ЗАКОНОМЕРНОСТИ БОЛЬШИХ (СЛОЖНЫХ) СИСТЕМ

Закономерности больших или сложных систем позволяют рассмотреть их основные свойства независимо от физической природы (устойчивость, развитие, адаптация, саморегулирование и др.).

Целостность системы. Здесь рассматривается две взаимосвязанных стороны:

свойства системы, как целого, не являются суммой свойств элементов или подсистем;

свойства системы, как целого, зависят однозначно от свойств элементов, подсистем.

В этом проявляется сложность системы, ее поведение относительно внешней среды и внутреннее развитие. При выделении отдельных элементов или подсистем они также могут быть сложными системами, но для других задач. При оценке целостности выделяется два фактора:

прогрессирующая факторизация, т.е. стремление системы к такому состоянию, когда отдельные части приобретают независимость;

прогрессирующая систематизация, т.е. уменьшение системой определенной автономности элементов или систем.

Интегрированность системы - эта закономерность соединена однозначно с предыдущей (целостностью), но интегрированность подчеркивает внутренние процессы системы. Главным в интегрированности являются системообразующие и системосохраняющие факторы.

Для сложных систем управления и компьютерно-интегрированных структур этими факторами являются ЭВМ и микропроцессорные средства, объединенные в соответствующие сети. В технических системах, особенно компьютерно-интегрированных структурах, рассматриваются такие виды интеграции:

программная интеграция;

техническая интеграция;

алгоритмическая интеграция;

организационная интеграция.

Коммуникативность системы. Эта закономерность характеризует особые связи системы с внешней средой, дает возможность выделить элементы, как системы низших порядков. Для КИСУ коммуникативность проявляется в потоках информации, а также в структурах, т.е. в сетях разного уровня и назначения, в том числе корпоративных.

Корпоративная сеть - это вычислительная сеть на предприятиях, фирмах или их объединениях, в которой одновременно циркулирует информация разного назначения, т.е. технологическая и технико-экономическая.

Иерархичность системы - это закономерность, которая показывает, что живая природа и технические системы всегда имеют несколько уровней организации, принятие решений, задач и т.д. Для автоматизированных технологических комплексов выделяют разные виды управления: технологический аппарат, отделение, предприятие. Здесь главными являются такие стороны:

с помощью иерархических представлений можно отображать системы с разными неопределенностями;

определение количества уровней, построение всей иерархической системы всегда зависит от задачи и от цели системы.

В теории систем определяющим являются понятия функции или задачи, которые распределяют по уровням на подзадачи, т.е. образовывается иерархическая структура подзадач. Иерархической структуре подзадач отвечает своя структура математических моделей и ограничений. Эти две структуры находят отображение в технической структуре, т.е. в иерархии технических средств.

Закон необходимого разнообразия. Доказано, что для создания системы, которая может решить сложную проблему, имеющую разнообразие, необходимо, чтобы система управления имела еще большее разнообразие. Важно, чтобы это разнообразие могло создаваться в самой системе. В ТАУ существует принцип сложности, согласно которому для управления сложным объектом должна использоваться также сложная система управления.

 

Обобщение понятий сложных систем.

Общими признаками сложных систем (биологических, технических, социально-экономических) является то, что каждая из них представляет собой структурно организованную совокупность более простых частей (подсистем), взаимосвязанных и взаимодействующих в процессах целенаправленного функционирования системы.

Каждая из систем входит как подсистема в состав более крупной системы (старшего ранга); в свою очередь подсистемы (кроме элементарных), могут представляться как системы младшего ранга.

Системы взаимодействуют с внешней средой, которая реализуется через внешние связи: входные и выходные.

Процесс функционирования системы в узком смысле - процесс преобразования ресурсов на входе в целевые конечные результаты основной деятельности на выходе.

Эффективность основной деятельности системы характеризуется отношением целевых конечных результатов к затратам ресурсов на достижение этих результатов и на устранение (или ограничение в допустимом диапазоне) отрицательных следствий функционирования.

Целеустремленность процессов функционирования проявляется в намерении поддерживать и повышать высокую эффективность системы, адаптируясь к изменениям внешней среды.

Процессы функционирования системы (в широком смысле) - совокупность процессов основной деятельности в разных по масштабам процессов развития и усовершенствование систем.

Математическое описание процессов функционирования системы - математическая модель, но при действии нестационарных случайных сигналов процессы функционирования часто нельзя описать математически, т.е. формализовать.

Процессы функционирования систем нуждаются в управлении, которое реализуется за счет целенаправленных действий и обратных связей.

