uzluga.ru
добавить свой файл
1


Управление в системах


Управление

  • - воздействие на какую-то систему с целью достижения желаемых изменений в ее состоянии или поведении.

  • Всякое управление предполагает наличие цели, т.е. модели желаемых изменений. Система, на которую оказываются целенаправленные воздействия, называется управляемой или – объектом управления. Носителем цели управления является субъект управления.



Виды целей управления

  • достичь определенного состояния на объекте управления, т.е. перевести объект управления в целевое состояние;

  • поддержать объект управления в заданном состоянии;

  • минимизировать затраты системы управления при достижении целевого или при поддержании заданного состояния.





В процессе управления можно выделить три основные этапа:

  • сбор и анализ информации, необходимой для управления;

  • принятие решения о целесообразном управляющем воздействии;

  • реализация и контроль исполнения решения – выработка и применение к ОУ управляющих воздействий.



Устойчивость, управляемость, достижимость…

  • устойчивость - способность системы возвращаться в то состояние, из которого она была выведена под воздействием внешних (или внутренних) воздействий.



Устойчивость ЭИС

  • устойчивость к ошибочным действиям пользователей;

  • - устойчивость к вирусным атакам и несанкционированным вмешательствам;

  • - устойчивость к потерям энергообеспечения;

  • - устойчивость к ошибкам и неисправностям программно-аппаратного обеспечения

  • и др.



Управляемость -

  • – способность к изменению состояний системы в результате воздействий.



Достижимость (цели)-

  • возможность достичь заданную цель управления при имеющемся состоянии системы управления (объекта управления), имеющихся ресурсах, условиях внешней среды.



Классификация объектов управления

  • Статические, t cc >>Tн

  • Динамические, t cc Tн

  • - Релейные, t cc << Tн



Классификация систем управления по степени участия человека

  • Системы ручного управления

  • Системы автоматичсекого управления (САУ)

  • Автоматизированные системы управления (АСУ)



Системы ручного управления



Системы автоматического управления



Автоматизированные системы управления – автоматизация обработки информации



Автоматизированные системы управления – автоматизация исполнения решений



Автоматизированные системы управления – с поддержкой принятия решений



Автоматизированные системы управления – комплексы поддержки принятия решений и исполнения решений



Аксиомы управления

  • Для управления необходимо выполнение ряда естественных условий, которые формулируются в виде аксиом:

  • Аксиома 1. Наличие наблюдаемости объекта управления.

  • - по наблюдению за внешними реакциями ОУ можно оценить состояние объекта



Аксиомы управления -2

  • Аксиома 2. Наличие управляемости

  • способность ОУ переходить в пространстве состояний Z из текущего состояния в требуемое под воздействиями управляющей системы.

  • Под этим можно понимать перемещение в физическом пространстве, из­менение скорости и направления движения в пространстве состояний, изменение структуры или свойств ОУ.

  • Если состояние ОУ не меняется, то понятие управления теряет смысл.



Аксиомы управления -3

  • Аксиома 3. Наличие цели управления.

  • Под целью управления понимают набор значений количественных или качественных характеристик, определяющих требуемое состояние ОУ.

  • Если цель неизвестна, управление не имеет смысла, а изменение состояний превращается в бесцельное блуждание.



Аксиомы управления -4

  • Аксиома 4. Свобода выбора - возможность выбора управляющих воздействий (решений) из некоторого множества допустимых альтернатив.

  • Чем меньше это множество, тем менее эффективно управление, так как в условиях ограничений оптимальные решения часто остаются за пределами области адекватности.

  • Если имеется единственная альтернатива, то управление не требуется. Если решения не влияют на изменение состояния ОУ, то управления не существует.



Аксиомы управления -5

  • Аксиома 5. Наличие критерия эффективности управления.

  • Обобщенным критерием эффективности управления считается степень достижения цели функционирования системы.

  • Кроме степени достижения цели качество управления можно оценивать по частным критериям: затраты на управление, точность реализации УВ, длительность цикла управления и т.д.



Аксиомы управления -6

  • Аксиома 6. Наличие ресурсов (материальных, финансовых, трудовых и т.д.), обеспечивающих реализацию принятых решений, т.е. УВ.

  • Отсутствие ресурсов равносильно отсутствию свободы выбора. Управление без ресурсов невозможно.



