по определенному принятому соглашению. Синтаксический фильтр содержит набор правил, позволяющий различать осмысленные и бессмысленные последовательности знаков.

2. Семантический:

1) Каждое сообщение должно расширять знания потребителя о передаваемом предмете.

2) При передаче кода осуществляется проверка на существование этого кода и контроль сообщения на соответствие с уже имеющейся информацией.

3. Прагматический:

- Устанавливается степень ценности информации для потребителя (своевременность, полнота, доступность)

Для каждого шума существует свой фильтр.

 

По пути от источника к потребителю информация проходит через ряд устройств и на промежуточных стадиях, семантические и прагматические свойства отступают на 2-й план, так как потребитель в данный момент отделен от информации. В этом случае понятие информации заменяется, на более узкое понятие - данные.

Данные - набор фактов, символов, которые лексически и синтаксически связаны между собой. Данные безразличны к семантическому и прагматическому шумам.

 

Информация существенно зависит от тех процессов, которые протекают в изучаемой системе. Если это, например, процессы в сфере производства, распределения, обмена, потребления материальных благ, то это экономическая информация, если процессы протекают в вычислительной системе - это данные

 

Признаки, по которым осуществляется классификация информации:

1) Отношение к данной управляющей системе. Поэтому признаку сообщения делится на входные, выходные и промежуточные.

2) Признаки времени делятся на перспективные и ретроспективные (учетные данные).

3) Функциональные признаки разбивают систему согласно по способу функционирования, различают подсистемы объектов: химические, физические и другие процессы.

Система

Первое определение дал Людвиг Фон Берталамфи.

Система - комплекс взаимодействующих элементов, которые находятся в определенных взаимоотношениях друг с другом и внешней средой.

Затем в определениях появляется целостности, цели для системы. С появлением системного анализа появляется понятие пассивного или активного наблюдателя. Понятие системы меняется в зависимости от количества факторов и степени абстракции.

Определение системы:

D1: S = A (1, 0) – система есть нечто целое. Отношение А(1, 0) означает наличие или отсутствие целостности.

D2: S = (орг, M) – система есть организованное множество. орг. – это операция организации, приложенная к множеству M.

D3: S = ({m}, {n}, {r}) – система есть множество вещей, свойств, отношений.

D4: S = (, ST, BE, E) - множество элементов , образующих структуру ST. Обеспечивают определенное поведение BE, в условиях окружающей среды E.

D5: S = (x, y, z, H, G) – для автоматики. Система есть множество входов x, выходов y, состояний z, которые характеризуются операторами перехода H и операторами выхода G.

D6: S = (GN, RD, MB, EV, FC, RP) в биологической система: система учитывает биологическое начало GN, условие существования RD, обменные процессы MB, развитие EV, функционирование FC, воспроизводство RP.

D7: S = (F, SC, R, FL, FQ, CO, JN) в нейрокибернетических исследованиях:

- F – модель

- SC – связь

- R – пересчет

- FL - признак самообучения

- FQ – самоорганизация

- CO - проводимость связей

- JN - возбудимость моделей.

D8: S = (T, x, y, z, , V, , ) используется в автоматизированном управлении и расширяет пятое определение.

- T – время

- x,y,z - как в D5

- - класс операторов на выходе

- V - значение операторов на выходе

- и - операторы функциональной связи.

D9: S = (PL, RV, RJ, EX, PR, DT, SV, RD, EF) используется для организации систем.

- PL - цели и планы

- RV - внешние ресурсы

- RJ - внутренние ресурсы

- EX - исполнители

- PR - процессы

- DT - помехи

- SV - контроль системы

- RD - управляемость системы

- EF - эффект системы

 

Определение системы можно продолжать до тех пор, пока количества элементов, связей, действий в модели, не будет соответствовать реальной системе для решения поставленной задачи. На практике поступают следующим образом: сначала рекомендует воспользоваться полным описанием системы, затем выделить те факторы, которые наиболее сильно влияют на её функционирование и сформировать рабочее описание системы.

 

Элемент - простейшая, неделимая часть системы, с точки зрения конкретной задачи и поставленной цели.

Подсистема - более крупный комплекс, чем элемент, но в то же время более детальная часть, чем система в целом. Подсистема обладает свойствами системы, в частности цельностью, но она может иметь свою цель функционирования.

Структура – расположение; означает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами. Она обеспечивает связь между ними. Структура мало меняется во время работы системы, так как обеспечивает её существование. Структура может быть представлена графически, в виде матриц, множеств, графов.

Часто структура представляется в виде иерархически расположенных элементов.

