Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Принятие рациональных решений в системах с управлением. Учебное пособие
.pdf
, , , , ,M x n u y Fs
(1.14)
где M – состояние системы; t – момент времени; x(t) – неуправляемые входные
j
y
сигналы, преобразуемые рассматриваемым элементом; n(t) – воздействие внешней
среды; u(t) – управляемые сигналы, появление которых приводит к переводу
элемента из одного состояния в другое; y(t) – выходной сигнал.
Определение 19. Характеристика – то, что отражает некоторое свойство
элемента системы.
Как правило, характеристика
задается кортежем, включающим в себя имя
характеристики и область допустимых значений. Различают качественные и
количественные характеристики.
Определение 20. Связь – это обмен между элементами информацией для
достижения целей системы.
На рисунке 1 изображены простейшие типы связей в системе.
Рисунок 1 – Простейшие типы связей в системе
В общей теории систем принято различать следующие виды связей:
– связи1-го порядка – функционально необходимые;
11
– связи 2-го порядка – улучшающие действие системы, но не являющиеся
функционально-необходимыми;
– связи 3-го порядка – излишние или противоречивые.
В общей теории систем существует и аксиоматический подход к определению
системы [43].
Аксиома 1. Для системы определены – пространство состояний М, в которых
может находиться система и параметрическое пространство Т, в котором задано
поведение системы.
Аксиома 2. Пространство состояний М содержит не менее двух элементов.
Аксиома 3. Система обладает свойством функциональной эмерджентности.
Определение 21. Эмерджентность – это явление, когда в системе возникают
новые свойства или поведение, которые не характерны для отдельных ее
компонентов [7].
Зачастую в реальных системах свойство эмерджентности обеспечивается
благодаря наличию обратных связей, которые оказывают существенное влияние на
процесс управления в сложных системах.
Пример 1. Научно-педагогический коллектив кафедры университета
представляет собой пример социальной системы (различные подходы к
классификации систем будут приведены позднее). Проиллюстрируем на этом
примере выполнение аксиом 1-3 определения 16. Аксиома 1. Основными
состояниями рассматриваемой социальной системы являютя: обучающий процесс
(осуществляется в течение семестра), контроль (осуществляется во время зачетной
недели и сессии), отдых (осуществляется во время отпуска), методическая работа
(осуществляется в течение всего года), научная работа (осуществляется в течение
всего года). Аксиома 2. Справедливость следует из предыдущего пункта, поскольку
в нем указано 5 состояний системы. Аксиома 3. Очевидно, что любой научнопедагогический коллектив обладает уникальными качествами, присущими только
этому коллективу. Причем эти качества нельзя свести к сумме качеств отдельных
членов кафедры. Например, являют собой пример очень сплоченного коллектива.
12
На этом же примере можно пояснить смысл связей 1, 2 и 3 порядков,
существующих в системе. Например, один из преподавателей ушел на больничный,
а другой преподаватель назначен заведующим кафедрой провести учебные занятия
вместо заболевшего коллеги. Связь 1 порядка. Заменяющий преподаватель
связывается с заболевшим коллегой, чтобы узнать темы учебных занятий,
рекомендуемые источники и другие рабочие моменты. Данная связь является
функционально-необходимой, поскольку без неё качество учебного занятия может
понизиться. Связь 2 порядка. Заменяющий преподаватель может, например,
порекомендовать использовать более новый учебник, лучший по своим
характеристикам или более полно отвечающий рассматриваемой теме. Данная связь
улучшает действие системы, поскольку приводит к улучшению качества учебного
занятия за счет получения обучающимися более актуальных знаний. Связь 3
порядка. Заменяющий преподаватель дает рекомендации по лечению заболевшего
коллеги, не имея медицинского образования. Данная связь является излишней,
поскольку рекомендации по лечению назначает только лечащий врач. Советы
людей, не являющихся специалистами, могут усугубить ситуацию.
В большинстве случаев элементы системы сами могут интерпретироваться как
системы, а рассматриваемая система, наоборот, трактоваться как элемент другой
гораздо более сложной системы.
Пример 2. В рассмотренном выше примере каждый отдельный преподаватель
кафедры представляет собой систему, поскольку является сложной биологической
системой и обладает определенной системой ценностей. При этом каждую кафедру
можно рассматривать как элемент вуза, в состав которого она входит. В свою
очередь любой университет является элементом системы высшего образования.
Таким образом, уместно ввести ещё одно важное понятие общей теории
систем.