Организационные системы управления (управление на предприятиях)





Особенности систем организационного управления

  • Многоуровневость управления

  • Опосредованность - наличие посредников , промежуточных уровней

  • Наличие активных элементов (людей, коллективов со своими целями и степенями активности)

  • Высокая роль процессов принятия решений

  • Невозможность полной автоматизации до уровня САУ



Фазы управления





Фаза планирования

  • - разработка долгосрочных и краткосрочных планов работы предприятия, составление календарных планов выполнения мероприятия, планов финансирования, планов производства, закупок, продаж и т.п.



Фазы Учета и анализа:

  • учет - сбор данных о деятельности предприятия и, возможно, внешних систем и элементов среды;

  • анализ - обработка результатов учета, т.е. учитываемых данных;



Фаза регулирования

  • регулирование - выработка и реализация решений по регулированию деятельности предприятия с целью достижения плановых показателей.





Решения при управлении предприятием:

  •  





Адаптивные системы (управления)



Адаптация – приспособление к внешним условиям.

  • Адаптация – приспособление к внешним условиям.

  • Адаптация систем управления основывается на приобретении в процессе управления новых знаний о среде, объекте управления, которые позволяют вырабатывать эффективные управляющие воздействия.



Когда требуется адаптация?

  • изначально имеется недостаток знаний о среде и ОУ, что не позволяет сразу построить адекватную модель объекта и соответствующие управляющие воздействия;

  • условия функционирования и (или) сам ОУ являются динамическими, т.е. меняются во времени так, что принятые изначально правила управления становятся непригодными.



Уровни адаптации

  • параметрическая адаптация;

  • структурная адаптация;

  • адаптация объекта управления;

  • адаптация цели.



Параметрическая адаптация

  • - изменение параметров системы, например, параметров модели, описывающей объект управления



Структурная адаптация

  • - изменение состава и взаимосвязей элементов системы, например, выбор для модели объекта управления нового вида математических выражений



Адаптация объекта управления

  • – пересмотр границ объекта управления в окружающей среде



Адаптация цели

  • – изменение системы целей управления.



Основные структурно-логические элементы теории систем



Процесс решения любой проблемы в теории систем представим следующими основными структурно-логическими элементами:

  • 1 Цель или ряд целей, достижение которых будет означать, что проблема решена.

  • 2. Средства, с помощью которых может быть достигнута цель.

  • 3. Модель или модели, в которых с помощью некоторого языка (в том числе математики, формальной логики, обычного словесного, графического или машинного описания и т.п.) отображается связь между целями, средствами и результатами.

  • 4. Критерий или критерии, с помощью которых сопоставляются в каждом конкретном случае цели, затраты, результаты и отыскивается наиболее предпочтительное решение.

  • 5. Принятие решения, реализация которого обеспечивает при заданных ограничениях достижение цели с наименьшими затратами средств.



Цель

  • Постановка цели – первый этап системного исследования.

  • цель - желаемое состояние системы или результаты её деятельности.



Две категории целей

  • цели стабилизации

    • направлены на сохранение достигнутого уровня развития и функционирования
  • цели развития

    • направлены на создание дополнительных ресурсов, которыми данная система не обладает, или достижение новых её состояний, к которым она стремится.


Средства

  • Средства достижения цели – это объективные предметы или действия, включенные в структуру целеполагающей деятельности и обеспечивающие получение желаемого результата.



Взаимная обусловленность целей и средств



Модель

  • - упрощенное представление системы с помощью материальных и/или нематериальных (формулы, схемы и т.п.) средств .

  • Применяется для исследования системы, разработки способов решения проблемы, проведения экспериментов, определения и обоснования характеристик вариантов системы для последующего принятия решений.



Основные виды моделей системного анализа



критерий

  • – это признак, условие, по которому выделяется наиболее предпочтительный вариант из различных вариантов решения, способов достижения поставленной цели - альтернатив.



критерий

  • отражает цель и позволяет количественно сравнить между собой альтернативы с тем, чтобы сделать обоснованный выбор



Требования к критериям:

  • Критерий должен:

  • учитывать все главные стороны деятельности системы;

  • быть чувствительным к изменению исследуемых параметров (показателей);

  • быть по возможности простыми (если только простота не наносит ущерб точности);

  • определятся с достаточной достоверностью и точностью;

  • быть мерой эффективности системы (надежности, производительности и экономичности)



Простые и сложные критерии

  • Простой критерий:

  • F max

  • Сложный:

  • F = (F1, F2, F3…) max

  • Если сложный критерий не сводится к простому, то он называется векторным.



