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.

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.