Розділ 3. Системний аналіз процесу управління в складних системах

Основою для вивчення цього розділу є знання з дисципліни «Теорія автоматичного керування», а системний аналіз значно розширює та узагальнює уявлення про процес управління, для чого необхідно розглянути такі питання:

• класи задач та види управління: забезпечення необхідного характеру зміни координат об’єкта, корекція властивостей об’єкта, компенсація збурень, координація функціонування підсистеми тощо. В системному аналізі суттєвого значення набувають такі види управління: координатне, параметричне, структурне та їх комбінації, що значно підвищує ефективність управління складними об’єктами;

• типові функціональні структури та функції, які в них реалізуються, наприклад технічного діагностування, аварійного захисту управління резервами тощо;

• можливості сценарно-цільового управління складними об’єктами. Тут необхідно уяснити, що цей напрям розвитку складних систем управління є одним з найбільш перспективних та ефективних. Необхідно також уявляти, що для складних об’єктів повинні використовуватись адекватні методи та способи управління. Методика сценарно-цільового управління заснована на використанні прографів (провесно-ресурсно-об’єктних графів). Послідовно формуються цільові сценарії, які подаються у вигляді графів операцій, базові прографи з визначенням об’єктів і ресурсів, табличні прографи, які використовуються, зокрема, для проведення прогнозних операцій. Табличні прографи використовуються також для проведення імітаційного моделювання складних систем. Сценарно-цільовий підхід використовується також для ситуаційного аналізу, наприклад технологічних комплексів, що безпосередньо дає можливість отримувати оцінки техніко-економічної ефективності функціонування системи.

Практичне заняття №3

Проведення системного аналізу на основі сценарно-цільового підходу

Задача-приклад:

Провести системний аналіз ТК виробництва рибних консервів на основі сценарно-цільового підходу. Скласти цільовий сценарій, побудувати базовий і табличний прографи.

Короткий опис виробництва рибної консерви:

Свіжа риба, що надійшла на виробництво сортується: відбирається риба для консервів, для заморожування, для приготування свіжого філе. Відібрана риба подається в бункери зберігання, з яких партіями подається на апарат, призначений для чищення риби. Під час чищення у риби відрізається голова, плавники та видаляються нутрощі. Наступним етапом є перевірка якості очищення риби. При незадовільному результаті риба потрапляє на доочистку. «Чиста» риба подається в апарат для нарізання звідки нарізані шматки надходять в машину для фасування, в яку паралельно надходять пусті консервні банки. Після фасування, у кожну банку додаються спеції: сіль, перець, лавровий лист. Кожна консерва, готова до закатки проходить ретельний візуальний контроль і в разі відповідності вимогам подається в закаточну машину. Закатані консерви подаються в автоклав, де під тиском 2,6-2,8 атм. і при температурі 112-116ºС стерилізуються 45 хв. Після автоклаву готові банки з рибою маркуються, на них наклеюється етикетка, проставляється терміни споживання і вони фасуються.

Розв’язок:

Системний аналіз проводиться на трьох рівнях. На першому рівні будується граф цілей (рис. а) на основі виділених і занесених в таблицю 1. Граф цілей відображає взаємовплив і взаємозалежність цілей між собою. Далі складається цільовий сценарій (рис.б), для цього виділяються окрім цілей ще й операції, що занесені до табл. 2. Цільовий сценарій являє собою логічне зображення послідовності виконання операцій . Операції на ньому позначаються у вигляді прямокутників, до верхніх сторін яких підводяться стрілки, що відповідають цілям , які необхідно досягти в результаті її (операції) проведення. Жирними вертикальними лініями зображуються часові переходи між операціями у відповідні моменти часу .

Табл. 1. Таблиця операцій

Позначення	Зміст операції
	Сортування риби
	Чищення риби
	Перевірка якості очистки риби
	Доочистка риби
	Нарізання риби
	Укладання риби в консерви
	Додавання спецій
	Візуальний і ваговий контроль
	Закатка консерви
	Консервування риби
	Оформлення консервів

Табл. 2. Таблиця цілей

Позначення	Зміст цілей
	Відібрати рибу для консервування, для заморожування, для приготування філе
	Очистити рибу від луски
	Очистити рибу від плавників
	Видалити нутрощі
	Відрізати голову риби
	Перевірити якість очищеної риби
	Доочистити рибу
	Нарізати рибу шматками
	Розкласти рибу по консервним банкам
	Додати в банки сіль, перець, лавровий лист
	Перевірити відповідність фасованих консервів вимогам
	Закатати консерви
	Законсервувати консерви помістити в автоклав із заданими температурою і тиском
	Наклеїти етикетки на банки
	Проставити термін зберігання на консерви

Рис. а. Граф цілей для ТК виробництва рибних консервів

На другому етапі будується базовий програф (рис. в), для цього більш детально аналізується робота ТК і виділяються об’єкти, що є результатом виконання операцій, занесені в табл. 3, і ресурси, які необхідно затратити для виконання операцій, занесені в табл. 4. На базовому прографі об’єкти позначаються колами, а ресурси – ромбами.