Показатель

  • некоторая характеристика того или иного интересующего нас свойства объекта (процесса).

  • Также говорят, что показатель есть характеристика, количественное выражение которой может показать насколько достигнута та или иная цель, насколько ярко выражено то или иное свойство.



Показатель и критерий

  • F – показатель (например, доход предприятия)

  • F max – критерий, отражающий цель - максимизировать доход.



Решение (принятие решения)

  • - выбор одной или нескольких альтернатив из множества возможных вариантов.

  • Этот выбор осуществляется по некоторым критериям, которые позволяют оценивать альтернативы с точки зрения одной или нескольких целей.



Для принятия решения необходимо:

  • Знание цели (целей);

  • Набор альтернатив – вариантов, из которых будет делаться выбор;

  • Принципиальная возможность выбора;

  • Знание о влиянии факторов, ограничивающих возможности альтернатив (ограничения);

  • Критерий, который позволит сравнить альтернативы между собой с учетом ограничений.



Типы решений

  • Допустимое

    • значение F - в допустимых пределах.
  • Рациональное

    • F – лучше других, но не доказано, что самое лучшее
  • Оптимальное

    • F – самое лучшее
    • Оптимальность решения возможна только по заданному критерию, т.е. в контексте данной цели


Дерево целей

  • - представляет собой графическое изображение связи между целями системы и средствами их достижения, в качестве которых выступают подцели (на нижнем уровне - задачи).







Если главных целей несколько, то они выводятся на 1-й уровень и вводится искусственная генеральная цель

  • Если главных целей несколько, то они выводятся на 1-й уровень и вводится искусственная генеральная цель



Операции на множестве целей

  • Декомпозиция цели - разбиение цели верхнего уровня на подцели

  • Агрегирование – объединение подмножества целей в одну цель

  • Стратификация - разделение множества целей по уровням (стратам)

  • Классификация - группирование подцелей по некоторым признакам



Ранжирование целей



Требования к коэффициентам относительной важности

  • 0 ≤ i ≤ 1

  • где n – число

  • подцелей



Пример: дерево цели «Повысить рентабельность производства»

  • П – прибыль от реализации продукции

  • С – себестоимость

  • Р = П/С





Граф целей и задач



Рекомендации для построения дерева целей-1

  • - в хорошо организованной системе за выполнение каждой цели должен нести ответственность один единственный орган управления (структурный элемент).

  • Т.е. дерево целей соответствует архитектуре предприятия



Рекомендации для дерева целей -2

  • Полезно выбрать такое разложение на подцели, для достижение которых существуют не зависящие друг от друга способы и средства;

  • Порядок достижения подцелей не оговаривается

  • Достижение всех подцелей нижнего уровня означает достижение цели верхнего уровня



Рекомендации для дерева целей -3

  • на нижнем уровне должны быть независимые задачи (чтобы не было «или-или»).

  • при декомпозиции цели целесообразно ограничиваться 5-7 подцелями.

  • количество уровней: 4 - 5 в зависимости от масштаба объекта.



Построение дерева проблемы



Дерево проблемы: содержание подцелей

  • 1 Что нужно знать для решения проблемы?

    • 1.1Назначение, цели системы?
    • 1.2 Каковы условия функционирования системы?
    • 1.3 Какие существуют и разрабатываются решения для достижения поставленных целей?
  • 2 Что нужно создать для решения проблемы?

    • 2.1 Каковы функции системы?
    • 2.2 Какова структура системы?
    • 2.3 Каков режим работы системы?
  • 3 Что нужно организовать для решения проблемы?

    • 3.1 Организация исследования и проектирования систем.
    • 3.2 Организация действия и взаимодействия подсистем.
    • 3.3 Организация функционирования системы во взаимодействии с другими системами.


МОДЕЛИРОВАНИЕ И МОДЕЛИ СИСТЕМ В СИСТЕМНОМ АНАЛИЗЕ



Понятие модели

  • Модель – это материальная или идеальная система, которая в определенных условиях может заменить объект-оригинал и служит для получения информации об объекте-оригинале и (или) других объектах, с ним связанных.



