Типовые представления при исследованиях систем управления

Типовые представления сложных систем и их систем управления - это минимальный объем информации об объекте и ее системе управления, позволяющий корректно решать задачи их исследования выбранными методами.

Исследователь должен обладать определенной информацией о функциях, структуре, параметрах и других характеристиках субъекта и объекта управления. Уже отмечалось, что информацией могут считаться только те данные, которые снимают неопределенность в знании о субъекте и(или) объекте с точки зрения конкретной задачи менеджмента.

Другие данные могут быть своеобразным «шумом» и способны не только затруднить исследования, повысить их стоимость, но и привести к неверному выводу, прогнозу.

Без типовых представлений процессов, объектов или субъектов исследование невозможно. Осознано или неосознанно их используют во всех отраслях науки, практики. Это многофункциональный инструмент исследования. Типовые представления находят применение в качестве:

- «формы» («оболочки») на этапе сбора информации для проведения исследований. При отсутствии необходимой информации невозможно проводить исследование систем управления. Это связано, в частности, с тем, что для каждого из методов, типов моделей, используемых для контроля, диагностики проблемы, прогнозирования и планирования требуется определенный объем информации об объекте, предмете исследования. При отсутствии этой информации исследование с применение конкретного метода просто не возможно;

- основы метода исследования, так, например, при контроле и диагностике они могут определять последовательность исследования отдельных частей целого;

- основы проверки истинности результата исследования. Два типовых представления одного объекта могут позволить получить искомый результат различными методами и провести их сравнение (прямую верификацию);

- информационной базы, основания для проведения исследований по аналогии;

- информационной основы проведения сравнительных исследований систем управления на различных иерархических уровнях (функции, структура, элементы, связи) и др.

Исследователю приходится искать компромисс между двумя рисками: первый - отбросить полезную информацию; второй - понести излишние затраты времени и средств на обработку данных, информацией не являющихся.

В процессе анализа исследуемых объектов и процессов типовое представление может быть основой, которая позволяет использовать принцип аналогичности (т. е. постоянную ориентацию

на объект-аналог с известной исследовательской моделью). Без некоторой типизации представлений объектов исследования и объекта, рассматриваемого в качестве аналога, это не возможно.

Кроме того, типовые представления открывают возможность применять при исследовании и моделировании некоторый абстрактный типовой аналог с унифицированным набором исходных данных и связанных с ним приемов диагностики и прогнозирования. Это, с одной стороны, позволяет обеспечить достаточность информации для диагностики проблемы и исследования состояний объекта управления, а с другой стороны, - минимизировать объем используемых данных.

Каждое типовое представление связано с некоторым конечным множеством математических и методических приемов анализа и прогнозирования.

Практическая польза типовых представлений состоит в сокращении затрат на выбор метода исследования, прогнозирования, разработку прогнозной модели, выбор метода планирования эксперимента и др. Типовое представление позволяет сократить или избежать затрат на разработку серии гипотетических поисковых (предварительных) моделей. Оно обеспечивает неразрывность процесса предмодельных исследований и структуризации информации при подготовке диагностической или прогнозной модели в исследованиях.

Типовые представления можно разделить на два класса: кибернетические, то есть абстрагирующееся от структуры представляемого объекта, и не кибернетические, то есть учитывающие структуру объекта.

Основные требования к объему информации при типизации представлений субъектов, объектов и процессов:

1) достаточность для разработки модели и решения поставленной задачи;

2) минимальный объем информации (минимальная размерность модели).

Наиболее часто при диагностике проблемы, прогнозировании и решении задач технико-экономического анализа используют следующие, отражающие структуру объекта типовые представления:

• функционально-декомпозиционное представление;

• представление в виде контуров обслуживания;

• агрегативно-декомпозиционное;

а также не учитывающее структуру представление в виде модели «параметр - поле допуска» кибернетического типа.

Функционально-декомпозиционное представление 121.

Такое представление следует за предметным описанием. Исходя из располагаемой на ранних этапах разработки информации, в него целесообразно включить сведения об условиях и целях функционирования, то есть о выполняемых функциях. При таком представлении узловым является понятие «функция сложной системы».

Выделяют три типа таких функций. Обозначим {F} - конечное множество функций ОПС, выделив в нем три непересекающихся подмножества: {F} - подмножество функций цели; {F^Y} - подмножество функций адаптации; {F^v} - подмножество функций живучести.

Функцией цели F, назовем однозначные отображение i-того элемента К-разбиения множества условий эксплуатации в соответствующий элемент Р_i множества {Р} целей функционирования:

Перечень функции цели системы удобно задавать в виде таблицы функциональных отображений. В первом столбце таблицы функциональных отображений помещают номера функций цели, во втором - формальное описание i-того элемента К-разбиения множества условий эксплуатации, в третьем - описание i-той цели функционирования. В четвертом столбце может помещаться время реализации функций цели.

В предметном смысле функция цели агрегирует все то, что должна сделать система для достижения цели функционирования и то, с какими параметрами она должна это сделать. В процессе работы системы любая из функций может принимать два значения: 1 - при нормальном функционировании, О-в противном случае.

Кроме того, могут изменяться условия функционирования или состояния системы вследствие отказа подсистем.

Функцией адаптации F_ij^Y назовем отображение изменения условий функционирования в изменение цели функционирования:

где: t - момент изменения условий функционирования;

t_ц - интервал времени системного выбора цели системы, соответствующей условиям функционирования;

t_p - интервал времени реконфигурации функции цели.

условия функционирования системы могут изменяться естественным образом, например погодные, и в результате случайных или умышленных действий человека, например, рыночных стратегий конкурентов.

Функцией живучести назовем отображение изменения состояния системы вследствие отказа или повреждения подсистем в изменение цели ее функционирования:

в общем случае:

где: Т, Т_ц, Т_р -обозначения, аналогичные ранее введенным.

Подмножества функций адаптации и живучести могут быть заданы в виде квадратных таблиц, номера строк и столбцов которых соответствуют номерам функций цели.

В пересечении строки и столбца проставляют «+1» (или параметры агрегата, обеспечивающего переход), если возможен переход от выполнения функции цели с номером строки к выполнению функции цели с номером столбца, и «О» - в противном случае. Названные таблицы функций адаптации и живучести задают отношения достижимости функций цели по условиям применения и живучести, соответственно.

В таблице функциональных портретов (таблице функций и элементов) фиксируют участие подсистем в реализации определенных функций цели системы. Номера строк этой таблицы соответствуют номерам функций цели, а номера столбцов -номерам подсистем. В пересечении строки и столбца проставляют «+1», если подсистема участвует в реализации функции цели с номером строки и «-1» - в противном случае.

Вместо «+1» могут проставлять характеристики подсистемы, важные с точки зрения задачи исследования. Например, могут проставлять занимаемые площади и(или) объем финансирования системы. Пример фрагмента таблицы функциональных портретов (функции и элементы) гипотетического бизнес центра приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Фрагмент таблицы функциональных портретов (функции и элементы) гипотетического бизнес-центра.

В состав функционально-декомпозиционного представления может включаться и другая информация о системе, необходимая для решения поставленных задач исследования, прогнозирования. Например, кроме перечисленных характеристик, в функционально-декомпозиционное представление может входить модель изменения важнейших параметров, а также допущения в свойствах системы.

Основными преимуществами такого представления являются: относительно небольшой объем исходной информации и возможность выделения элементов (или групп оборудования), которые отвечали бы за осуществление переходов от выполнения одной функции к другой, а также простота выделения действий, необходимых для этого. Такие свойства типового представления позволяют проводить анализ сверхсложных систем, систем на начальных стадиях разработки, при экспресс-анализе вариантов развития и операций.

Представление в виде контуров обслуживания /3/.

Контуром обслуживания называют набор взаимосвязанных элементов, функционирование которых направлено на реализацию алгоритма решения задач управления одним из процессов в системе. При использовании многоконтурного подхода объект управления рассматривается в виде взаимосвязанной совокупности технологических процессов, заданных графом G(J,I~), где: J - множество процессов, Г - множество технологических связей между J.

Задают структуру многоконтурной системы так:

S = { Sа, Sф, Sи, Sт, Sтп };

Sа - алгоритмическая,

Sф - функциональная,

Sи - информационная,

S_T- техническая,

Sтп - топологическая структура.

Они определяют, соответственно, взаимосвязанные наборы алгоритмов решения задач управления, функции информационных массивов, технических средств для выполнения функций контуров управления и обеспечения связи между ними.

Каждая из функций цели или(и) функций адаптации и живучести сложной системы могут быть представлены в виде некоторой совокупности контуров обслуживания.

Агрегативно-декомпозиционное представление /4/.

При этом рассматривается абстрактная схема функционирования сложной системы, центральным звеном которой является агрегат. Представление агрегата изображено на рис.2.1.

В каждый момент времени t, принадлежащий интервалу

агрегат находится в одном из возможных состояний Z(t).

Рис.2.1. Представление системы в виде агрегата.

Состояние агрегата в фиксированный момент времени I > t_o определяется предыдущим состоянием и управляющим воздействием g (Т) в соответствии с оператором переходов Н с использованием зависимости:

Z(t) = H [Z(t_o), g(t)].

Агрегат имеет входные контакты. На них поступают входные сигналы x(t), которые в соответствии с оператором выходов G преобразуются в выходные сигналы y(t):

y(t) = G [Z(t), x(t)].

Агрегатное представление наиболее наглядно и поэтому наиболее часто используется в настоящее время. В качестве агрегата рассматривают станок, группу оборудования, производственные цеха, организацию в целом. При большом числе агрегатов такое представление становится труднообозримым.

Эти типовые представления образуют некоторую иерархию, чем-то напоминающую известную игрушку - «матрешку»: функция сложной системы включает в себя соответствующий набор контуров обслуживания, а каждый из контуров обслуживания состоит из некоторой совокупности соединенных определенным образом агрегатов.

Каждая из функций цели или(и) функций адаптации и живучести сложной системы может быть представлена в виде некоторой совокупности контуров обслуживания. Принципиальным отличием функционально-декомпозиционного представления является возможность выделить как контуры целевого управления, так и контуры управления адаптацией и живучестью. Это, в частности, может позволить исследовать взаимосвязанные (каскадные) отказы, возможность шпионажа с использованием компьютерных сетей, хакерства и в других задачах.

Пример. Функция цели гипотетического ВУЗа - подготовка экономистов — может быть представлена в виде совокупности контуров: управления набором студентов (деканат - приемная комиссия - кафедры), управления качеством подготовки

специалистов (деканат - кафедра - учебно-методическое управление ВУЗа - редакционно-издательский отдел), контур диспетчирования занятий (бюро расписаний - деканат - кафедра), контур управления профессорско-преподавательским составом (отдел кадров - кафедра - деканат - институт повышения квалификации ВУЗа) и др.

Контур управления набором студентов включает агрегаты: деканат - приемная комиссия - кафедры. Контур управления качеством подготовки специалистов включает: деканат - кафедра - учебно-методическое управление ВУЗа - редакционно-издательский отдел. Контур диспетчирования занятий включает: бюро расписаний - деканат - кафедра и др.

Агрегат (высшего уровня иерархии) - кафедра - состоит из агрегатов низшего уровня: преподавателей, технического персонала, оргтехники, помещений, мебели и др.

Кибернетическое представление в виде модели «параметр - поле допуска» /5/часто используют для контроля элементов, а совокупности контрольных операций элементов -в диагностических исследования систем управления.

При таком представлении считают, что система (объект или субъект) управления или исследования обладает определенными выходными параметрами. Совокупность значений этих параметров П_i (t), i = 1,..., n определяет работоспособность системы.

Условие работоспособности соответствующего объекта исследования, его элементов имеет вид:

Пi_H(t)<П_i(t)<G_iB(t),

где: П_iн, П_iB - верхний и нижний допуски на i-тый параметр.

Эти допуски в количестве, равном 2хп, образует некоторое пространство, являющееся n-мерным прямоугольным параллелепипедом. Выход i-того параметра за пределы оговоренных допусков переводит объект управления в области не-допустимых или неуправляемых состояний.

Это представление не описывает структуру объекта, и поэтому оно может быть использовано для контроля.

Для диагностики состояний объекта можно использовать последовательность процедур контроля элементов.

При практическом использовании этих представлений в исследовании должны быть учтены следующие факторы:

• цели и задачи исследования;

• объем информации, который тесно связан с этапом жизненного цикла исследуемого объекта или процесса;

• имеющиеся в распоряжении время, средства и т. п. для решения стоящей задачи.

При исследованиях, анализе объектов высокой сложности рекомендуют разрабатывать его представления последовательно, начиная с более общих (предметное, функционально-декомпозиционное, контурами обслуживания, агрегативно-декомпозиционное,

«параметр - поле допуска»), обеспечивая таким образом постепенное и управляемое наращивание информации об анализируемом объекте.

Как уже отмечалось, типовым представлением (вида «параметр - поле допуска»), является и бухгалтерский баланс, бланк таблицы статистической отчетности.

В целом типовые представления обеспечивают необходимой информацией логические, сравнительные и формальные исследования систем управления с использованием разнообразных моделей.

Поиск по сайту: