Исследование систем управление - Малин

Оценка информативности показателей анализируемой системы управления

Основными проблемами параметрического анализа являются:

невозможность для большинства сложных систем управления дать адекватную количественную оценку информации I, получаемой о системе в процессе анализа, и определить ее зависимость I(П) от определяемых (измеряемых) показателей П;
сложность определения необходимых ресурсов R(П) для достоверного определения показателей П.

Для решения первой проблемы применяются следующие допущения:

d максимальную информацию о системе будут давать значения тех показателей эффективности нижестоящего уровня, которые оказывают наибольшее влияние на параметры выбора вышестоящего уровня, и значения тех параметров выбора, которые оказывают наибольшее влияние на показатели эффективности своего уровня;

 установлено (определено) распределение по важности параметров выбора сверхсистемы h₀ = {h₀_j}, j = 1, 2, ...,m₀, на которые оказывают влияние показатели эффективности исходного уровня системы управления q₁= {q₁_k}, k= 1, 2, ..., N;

 между показателями каждых двух соседних уровней определены межуровневые зависимости

h_1-i,j= Ф_1-i,j(q₁,V_1-i,V_i), j = 1,2,…,m1-i

и одноуровневые зависимости

q₁_k= F₁_k(h₁,V₁), k = 1,2,…,N;

функции чувствительности определяются соотношениями

где приращение показателей;

А_1к,A₁_j— коэффициенты важности, учитывающие влияние показателей на параметры выбора показателей эффективности соответствующих уровней.

Как правило, функции чувствительности определяются с использованием методов факторного анализа или экспертных оценок.

Приведенные допущения позволяют установить правило ранжирования показателей по степени их информативности: если A₁_k> А_1,_k₊₁, то показатель эффективности q₁_k дает больше информации о системе, чем q_1,_k ₊₁; или соответственно, если А₁_j > A_1,_j₊₁, то параметр выбора h₁_j дает больше информации о системе, чем h_1,_j₊₁

Для решения второй проблемы стоимостные ресурсы могут определяться экспертными оценками, временные - путем построения сетевых графиков проведения анализа на соответствующем уровне исследования системы управления.

Резюме

1. Системный подход — это подход к исследованию объекта (проблемы, явления процесса) как к системе, в которой выделены элементы, внутренние и внешние связи, наиболее существенным образом влияющие на результаты его функционирования, а цели каждого из элементов определены исходя из общего предназначения объекта. Системный подход как общеметодический принцип используется в различных отраслях науки и деятельности человека. Гносеологической основой его является общая теория систем. Системный подход посвящен решению системных задач, в которых объект исследований представляется в виде систем. Системные задачи могут быть двух типов: системного анализа или системного синтеза. Задача анализа предполагает определение свойств системы по известной ее структуре, а задача синтеза — определение структуры системы по ее свойствам.

2. Под анализом систем управления понимается процесс исследования, основанный на декомпозиции системы управления, с последующим определением ее статических и динамических характеристик составляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами системы и окружающей средой.

Цели анализа систем управления: детальное изучение системы управления для более эффективного использования и принятия решения о ее дальнейшем совершенствовании или замене; исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы управления с целью выбора ее наилучшего варианта.

К задачам анализа систем управления относятся: определение объекта анализа; определение функциональных особенностей системы управления; определение количественных и качественных показателей системы управления; оценка эффективности системы управления; обобщение и оформление результатов анализа.

3. Под синтезом систем управления понимается процесс создания (совершенствования; организаций проектирования) систем управления. Синтез систем управления осуществляется путем согласования статических и динамических характеристик системы, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия системы поставленным задачам.

Цели синтеза систем управления: создание новых систем управления на основе достижений науки и техники; совершенствование существующих систем управления на основе выявленных недостатков, появление новых задач и требований.

Синтез представляет собой многошаговый итеративный процесс.

К задачам синтеза систем управления относятся: формирование замысла и цели создания системы; формирование вариантов новой системы; приведение описания вариантов системы во взаимное соответствие; оценка эффективности вариантов и принятие решения о выборе варианта новой системы; разработка требований к системе управления; разработка программ реализации требований к системе управления; реализация разработанных требований к системе управления.

Опыт исследования объектов различного состава, содержания и области применения (общественных, физических, технических, эргатических, биологических, мыслительных конструкций и т.д.) позволяет сформулировать три основных принципа анализа и синтеза, которые можно положить в основу исследования, использования и создания сложных систем управления: принцип физичности; принцип моделируемости; принцип целенаправленности.
Выделяют следующие виды анализа и синтеза систем управления: структурный анализ и синтез систем управления; функциональный анализ и синтез систем управления; информационный анализ и синтез систем управления; параметрический анализ и синтез систем управления.

Сущностью структурного анализа является определение статических характеристик систем по известной ее структуре. Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения в ней подсистем и элементов различного уровня и связей между ними. Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур системы управления, которые формируются в процессе ее декомпозиции.

Сущностью структурного синтеза является разработка (создание, проектирование, совершенствование, реорганизация и организация системы), которая должна обладать желаемыми свойствами. Структурный синтез проводится с целью обоснования множества элементов структуры, отношений и связей, обеспечивающих в совокупности максимальное соответствие заданным требованиям. Объектами исследования структурного синтеза являются различные варианты разрабатываемых (совершенствуемых) структур системы управления.