В том случае, если компоненты нижнего уровня подчиняются только первому из компонент вышележащего уровня, то такая система является называются системами сильной иерархии (дерево графа).

Если существуют связи между элементами в пределах первого уровня, или же существует связь компонента нижнего уровня с несколькими компонентами более высокого уровня, то такая система называется системой со слабой иерархией.

Связь обеспечивает возникновения и сохранения структуры и целостных свойств системы. Она характеризуются направлением, силой и характером.

Связь делится:

1. Направленные и ненаправленные

2. Сильные и слабые

3. Подчинения и равноправно управляемые

4. Прямые и обратные

 

Состояние системы -мгновенный срез системы. Состояние определяется через входные и выходные сигналы.

U - входной управляющий сигнал

X - возмущение сигнала

- элементы системы

Z_t = f( _t, U_t, X_t)

Состояние - множество существующих свойств, которыми обладает система в данный момент времени.

Поведение системы -способность системы переходить из одного состояния в другое.

Z_t = f(Z_t-1, X_t, U_t, _t)

Внешняя среда - множество элементов, которые не входят в систему, но оказывают влияние на поведение системы.

Цель системы - идеальное устремление, которое позволяет увидеть перспективы и реальные возможности системы.

 

Формально, качество функционирования системы можно описать переменными:

U₁,U₂,…U_n. Одна из них, например: U₁ поддерживает в экстремальном значении.

U₁ = f(x,y,t,..)- целевая функция системы.

На остальные переменные накладываются ограничения. Часто функция f не имеет явного выражения и может быть задана алгоритмически.

 

Информационная система - система, которая функционирует во времени, её деятельность заключается в сборе, хранении, обработке и распространении информации о деятельности какого либо объекта.

Информационная система создается для конкретного объекта и должна копировать взаимосвязь элементов этого объекта.

Чтобы построить Информационную систему, нужно обладать принципами построения, функционирования системы:

 

1. Принцип соответствия - Информационная система должна обеспечивать функционирование объекта с заданной эффективностью, эффективность должна быть выражена количественно.

2. Принцип экономичности - затраты на обработку информации должны быть меньше экономического вы по использованию данной системы.

3. Принцип регламентированности - информация в Информационной системе может поступать и обрабатываться по расписанию, либо с заданной периодичностью.

4. Принцип самоконтроля - Информационная система должна обеспечивать обнаружение и исправление ошибок данных и в процессе их обработки.

5. Принцип интегральности - сведение к минимуму вводимой информации и множества использованных результатов работы Информационной системы.

6. Принцип адаптивности – способность Информационной системы менять свою структуру и поведение для достижения оптимального результата.

 

Особенности систем и ИС:

1. Большие объемы информации.

2. Большой вес в логической обработки данных.

Это выливается в сложные, дорогие процессы. Встает задача оценки эффективности ИС. Для этого разрабатываются некие числовые характеристики, которые называются критериями эффективности. Эти критерии должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Прямая зависимость от процесса проектирования и функционирования системы.

2. Должны давать наглядное представление о целях системы.

3. Иметь простой алгоритм расчета.

4. Допуск приближенной оценки по экспериментальным данным.

Критерии эффективности должны оценивать:

1. Систему в целом.

2. Отдельные составляющие этапов проектирования системы

3. Важнейшие компоненты этапа эксплуатации системы.

Цели функционирования ИС:

1. Обеспечить максимальной полнотой информации

2. Обеспечить максимальной возможной скоростью представления информации.

3. Обеспечить максимальное удобство взаимодействия ИС с пользователем.

Все это обеспечивает повышение эффективности управления объектом.

Эффективное использование ресурсов ИС

a)Сокращение расходов на создание, эксплуатацию, развитие ИС.

b) Максимальное извлечение информации из имеющихся объемов данных.

c) Сокращение избыточности данных.

 

Критерии работы системы, соответствующей поставленным целям:

1. Отношение объема информации данных к объему информации управления.
2. Время обработки информации.
3. Время которое необходимо потребителю на запрос необходимой информации и её использование в управлении.
4. Сумма капитальных вложений и текущих затрат на создание, эксплуатацию и развитие системы.
5. Соотношение объемов входной и выходной информации.
6. Доля избыточной информации в общем объеме данных.

Все критерии противоречивы. При их выборе необходим компромисс.

Классификация ИС

ИС можно классифицировать по многим аспектам в зависимости от цели и задачи.

1) По функциональным признакам.

2) По режиму работы.

3) По способам представления вычислительных ресурсов.

4) По виду отображаемых объектов.

5) По виду научного направления.

6) По виду формализованного аппарата.

7) По типу целеустремленности.

8) По сложности структуры и поведения

9) По степени организованности.

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: