Координация в иерархических системах управления
Стр 1 из 16Следующая ⇒ Иерархические системы управления (ИСУ) – это системы произвольной природы (экономические, технические, социальные, биологические) и назначения, имеющие многоуровневую структуру в организационном, функциональном или каким-либо ином плане. Всем иерархическим системам присущи следующие особенности: · вертикальная декомпозиция или многоуровневая иерархия; · приоритет действий верхнего уровня, или подчиненность (отношение субординации) действий нижних уровней решениям, принимаемым на верхнем уровне; · зависимость решений, принимаемых на верхних уровнях иерархии, от результатов, полученных на нижних уровнях, т. е. наличие обратных связей в ИСУ (рис. 6.1). Широкое распространение ИСУ и их универсальный характер обусловлены рядом преимуществ, которыми они обладают по сравнению с другими системами управления: · свобода локальных действий в пределах, обусловленных вмешательством верхнего уровня; · возможность согласования локальных и глобального критериев оптимальности уровней ИСУ в соответствии с целью, поставленной перед всей системой; · преимущества обобщения, сжатия, агрегирования информации, поступающей в ИСУ «снизу вверх», и — конкретизации, детализации информации, передаваемой «сверху вниз»; · высокая надежность системы управления, ее гибкость и адаптивность к изменяющейся ситуации; · универсальный характер и, зачастую, – экономичность. Рисунок 6.1 Иерархическая структура системы управления Основные разделы теории ИСУ: структурный анализ и синтез ИСУ; проблема координации ИСУ; оптимизация функционирования ИСУ. Задачи структурного анализа и синтеза ИСУ весьма разнообразны, представление сложной системы в виде ИСУ зависит от принципа детализации: он определяет структуризацию системы по уровням. Различают три основные концепции построения иерархической структуры «по вертикали»:
1. декомпозиция системы по аспектам деятельности называется стратификацией сложной системы, а сами уровни называются стратами. Так, например, регион как сложная система, может быть представлен следующими уровнями, или стратами: политической, экономической, социальной, природно-климатической, экологической, др.; 2. расчленение системы по организационному признаку позволяет строить многоэшелонные структуры управления, отражая необходимую субординацию между подсистемами, что является плодотворным при построении системы управления различными производствами, фирмами и др.; 3. подразделение сложной проблемы на частные задачи позволяет представить процесс решения в виде многослойной иерархии. В ходе структуризации каждый из уровней можно подразделить еще на ряд подсистем уже по другому признаку. В качестве такового можно использовать функциональный подход или избранный принцип управления: c отрицательной обратной связью, с адаптацией, с обучением и др. На рис. 6.2 изображена схема декомпозиции ИСУ по различным признакам, выбор которых определяется целями исследования. Рисунок 6.2 Декомпозиция ИСУ по различным признакам Основными задачами, возникающими при исследовании ИСУ, являются задачи анализа и синтеза иерархических систем. Рассмотрим некоторые предпосылки формального подхода к постановке задания исследования. ИСУ любой степени сложности может быть представлена как совокупность взаимосвязанных модулей, в качестве которых выступают двухуровневые ИСУ — простейшие подсистемы, имеющие все характерные особенности ИСУ (рис. 6.3). Рисунок 6.3 Двухуровневая иерархическая система управления Двухуровневая ИСУ образована
1. вышестоящей управляющей подсистемой, или координатором 2. процессом Р, связь которого с внешней средой осуществляется посредством входа Х и выхода Y, а обмен информацией о результатах деятельности происходит по каналам обратной связи zi. Взаимодействия между подсистемами ИСУ носят динамический характер, изменяются во времени и образуют замкнутый контур, причем по определению верхний уровень обладает приоритетом. При этом вышестоящий элемент Такие представления о правилах функционирования системы, используя терминологию теории множеств, в общем виде можно записать:
Выражения (6.9) иллюстрируют принципы построения соответствующих зависимостей, конкретный вид которых определяется спецификой реальной системы. Задача выбора способа координации элементом 1. координация путем «прогнозирования взаимодействий»: вышестоящий элемент прогнозирует состояние внешней среды и, в соответствии с ним, определяет связующие сигналы для подсистем нижнего уровня, которые действуют уже в условиях определенности;
2. координация путем «оценки взаимодействий»: элемент 3. «развязывание взаимодействий»: управляющие подсистемы действуют относительно автономно, самостоятельно выбирая связующие сигналы; 4. координатор осуществляет свое право путем «наделения ответственностью», определяя зависимость между действиями (результатами) управляющих подсистем и откликами (санкциями, поощрениями) координатора; 5. координация с помощью «создания коалиций», когда вышестоящий элемент определяет тип связей между группами элементов нижнего уровня. На рис 6.4 представлена двухуровневая система с двумя подсистемами на первом уровне, с помощью которой можно наглядно продемонстрировать сущность способов координации. Первый уровень (подсистемы С1 и С2) управляет объектами Р1 и Р2 с помощью воздействий m1 и m2. Координатор С0 управляет регуляторами С1 и С2, подавая на их входы координирующие сигналы g 1 и g 2, от которых зависят значения m1 и m2: m1 (g 1) и m2 (g 2). Или в общем случае: m1 (g) и m2 (g), где Рисунок 6.4 Двухуровневая система координации Система называется координируемой, если найдены такие значения
и используют их для построения алгоритма функционирования координатора. Стратегия координатора, при которой значения управляющих воздействий
то есть достигается баланс взаимодействий, называется принципом «прогнозирования взаимодействий», а если соотношения (6.10) заменяются на
где Выбор того или иного способа координации производится на основе сопоставления результатов теоретических расчетов, моделирования и эвристических соображений. При исследовании ИСУ, имеющих более двух уровней, при переходе от уровня к уровню характер задач и их алгоритмизация меняется и сопровождается усложнением: все меньше автоматизма и все больше эвристики, учитывающей мотивационные аспекты управления. Следующее уточнение касается выбора способа формализации связующих сигналов. Для этого рассмотрим декомпозицию отдельных подсистем двухуровневой ИСУ, представленной на рис.6.3. В соответствии с этой схемой, собственно управление процессом Р осуществляется подсистемами По предположению, процесс Р подвергается декомпозиции по аспектам и может быть представлен совокупностью подпроцессов Выработка связующих сигналов между подпроцессами, с точки зрения сущности их деятельности, может производиться на основе: известных управляющих воздействий и результатов (рис.6.5, д), или на основе управляющих воздействий и ситуации, определенной входами извне (рис.6.5, ж), или же на основе управления, ориентации на результат и учета ситуации вместе (рис.6.5, е). Эти концептуальные соображения могут быть положены в основу определения функции взаимосвязи подпроцессов F в конкретном случае исследования реальной ИСУ.
Рисунок 6.5 Декомпозиция процесса Р на подпроцессы Формальное описание процесса дается следующими соотношениями:
Декомпозиция управляющих подсистем осуществляется аналогично, однако полезно рассматривать процедуру координации во взаимосвязи с решаемыми в ИСУ задачами. В общем случае в ИСУ решаются задачи трех типов: глобальная, стоящая перед всей системой задача
Пусть
И аналогично:
где Совместное рассмотрение всех трех типов задач дает возможность определить понятие координируемости в ИСУ. Поскольку решение глобальной задачи связывается с функцией результата, который, в свою очередь, обеспечивается выбором управляющих воздействий из множества М, то решения локальных задач управления должны быть согласованы с решением глобальной задачи — координируемость 1, или координируемость первого рода. Иначе:
Обеспечение совместного согласованного управления подсистемами одного уровня производится на основе координации с помощью сигналов g, вырабатываемых координатором
В свою очередь, задача координатора должна быть скоординирована относительно глобальной задачи — координируемость 3:
Тогда понятие координируемости ИСУ предполагает совместимость всех задач, или существование в допустимых множествах Г и М таких элементов
Условие полной координированности ИСУ выражает предложение:
которое называется постулатом совместимости задач в ИСУ. Основной причиной возникновения конфликтов в ИСУ является нескоординированность во взаимодействии подсистем. Задача координатора — установление таких правил взаимодействия, которые приводят к желаемому результату: выполнению глобальной задачи с максимальной выгодой для подсистем различного уровня, и в этом отношении имеет смысл говорить о проблеме оптимизации в ИСУ. Принципы координации позволяют постулировать условия взаимодействия подсистем и опосредованно оказывают влияние на эффективность функционирования ИСУ. Критерием применимости конкретного принципа координации служит постулат совместимости. Таким образом, задачи синтеза ИСУ, которые ставятся в процессе проектирования таких систем, могут касаться различных аспектов проблемы: 1. синтез координатора: даны глобальная задача и задачи управления, решаемые подсистемами нижнего уровня. Необходимо найти такую задачу 2. синтез задач управления: известна глобальная задача, и координатор делегирует полномочия по управлению процессом подсистемам нижнего уровня, состав задач которых, структуру и характер взаимодействия определяет координатор так, чтобы выполнялся постулат совместимости задач. 3. синтез задачного комплекса: в соответствии с глобальной задачей формулируются задачи 6. синтез структуры ИСУ: в соответствии с известным задачным комплексом определяется необходимое число уровней иерархии и количество элементов каждого уровня. 5. синтез методов, или процедур координации: двухуровневая ИСУ определена, задачи в ней координируемы. Необходимо найти эффективный метод получения координирующих сигналов, которые позволяли бы перейти от частичной к полной координированности задач. 6. синтез процедур управления: аналогично пункту 5 определяется модификация задач управления, решаемых на нижнем уровне управления, такая, чтобы эти модифицированные задачи удовлетворяли постулату совместимости. 7. синтез производственной системы: осуществляется проектирование объекта, отвечающего потребностям внешней среды. Предпосылки формализации задачи синтеза в той или иной модификации будут приведены в разделе III настоящей работы.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|