Процесс управления: сбор информации; ее анализ и контроль; изготовление управляющего действия; ее реализация.

Совокупность органов управления системы и подсистем всех уровней вместе с информационными связями (внутренние и внешние) - это иерархическая система управления.

 

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ
В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ

Системный анализ многоуровневых иерархических структур

Современный этап развития автоматизации производства характеризуется внедрением сложных систем управления, которые реализуются с помощью многоуровневых иерархических структур на основе компьютерных сетей разного уровня и назначения. В основе разработки таких структур лежит понятие иерархии подзадач (функций), которые решаются системой со своими объектами и критериями. Эта иерархия отображается в иерархии математических моделей с соответствующими ограничениями и иерархии технических средств. Иерархические структуры (системы) управление имеют такие основные характеристики:

последовательное вертикальное расположение подсистем, которые составляют систему (вертикальная декомпозиция);

приоритет действий или права вмешательства подсистем верхнего уровня;

зависимость действий подсистем верхнего уровня от фактического выполнения нижними уровнями своих функций.

Названные особенности нуждаются в специальных подходах к математическому описанию процесса функционирования сложной системы управления, на основе которой можно было бы проявить зависимости показателей эффективности от параметров системы и внешней среды, ее структуры и алгоритмов взаимодействия элементов. Кроме того, математические модели дают возможность решить главную системотехническую задачу - синтез оптимальной структуры. Это возможно лишь на основе многоуровневого иерархического описания с применением разных формальных языков, которое дает возможность подать исследуемую систему как элемент (подсистему) более широкой системы: рассматривать ее как единое целое; определить структуру с необходимой степенью детализации. Для возможности обеспечения нужной точности и удобства, учет многих характеристик системы используют разные уровни описания. Первый уровень отвечает информационному описанию, т.е. рассматриваются информационные связи системы с внешней средой и ее роль в получении и переработке информации. Второй уровень обнаруживает множество функциональных элементов и отношения между ними. Третий уровень - системотехническое описание, которое дает возможность определить техническую структуру системы с соответствующими средствами.

return false">ссылка скрыта

Многоуровневое описание системы имеет ряд общих свойств:

выбор уровня описания зависит от цели исследования, разработка моделей на разных уровнях может проводиться параллельно, т.е. независимо;

требования к условиям работы подсистем верхнего уровня выступают как ограничения подсистем нижнего уровня;

на нижних уровнях описания выполняется наибольшая детализация, но назначение и содержание системы раскрываются на верхних уровнях.

При функционировании сложной системы управления возникает ряд особенностей, связанных со взаимодействием подсистем:

более крупные подсистемы функционируют на верхнем уровне, который определяет более широкие аспекты поведения системы в целом. Подсистема верхнего уровня есть «командной» по отношению к другим и координирует работу подсистем нижнего уровня;

период принятия решений на верхнем уровне всегда больший, чем на нижних. При этом необходимо учитывать такое обстоятельство: сигналы от верхнего уровня не могут поступать чаще, чем информация от нижних, так как иначе не будет координации нижних подсистем;

подсистема верхнего уровня всегда имеет дело с более медленными аспектами поведения всей системы, она всегда ожидает результаты реакции подсистем нижних уровней, например, реакцию подсистем разных уровней можно разбить по частоте действующих возмущений;

на верхних уровнях описание и проблемы менее структурированы, имеют больше неопределенностей, более сложные для формализации. Таким образом, проблемы принятия решений на верхних уровнях более сложные.

Основные задачи управления рассматриваются и используются как на стадии проектирования, так и в период эксплуатации.

На стадии проектирования решаются задачи:

синтеза структуры, выбора технических средств, алгоритмического, информационного, программного и технического обеспечения на всех уровнях иерархии;

декомпозиция объектов и задач управления;

оценка экономической эффективности алгоритмов управления.

К задачам управления на стадии эксплуатации относят в первую очередь анализ возмущений: их амплитуда, частотный спектр, период возникновения существенно влияют на совокупность задач управления:

получение и первичная обработка информации;

регулирование и программно-логическое управление;

оптимизация режимов;

координация работы подсистем;

оперативное управление.

 

 

Список используемой литературы:

 

1) Суходольский Г.В. Структурно-алгоритмический анализ и синтез деятельности. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. – 120 с.

2) Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. – Л.: Машиностроение, 1985. – 199 с.

3) Солодовников В.В., Тумаркин В.И. Теория сложности и проектирование систем управления. – М.: Наука, 1980. – 162 с.