Сущностью функционального анализа является определение динамических характеристик систем на основании принятых алгоритмов ее функционирования. Функциональный анализ проводится с целью определения динамических характеристик системы путем исследования процессов изменения ее состояний с течением времени на основе принятых алгоритмов (способов, методов, принципов, концепций) управления. Объектами исследования функционального анализа являются реализуемые системой методы и алгоритмы управления, включая общий алгоритм функционирования, содержащий все основные этапы (фазы, функции) управления, и частные методы и алгоритмы, направленные на выполнение отдельных этапов управления (формирование цели управления, сбор и обработка необходимой информации, принятие решений, планирование, организация, контроль, выполнение решений и др.).

Сущностью функционального синтеза является обоснование динамических характеристик системы управления, которые должны обладать желаемыми свойствами. Целью функционального синтеза является обоснование оптимальных или рациональных характеристик процессов функционирования системы управления, т.е. процессов изменения ее состояний с течением времени в соответствии с поставленной целью.

Сущностью информационного анализа является определение объекта и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для известной структуры и алгоритма функционирования системы управления. Информационный анализ проводится с целью исследования количественных и качественных характеристик информации, используемой в системе управления. Объектами исследования выступают информационные процессы, протекающие в системе управления.

В системах управления выделяют следующие информационные процессы: сбор, прием, восприятие информации (эти процессы отражают взаимодействие системы с внешней средой); передача информации между отдельными подсистемами системы; переработка, анализ, отбор информации, создание новой информации; использование информации; передача информации из системы во внешнюю среду.

Сущностью информационного синтеза является обоснование необходимого объема и форм представления информации, методов и средств ее передачи, обработки, хранения, ввода и вывода для разрабатываемой структуры и алгоритма функционирования системы управления. Информационный синтез дополняет задачи функционального анализа, что осуществляется с целью определения требуемых качественных и количественных характеристик информации, используемой в системе управления.

Сущностью параметрического анализа является определение необходимой и достаточной совокупности показателей, характеризующих все исследуемые свойства системы и формирование зависимостей, характеризующих суммарный эффект от применения системы или ее элементов. Цель параметрического анализа — оценка эффективности системы управления на основе определения количественных значений ее показателей. Объекты исследования параметрического анализа — это частные и обобщенные показатели системы, образующие иерархическую структуру.

Сущностью параметрического синтеза является обоснование необходимой и достаточной совокупности показателей, позволяющих оценивать желаемые свойства разрабатываемой системы и ее суммарный эффект. Цель параметрического синтеза — комплексное определение согласованных и сбалансированных по уровням исследования системы требуемых значений ее показателей, включая общие показатели эффективности управления, а также частные показатели структуры, процессов функционирования информации.

6. Системный подход требует многоуровневого изучения системы управления. Выделяются следующие уровни анализа и синтеза систем управления: внешний, исходный, общесистемный, системный.

На внешнем уровне анализируется сверхсистема, в состав которой входит исследуемая система управления. В процессе исследования сверхсистемы: определяются цели и задачи сверхсистемы; выделяются (в сверхсистеме) подсистемы (функции, задачи), в интересах которых применяется система управления; уточняются показатели и критерии данных подсистем; определяются внешние свойства и соответствующие показатели системы управления, которые могут повлиять на эффективность сверхсистем.

На исходном уровне исследуемая система управления выделяется как отдельный целенаправленный элемент (ЦНЭ) сверхсистемы, которая включает различные, в том числе и противоположные по интересам, подсистемы. Основные задачи исследования на исходном уровне: выделение исследуемой системы в виде отдельного целенаправленного элемента (ЦНЭ); выявление входных целезадающих, обеспечивающих и помеховых (разрушающих) воздействий, поступающих от различных подсистем сверхсистемы на ЦНЭ; установление показателей и критериев эффективности ЦНЭ, которые характеризуют внешние свойства системы управления и ее влияние на сверхсистему.

На общесистемном уровне проводится детализация ЦНЭ на управляющую систему (УС) и объект управления (ОУ). Основными задачами исследования на данном уровне являются: декомпозиция ЦНЭ на управляющую систему и объект управления; формирование управляющих воздействий; определение маршрутов движения к цели; определение показателей, раскрывающих структуру системы и эффективность управляющих воздействий.

На системных уровнях осуществляется дальнейшая декомпозиция УС и ОУ путем выделения отдельных элементов и связей между ними.

7. В соответствии с постулатом декомпозиции и многоуровневой модели исследования систем управления вся совокупность показателей (характеристик) системы имеет иерархическую структуру и включает показатели: внешнего уровня; исходного уровня; общесистемного уровня; системных уровней.

Показатели внешнего уровня включают показатели отдельных подсистем сверхсистемы, которые взаимодействуют с исследуемой системой управления.

Показатели исходного уровня характеризуют внешние свойства системы управления и ее влияние на сверхсистему. Они включают: показатели эффективное-с помощью которых можно оценить степень приспособленности системы или ее отдельных элементов соответствующего уровня к выполнению поставленных задач; параметры выбора, содержащие характеристики отдельных свойств системы управления, оказывающие влияние на показатель эффективности.

Показатели общесистемного уровня определяют структуру системы управления на уровне УС и ОУ, а также процессы функционирования соответствующих элементов при выработке управляющих воздействий и реакций.

Показатели системных уровней включают различные структурные, функциональные и информационные характеристики исследуемой системы до принятой степени детализации.

Содержание