книги из ГПНТБ / Большие системы и управление

использовать его для оценки сложности систем и процессов в ка­ чественном отношении.

Например, при значениях q ( G ) , лежащих в интервале [-1 ; 0,25],

фологической модели, объекта исследования, вводит строгую коли­ чественную оценку для качественного свойства сложности структу­ ры систем и процессов независимо от их физической природы и назначения.

Дополнительный учет в каждом конкретном случае исследова­ ния не только структурной, но и функциональной стороны свойст­ ва сложности системы или процесса придает этому понятию более богатое и строгое содержание, широко используемое в теории и практике управления большими системами.

31

Доктор технических наук» профессор В,И. ЧЕРНЕЩСИЙ

младший^на^чный^сотрудник

О МЕТОДАХ ОПЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ БОЛЬДИХ СИСТЕМ

Развитие науки и техники в последние десятилетия, увеличе­ ние сложности и масштабов решаемых задач и управляемых процес­ сов в самых различных областях человеческой деятельности вызва­ ли необходимость создания систем управления больших масштабов, использующих в качестве осношых управляющих органов электрон­ ные вычислительные машины. Основным свойством таких систем яв­ ляется согласованность функционирования всех ее подсистем и элементов для выполнения общей для них задачи наилучшим обра­ зом.

Примерами таких систем могут служить многие отрасли промыш­ ленности, техники, науки, военные системы управления и др. К ним можно отнести разветвленные энергетические системы, систе­ мы управлеция сложными производственными процессами, ряд воен­ ных систем (например, система противовоздушной обороны осущест­ вляет управление большим количеством боевых средств для отраже­ ния налета самолетов противника) и др.

Необходимость согласованности действий всех элементов, вхо­ дящих в систему,, требует выполнения особых функций по органи­ зации работы этих элементов, для чего они включаются в контур управления. Одно из основных назначений контура управления - переработка информации о состоянии регулируемых объектов и внешнего, мира в управляющие сигналы, приводящие в действие ре­ гулирующие или исполнительные органы.

Такой-подход к проблемам управления вызван результатом действия ряда факторов, главнейшими из которых являются:

32

--увеличение масштабов и сложности систем, вызывающих воз­ растание требований к качеству управления.по оптимизации про­ цесса и повышению оперативности принятия решения;

-наличие связей систем с другими системами, функционирова­ ние которых в значительной мере определяет критерии оценки эф­ фективности данной системы;

-развитие автоматики и вычислительной техники.

Все вышесказанное привело к возникновению понятия "большие" системы., под которыми понимаются системы, включающие в себя следующие признаки [ i]:

1. Система управления имеет иерархическую структуру и пред­ ставляет собой комплекс подсистем различных рангов.

2. Органы управления подсистем и всей системы организова­ ны по иерархическому принципу.

3 . Функции управления и принятия решений осуществляются, непосредственно коллективами управляющих систем.

4. Наличие у системы свойств адаптации и самоорганизации. 5. В органах управления различных рангов применяются вычис­

лительные машины для переработки потоков информации и оптими­ зации принимаемых решений.

Пятый признак является решающим в отличие систем управле­ ния с признаками I - 4 от сложных систем.

Большие системы можно разбить на две группы:

-системы разового функционирования (нерегулярные);

-систеш непрерывного функционирования (регулярные). Е-нерегулярных системах цель ставится в начале функциони­

рования большой систеш и достигается в конце некоторого интер­ вала времени; в регулярных системах цель сохраняется и за пре­ делами интервала времени, на котором определяется целесообраз­ ное управление.

Каждая система управления призвана решать комплекс задач по управлению системой. Как правило, математическая постановка задачи управления сложной кибернетической системойопределяет­ ся математическими постановками частных задач. Методы решения каждой частной задачи выбираются, исходя из необходимого вре­ мени решения задачи, точности и сложности математической по­ становки.

Так, для военных систем управления время на ..решение всего комплекса задач управления является, как правило, ограничен­ ным, точность решения должна быть очень высокой (например, при

То же самое можно сказать и о разработке машинных алгорит­ мов и соответствующих им программ, но здесь будут еще наклады­ ваться и специфические особенности, связанные с выбором типа машины и ее тактико-техническими характеристиками и, в первую очередь, быстродействием, системой команд и объемами всех видов памяти.

Выбор необходимого объема оперативно-запоминающего устрой­ ства ОЗУ диктуется необходимостью сокращения обращений мащины к внешним видам памяти с целью уменьшения общего времени реше­ ния всего комплекса задач в целом. Это время можно значительно сократить, если внешние запоминающие устройства будут иметь малое время поиска и большую скорость считывания.

Важное значение при решении комплекса задач управления имеет алгоритм, который связывает алгоритмы частных задач в единый комплекс задач. /

Наиболее просто эта задача может быть решена для нерегуляр­ ных систем управления. В этом случае алгоритмы частных задач следуют один за другим, как правило, в фиксированном порядке; управляющий алгоритм состоит в том, что вслед за каждым част­ ным алгоритмом стоит блок управляющего алгоритма, которому передается управление в конце решения частной задачи. Функции этого, блока весьма не сложны:

-подготовить машину к приему следующего частного алго­

ритма;

-вызвать очередной частный алгоритм; передать управление частному алгоритму.

В случае, когда порядок решения задач зависит от внешних условий, управляющий алгоритм распределяет свои блоки, которые стоят за частными алгоритмами в нудном порядке. Эта процедура весьма проста и, по-видимому, почти не окажет влияния на вре­ мя решения всего комплекса алгоритмов в целом.