Определение 22. Подсистемой называется часть системы, выделенная по
определенному признаку, обладающая некоторой самостоятельностью и
допускающая разложение на элементы в рамках данного рассмотрения [37].
Описание подсистемы в целом совпадает с описанием элемента.
13
Определение 23. Классификация систем – это разделение систем на классы по
различным признакам [31].
Цель любой классификации – ограничить выбор подходов к отображению
системы, сопоставить выделенным классам приемы и методы системного анализа и
дать рекомендации по выбору методов для соответствующего класса систем. При
этом система может быть одновременно охарактеризована несколькими признаками,
то есть ей может быть найдено место в разных классификациях.
В основу классификации систем могут быть положены разные принципы.
Ниже приведен достаточно полный набор встречающихся в источниках
классификации систем.
Классификация систем по виду научного направления:
– математические,
– физические,
– химические,
– биологические и другие.
Классификация по виду применяемой математической модели:
– линейные,
– нелинейные,
– скалярные
– векторные и другие.
Классификация систем по виду отображаемого объекта:
– технические,
– социальные,
– экономические,
– экологические и другие.
Определение 24. Социальная система – это идеально-реальный мир, в котором
живет человек [46].
Человек является элементом большого количества социальных систем. С
момента рождения основной социальной системой ребенка является его семья, далее
– группа в детском саду, учебный класс в средней образовательной школе,
14
студенческая группа в университете, коллектив на работе и другие социальные
системы.
В глобальном смысле в качестве социальных систем можно рассматривать
общество, религию, государство, расу, нацию, этническую принадлежность и др. В
социальных системах в процессе взаимодействия людей формируется модель
поведения индивидуума, его система ценностей, мировоззрение.
Определение 25. Экологическая система – это весь материальный мир
обитания человека, обеспечивающий жизнедеятельность живой материи на Земле и
состоит из физических, химических и биологических систем [46].
Классификация систем по характеру сигналов:
– непрерывные,
– дискретные,
– гармонически модулированные и другие.
Классификация систем по характеру происходящих в них событий:
– детерминированные,
– стохастические.
Определение 26. Система называется детерминированной, если в ней
протекают процессы, имеющие детерминированные характеристики [52].
Определение 27. Система называется стохастической, если в ней протекают
стохастические процессы [52].
Классификация систем по характеру реальности:
– абстрактные,
– материальные.
Определение 28. Средой (внешней средой, окружением) называется
множество объектов вне данного элемента (системы), которые оказывают влияние
на элемент (систему) и сами находятся под воздействием элемента (системы).
На рисунке 2 показано взаимодействие системы и внешней среды.
15
S
S
F
Рисунок 2 – Взаимодействие системы с внешней средой
На рисунке 2 использованы следующие обозначения:
S – система;
– внешняя среда;
t – момент времени;
– элемент системы;
x(t) – неуправляемые входные сигналы, преобразуемые рассматриваемым
элементом;
n(t) – воздействие внешней среды;
u(t) – управляемые сигналы, появление которых приводит к переводу элемента из
одного состояния в другое;
y(t) – выходной сигнал.
Классификация систем по виду взаимодействия с внешней средой:
– открытые,
– закрытые.
Подавляющее большинство реальных систем, как правило, являются
открытыми. Большинство социальных систем могут служить примерами открытых
систем. Закрытые системы создаются искусственно для достижения заданных целей
и задач исследователя.
16
Классификация систем по характеру параметров:
– стационарные,
– нестационарные,
– с распределенными параметрами,
– с сосредоточенными параметрами.
Классификация систем по сложности:
– сложные,
– простые.
К определению сложной системы существует два подхода:
– с точки зрения количества информации в описываемой модели системы;
– с точки зрения типа составляющих её элементов и связей.
Ниже приведены эти определения.
Определение 29. Система называется простой, если в описываемой ее модели
достаточно информации для эффективного управления этой системой [52].
Определение 30. Система называется сложной, если в описываемой ее модели
недостаточно информации для эффективного управления этой системой [52].
Определение 31. Система называется сложной, если она состоит из элементов
разных типов и обладает разнородными связями между ними. [35].
Поскольку сложные системы часто путают с большими системами, то ниже
приведено определение большой системы.
Определение 32. Система называется большой, если она включает в себя
значительное число однотипных элементов и однотипных связей [35].
Сложные системы характеризуются тремя основными признаками:
– робастность;
– наличие неоднородных связей;
– эмерджентность.