Табл. 3 Таблиця об’єктів

Позначення	Зміст об’єктів
	Риба для консервів
	Риба для заморожування
	Риба для приготування свіжого філе
	Нутрощі
	Луска
	Плавники
	Голови рибні
	Очищена риба
	Риба на доочистку
	Очищена риба
	Риба доочищена
	Порізана риба
	Розфасована в консервні банки риба
	Риба, приправлена спеціями
	Консерви, що відповідають технологічним вимогам
	Закатані консерви
	Готові консерви
	Оформлені консерви

Табл. 4. Таблиця ресурсів

Позначення	Зміст ресурсів
	Риба
	Вода
	Електроенергія
	Пусті консервні банки
	Сіль
	Перець
	Лавровий лист
	Рідина під тиском для гідравліки
	Кришка для консервів
	Етикетка для консервів

Для деталізації базового прографа проводиться заміщення вершин, що відповідають об’єктам і ресурсам відповідними таблицями, а також вводяться правила виконання операцій – створюється табличний програф.

Об’єкти і ресурси на табличному прографі представляються у вигляді таблиць, в яких в рядках записуються атрибути (набір ознак), а в стовпчиках – екземпляри. Операції бувають фактичними і прогнозними. При виконанні фактичної операції задаються умова запуску, час виконання, умова закінчення, алгоритм корекції заповнення вхідних і вихідних таблиць, а при виконанні прогнозної операції відбувається динамічна оцінка параметрів системи на прогнозному інтервалі (чітко заданому) з обов’язковим часовим початком відліку. В прикладі розглядається виконання фактичної операції табличного прографа (рис. г).

Рис. б. Цільовий сценарій для ТК виробництва рибних консервів

Рис. в. Базовий програф ТК виробництва рибних консервів

Умовою запуску для виконання фактичних операцій є логічна функція, яка визначається у вхідних і вихідних таблицях операції:

• Умова, яка визначається у -му стовпчику -ої таблиці записується так:

, (а)

де - атрибути таблиці, - числові константи або рядки символів, - знак порівняння, - знак кон'юкції.

• Умова перевірки на -тій таблиці має вигляд:

, (б)

• Умова перевірки на наборі таблиць записується:

, (в)

При цьому час виконання операції виражається: чисельною константою, випадковою величиною, яка рівномірно розподілена на заданому інтервалі (значення може бути задано генератором випадкових чисел) або величиною, яка визначається за певними алгоритмами, що задаються на основі вхідних і вихідних таблиць операцій.

Умова закінчення операції відповідає або закінченню часу , або виконанню умови , яка подібна до .

Алгоритм корекції заповнення таблиць виражається правилами:

ЯКЩО <виконання умови> ТО <виконання дії> (г)

Умова виконання дій подібна умові виконання операцій.

Для даного прикладу на рис. г наведено фрагмент табличного прографу для виконання фактичної операції консервування риби .

В базовому прографі (рис. в) ресурси і об’єкти замінюються відповідними таблицями, які складено з одного стовпчика, в якому знаходяться поточні значення атрибутів.

Згідно з (в), а також з правилом, що об’єкт однієї операції може бути ресурсом для іншої, умова запуску для фрагменту табличного прографу для операції консервування риби описується виразом:

, (д)

де – кількість закатаних консервів; – максимально допустимі часові затрати на проведення консервування.

Рис. г. Фрагмент табличного прографу для операції консервування риби .

Формула (д) означає, що на момент запуску операції кількість закатаних консервів, знаходиться в допустимих межах для її проведення і часові затрати , що заплановані, не перевищують максимально допустимих меж.

Час виконання операції - випадкова величина:

, (е)

де - функція випадкового вибору на інтервалі часових затрат.

Умова закінчення виражається формулою:

, (є)

де - відповідно поточний і початковий моменти часу виконання операції

Дії, які відбуваються в момент початку операції :

• подача в автоклав заданої кількості закатаних банок:

, (ж)

• подача води в автоклав для утворення пари в заданих межах для отримання якісної консерви:

, (з)

• подача електроенергії в розрахованих згідно з регламентом межах для отримання якісної консерви:

, (і)

Дії, які умовно віднесені до закінчення виконання операції , направлені на заповнення рядків таблиць (рис. г):

• в рядки записуються значення контрольованих і регульованих змінних: температури, тиску і часу перебування консерви в автоклаві.

Задача №1

Провести системний аналіз ТК виробництва морозива на основі сценарно-цільового підходу. Скласти цільовий сценарій, побудувати базовий і табличний прографи.

Задача №2.

Провести системний аналіз ТК виробництва карамелі на основі сценарно-цільового підходу. Скласти цільовий сценарій, побудувати базовий і табличний прографи.

Задача №3

Провести системний аналіз ТК хлібо-булочного виробництва, цех виробництва пряників. на основі сценарно-цільового підходу. Скласти цільовий сценарій, побудувати базовий і табличний прографи.