Такую связь алгоритмов, очевидно, есть смысл назвать цепью машинных алгоритмов или общим алгоритмом.

Для регулярных систем управления характерной особенностью алгоритма управления является повторяемость решений всего ком­

34

плекса частных алгоритмов, причем весьма возможно, что поря­ док следования алгоритмов будет меняться в зависимости от внеш­ них условий при каждой очередной реализации частных алгоритмов.

Важнейшей характеристикой любой регулируемой (управляемой) системы является допустимая задержка времени ( A t ) от подачи одного управляющего воздействия до подачи последующего.

Вряде систем допускаются сравнительно большие задержки.

Вдругих, например при контроле за запуском и полетом летатель­ ного аппарата,допустимы задержки лишь на доли секунды.

Системы, предназначенные для сбора, обработки и регистра­ ции информации, могут работать без потери эффективности при произвольном сжатии или растяжении масштаба времени. При управ­ лении же реальными процессами, особенно в условиях быстроменяющейся обстановки, в качестве основной независимой переменной используется реальное время, и поэтому здесь недопустимо сжа­ тие или растяжение масштаба времени, т .е . такие системы рабо­ тают в реальном масштабе времени, причем удельный вес систем этого типа быстро возрастает.

При управлении такими системами ввиду дискретности управ­ ления имеет смысл говорить не о масштабе времени, а о цикле управления.

Время цикла управления (£^) определяется временем, потреб­

ным на сбор (tc5)не обходимой информации, ее обработку (to5p) 9 вы­ работку управляющего воздействия ( t y) и передачу его на управ­ ляемые органы ( tn), т .е .

последующего управляющих воздействий на регулируемые органы.

Для того чтобы это неравенство выполнялось, необходимо, чтобы ЭШ, стоящие в контуре управления, обладали бы достаточ­ ным быстродействием, причем следует заметить, что повышением быстродействия ЭВМ решить задачу управления можно не всегда. Может случиться так, что время сбора информации, передачи ее

37

где ср(ССу) - амортизационные расходы, можно оценить эффектив­ ность внедрения автоматизации в данную производственную си­ стему.

При © > I внедрение автоматизации дает увеличение крите­ рия эффективности производственной системы, и поэтому внедрение

другие критерии, например критерий приращения ущерба, наноси­ мого той или.иной системой при внедрении автоматизации. Вообще говоря, выбор критерия определяется предназначением системы и той средой, в которой она функционирует.

Для построения математических моделей необходимы следующие сведения:

-цель и алгоритм управления;

-критерии оптимальности функционирования системы;

-характеристики алгоритмов приема и обработки информации

осостоянии процесса;

-характеристики каналов связи;

-характеристики взаимодействия системы с внешней средой, являющейся источником случайных помех.

По выполнению возложенных на вычислительную машину функций

системы управления можно разделить на три вида:

1. Системы управления, в которых ЭВМ непрерывно собирает информацию об управляемых объектах, осуществляет первичную об­ работку ее и производит ряд необходимых расчетов, по которым оператор принимает решение по управлению системой. Применение ЭВМ в данном случае обеспечивает большую оперативность и более оптимальное управление.

2. Системы управления, в которых на ЭВМ уже возлагается ряд функций по управлению системой, а по ряду других, наиболее ответственных функций ЭВМ вырабатывает оптимальное управление и,после просмотра и утверждения (возможно, даже и корректиров­ ки) их оператором,выдает в систему как управляющее воздействие. Для таких систем требуются более мощные вычислительные машины и, возможно, даже комплексы вычислительных машин*

3. Системы управления, в которых ЭШ (скорее всего это бу­ дет комплекс ЭВМ) возьмет на себя все функции по управлению большой системой при соответствующем контроле со стороны чело­ века.

вития больших систем управления, "Известия АН СССР. Техническая кибернетика", 1966, №2.

2* Ч е р н е ц к и й В.И ., 0 технико-экономическом под­

О задаче оптимизации алгоритмов и программ. В сб. Математиче­ ское моделирование на электронных вычислительных машинах про­ цессов организации, планирования и управления", под ред. Чер­ нецкого в.И ., ЛВИКА им. А.Ф.Можайского, 1967.

4. А н т о н о в В .Я., Организация вычислительной системы высокой производительности, состоящей из нескольких ЭШ, в том же сборнике, см. [3 ].

5 . М о н о г а р о в И.Ф., Комплексирование алгоритмов в сложных системах управления, в том же сборнике, см. [3J.

39

Р А З Д Е Л П

УПРАВЛЕНИЕ ЗАПАСАМИ В БОЛЬШИХ СИСТЕМАХ

Доктор технических наук Ю.И. РЫЖКОВ

ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОМ ПОДХОДЕ К ОПЕНКЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БОЛЬШИХ СИСТЕМ

Современный этап развития техники характеризуется повсе­

рению ранее разобщенных технических средств. Понятие большой системы пока не является установившимся.

К числу наиболее очевидных особенностей системного подхода относятся:

1. Функционирование системы не может оцениваться по бинар­

3. Целевая функция системы задается с точки зрения системы более высокого ранга, включающей в себя данную.

Оценка функционирования действующей системы, а также срав­ нительный анализ вариантов на этапе проектирования требуют вычисления целевой функции (критерия эффективности), учиты­ вающей как полезный эффект, так и "затраты” на его достижение. Характер затрат может быть самым различным:

-деньги,

-время,

-материальные ресурсы в натуральном выражении,

-численность персонала и т .д .

Вбольшой системе, как правило, затраты бывают нескольких видов, и для получения интегральной оценки необходима общая мера затрат. Наиболее естественна и универсальна стоимостная