Определение 33. Робастность системы – это способность системы сохранять
частичную работоспособность (эффективность) при отказе отдельных элементов
или подсистем [46].
17
Этот признак объясняется функциональной избыточностью сложной системы
и проявляется в изменении степени деградации выполняемых функций, зависящей
от глубины возмущающих воздействий.
В отличие от сложной системы, простая система может находиться не более
чем в двух состояниях:
– полной работоспособности (исправном);
– полного отказа (неисправном).
Помимо этого в системном анализе существует понятие большой системы.
Определение 34. Система называется большой, если её невозможно
исследовать иначе, как по подсистемам [46].
Классификация систем по степени организованности:
– хорошо организованные;
– плохо организованные (диффузные);
– самоорганизующиеся.
Определение 35. Система называется хорошо организованной, если
исследователь (наблюдатель; лицо, принимающее решение) смог определить все
элементы системы и их взаимосвязи между собой и с целями в виде
детерминированных (аналитических, графических) зависимостей [52].
Если объект (явление) олицетворяет собой пример плохо организованной
(диффузной) системы, то перед наблюдателем не ставится задача детально
определить и учесть все элементы и отношения между ними, а также увязать
указанные элементы и отношения с целью (целями) системы. Диффузные системы
принято описывать неким спектром макропараметров и зависимостей, полученных в
результате исследования не всего объекта (явления), а с помощью изучения
репрезентативной выборки элементов и отношений, характеризующих исследуемый
объект или явление. На основе проведенного выборочного метода извлекают
характеристики или зависимости и распространяют их на поведение системы в
целом.
Определение 36. Система называется самоорганизующейся, если она обладает
способностью увеличивать свой порядок или изменять свою организацию [52].
18
Классификация степени использования информации:
– адаптивные;
– неадаптивные.
Определение 37. Система, обладающая способностью приспосабливаться к
изменению внешних условий и воздействий, а также повышать качество управления
по мере накопления информации, называется адаптивной [10].
Определение 38. Система, имеющая постоянную настройку под определенные
внешние условия и воздействия с ограниченным диапазоном их вариаций,
называется неадаптивной [10].
1.2 Задачи создания систем с управлением
Определение 39. Функцией управления в широком смысле называется
совокупность действий, направленных либо на сохранение в неизменном виде
некоторой совокупности свойств объекта, которые подвергаются возмущающим
воздействиям со стороны внешней среды, либо на достижение определенной цели
функционирования, когда объект переходит в требуемое (целевое) состояние [46].
Основными назначениями управления являются:
– обеспечение целевого протекания технологических процессов;
– преобразование энергии, вещества и информации;
– поддержание оптимальной работоспособности;
– безаварийности функционирования объекта.
Основными инструментами выполнения назначений управления является сбор
и обработка информации о состоянии объекта и внешней среды, выработки решений
о воздействии на объект и их исполнении.
Понятие управление не формализовано настолько, чтобы можно было дать его
точное и при этом достаточно полное формальное описание.
Определение 40. Система, в которой реализуется функция управления,
называют системой управления (системой с управлением) [2].
В системе с управлением принято выделять две подсистемы:
19
– управляющую, которая осуществляет функцию управления;
– управляемую, представляющую собой объект управления.
Определение 41. Если в системе с управлением функция управления
реализуется устройствами без участия человека, то система управления называется
автоматической [48].
Примерами таких систем могут служить:
– система управления самолетом в режиме автопилота;
– система регулирования дорожного движения светофорным объектом;
– система регулирования температуры в библиотечных хранилищах с ценными
изданиями.
Определение 42. Если решения об управляющих воздействиях принимаются
людьми, а автоматическое устройство используется только для сбора, обработки и
представления информации и для сравнительного анализа возможных вариантов
решения, то система управления называется автоматизированной [32].
В зависимости от природы объектов, осуществляющих функцию управления
(люди или технические устройства), принято выделять три типа систем с
управлением:
− технические системы управления;
− организационные (социальные) системы управления;
− организационно-технические (комплексные) системы управления.
В настоящее время, характеризующееся активным внедрением систем
искусственного интеллекта во все сферы человеческой деятельности, наиболее
распространенными являются организационно-технические системы управления.
В технических системах управляющую подсистему часто называют системой
регулирования.
В организационных и организационно-технических системах используются
термины:
− система организационного управления;
− система, реализующая основную деятельность (предприятия, государственного
органа и т.п.).
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]