Модель - это

  • – идеальный или материальный объект;

  • – отображение или воспроизводство объекта-оригинала;

  • - источник получения информации.



Когда нужны модели -1:

  • Исходная система - сложная, непосредственное изучение ее затруднено, невозможно или экономически невыгодно;

  • непосредственное экспериментирование с системой может оказать разрушительное воздействие на нее или иные объекты, с ней связанные;

  • необходимо спрогнозировать возможные состояния, поведение системы в будущем;



Когда нужны модели - 2:

  • на этапе проектирования и разработки системы;

  • необходимо упрощенное воспроизведение информации о системе и процессах в ней протекающих;

  • при обучении работе с системой, в играх и т.п.



Требования к моделям

  • Модель должна быть:

  • достаточно простой, чтобы в отличие от оригинала ее можно было исследовать, экспериментировать с ней;

  • подобной объекту-оригиналу, с необходимой полнотой воспроизводить его свойства.

  • адекватна решаемой задаче – полнота, сложность и вид модели должны позволять решить поставленную задачу



исследование объектов с помощью их моделей

  • исследование объектов с помощью их моделей

  • разработка моделей и исследование объектов путем исследования этих моделей

  • - экспериментальное исследование реальных объектов на их моделях





Классификация моделей (видов моделирования)

  • по средствам их построения





Модели знаковые (символические)

  • описательные модели (алгоритмы, программы, тексто-графические описания и т.п.);

  • схематические модели (различные блок-схемы, диаграммы и т.п.);

  • графоаналитические модели (построенные с помощью инструментариев различных сетей, графов);

  • математические (говорят еще - логико-математические) модели.









Физические модели

  • основаны на физическом подобии модели и моделируемой системы



Предметно-математические модели

  • они воплощаются в предмете (материальны);

  • процессы, протекающие в таких моделях, отличны по природе от процессов в объекте-оригинале;

  • процессы в модели и объекте-оригинале подчиняются одним и тем же закономерностям.





Виды предметно-математических моделей

  • компьютерная (машинная) модель;

  • полунатурная модель, в которой наряду с компьютером используются отдельные блоки реальных систем, функционирующие под управлением людей или самой ЭВМ;

  • модель–аналог, когда одна реальная система используется для моделирования другой системы, отличной по своей природе от первой.



При исследовании сложных объектов, как правило, поэтапно разрабатываются и используются разные модели:

  • Мысленная модель

  • Описательная текстовая

  • Схематическая

  • Математическая модель

  • Алгоритмическая

  • Компьютерная

  • Физическая (опытный образец, предприятие и т.п.)



Математическое моделирование



Математическая модель

  • представляет собой запись на некотором математическом языке существенных характеристик структуры, состава или функционирования моделируемой системы.



Математическая модель

  • есть выражение зависимости между ключевыми параметрами процессов в объекте-оригинале посредством математических выражений - уравнений, неравенств.

  • Исследовать мат.модель – решить эти системы уравнений, неравенств при принятых предположениях о тех или иных значениях параметров модели.



Плюсы мат.моделирования:

  • матмодель абстрактна, т.е. позволяет избавиться от второстепенных особенностей предметной области и перейти к математическим конструкциям, общим для разных областей и задач;

  • для исследования матмоделей используются известные и достаточно проработанные математические методы.

  • результаты, полученные при исследовании одних систем, могут быть применимы для других систем, математические модели которых выражаются теми же зависимостями;

  • исследование матмоделей поддается автоматизации с помощью ЭВМ. Существуют спец.пакеты, алгоритмы и программы (Mathcad, Matlab, WinMaple и др.).



Компоненты мат.модели:

  • 1) внутренние параметры объекта – вектор состояния:

  • X = (Xk | k = 1, 2, …, N);

  • 2) характеристики внешних (по отношению к объекту) изменяемых условий – внешних воздействий:

  • U = (Ui | i = 1, 2, …, M);

  • 3) выходные характеристики объекта, которые нужно определить:

  • Y = (Ys | s = 1, 2, …, R).



Обобщенная запись мат.модели:

  • Y = G(U, X) – преобразование входа U в выход Y при состоянии Х.

  • С учетом изменений во времени:

  • Y(t) = G(U(t), X(t))

  • При заданном начальном состоянии X(t0) и известном законе изменения состояния от U на интервале (t0, t ):

  • Y(t) = G [X(t0), U (t0, t)]