Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы организационного управления. Учебное пособие
.pdf
61
у
В основном существуют две иерархические структуры – древовидная (веерная) и ромбическая (рис. 11). Иерархия сужает возможности и особенно гибкость системы. Элементы нижнего уровня сковываются доминированием сверху, они способны влиять на это доминирование (управление) лишь частично и с задержкой. Введение
иерархии резко упрощает создание и функционирование системы, что
является необходимым
приемом рассмотрения сложных систем. Отрицательное воздействие иерархии преодолевается путем предоставления отдельным элементам возможности реагировать на часть воздействий без жесткой регламентации сверху.
(i – 1)-й уровень
Главенствующий
элемент
1-й иерархический
ровень
…
2-й иерархический
уровень
(i + 1)-й уровень
i-й уровень
а)
б)
Рис. 11. Иерархические структуры:
а – древовидная (веерная); б – ромбическая
Модуль – это группа элементов системы, описываемая только
своими входами и выходами и обладающая определенной ценностью
.
Вход – это воздействие на элемент системы, которое он ис-
пытывает со стороны других элементов и «не системы»
.
Выход – это воздействие элемента системы, которое он ока-
зывает на другие элементы и «не систему»
.
При рассматривании группы элементов только входами и выходами появляется возможность оперировать этой частью системы, не
вникая, как связаны и взаимодействуют между собой элементы.
62
{
}
{
}
+
−
−
Модульный принцип проектирования систем предполагает вести ее разработку «сверху» с продумыванием назначения входов и выходов модулей верхнего уровня. Далее спускается вниз, все в большей степени детализируя систему (рис. 12).
+
х
j
Входы
Выходы
−
х
j
J
+
{}
х
ij
Модуль
−
{}
х
jk
Рис. 12. Модуль J:
+
х – внешние от «не системы» воздействия на элементы модуля J;
j
от других элементов системы на элементы модуля J;
от элементов модуля J на другие элементы системы;
от элементов модуля на «не систему», их можно рассматривать как часть F
функции системы F, которая реализуется модулем J
x – связи (воздействия)
jk
x – связи (воздействия)
j
x – связи
ij
Понятие модуля близко к концепции «черного ящика», т.е. объекта, в котором известна только зависимость выходов от входов, но
отличается от него тем, что имеется возможность анализа процессов,
j
происходящих внутри модуля. Однако на определенных стадиях рассмотрения системы этот анализ можно не проводить.
Состояние системы – зафиксированные все значения характе-
ристик в системе, определяющих ее цель
.
Любой элемент системы обладает рядом свойств, характеристик, которые могут изменяться в процессе рассмотрения системы.
Вследствие этого могут изменяться свойства, характеристики группы
элементов, модуля и системы в целом. При изменении хотя бы одной
характеристики элемента появляется новое состояние системы.
Процессом в системе называется набор состояний системы,
соответствующий упорядоченному непрерывному или дискретному
изменению некоторого параметра, определяющего характеристики
(свойства) системы
.
Процесс изменения системы во времени называют динамикой
системы. Параметрами процесса могут быть температура, давление,
деформации и другие физические величины.
63
−
Для символьной записи процесса вводится многомерная (по
числу рассматриваемых характеристик) величина
y, описывающая их
конкретные значения. Все множество этих величин обозначается через
Y: y∈Y. Вводится параметр процесса t, множество его значений T
и описывается
S
цесс
есть правило перехода от ситуации со значением параметра t
tot
к ситуации со значением t
y как функция от этого параметра: y = y(t). Тогда про-
>
t
через все его промежуточные непре-
0
рывные или дискретные значения:
S
(y(t0)) = y(t), y
tot
∈
Y, t∈T.
Целенаправленные системы – система, имеющая некоторую
сформулированную цель
.
Цель системы – это получение желаемого выходного воздей-
ствия или достижение желаемого состояния системы
.
Формулировка цели перед системой влечет за собой необходи-
0
мость: а) формулировки локальных целей, стоящих перед элементами
системы и группами элементов; б) целенаправленного вмешательства
в функционирование (строение, проектирование) системы. При модульном строении системы локальные цели выступают как требования к выходам модулей.
Управление в системе – это целенаправленное вмешательство
в процесс системы
В символьной записи общий вид процесса
из совокупности управлений
.
u
с управлением u
S
tot
U имеет вид
u
(y(t
S
tot
)) = y(t, u), y∈Y, t∈T, u∈U.
0
В этой формуле отражена лишь управляемость, вариантность
процесса, но не его цель. Для записи процесса, приводящего к достижению цели, необходимо ввести обозначение
f выходных воздейст-
вий, на которые можно влиять выбором управлений
которые называются критериями, есть часть выходов
u. Величины f,
−
xх и рас-
jjk
сматриваемого модуля или системы целиком. Желаемый вид выход-
64
ных воздействий обозначается fG, где G есть символ сформулированной цели, и
В момент
щие достичь цели
управляемым процессом
достичь цель
f = f(y).
t
существует состояние характеристик yG, позволяю-
G
f
. При этом состояние y
G
u
. Тогда управление uG, позволяющее
S
tot
f
определяется соотношением
G
может быть достигнуто
G
u
(y(t0)) = y(t, u), f(y) = f
S
tot
, y∈Y, t∈T, u∈U.
G
2.2. Принципы системного подхода
При проектировании оптимальных систем управления организационными системами необходимо руководствоваться основными
1
принципами
системного подхода.
Принцип конечной цели: абсолютный приоритет конечной
1.
(глобальной) цели
.
Этот принцип означает, что в целенаправленной системе всё
должно быть подчинено глобальной цели. Любая попытка изменения,
совершенствования и управления в такой системе должна оцениваться с точки зрения того, помогает или мешает она достижению конечной цели. В связи с этим цель должна иметь четкую, конкретную
трактовку. В нецеленаправленных системах
конечная цель заменяется
понятиями основной функции, основного назначения, свойства системы.
Принцип единства: совместное рассмотрение системы как
2.
целого и как совокупности частей (элементов)
Принцип связности: рассмотрение любой части совместно
3.
с ее связями
Принцип модульного построения: полезно выделение моду-
4.
.
лей в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей
.
.
1
Принцип системного подхода – это некоторое утверждение общего характера,
обобщающее опыт человека со сложными системами.
65
Этот принцип указывает на возможность построения системы на
основе ее входных и выходных воздействий.
Принцип иерархии: полезно введение иерархии частей (эле-
5.
ментов) и (или) их ранжирование
Принцип функциональности: совместное рассмотрение
6.
структуры и функции с приоритетом функции над структурой
.
.
Этот принцип утверждает, что любая структура тесно связана с
функцией системы и ее частей и исследовать (создавать) структуру
необходимо после определения функций в системе. Это значит, что в
случае придания системе новых функций необходимо пересмотреть
ее структуру.
Принцип развития: учет изменяемости системы, ее спо-
7.
собности к развитию, расширению, замене частей, накапливанию
информации
.
Принцип развития указывает на изменчивость системы при сохранении ее качественных особенностей.
Принцип децентрализации: сочетание в принимаемых ре-
8.
шениях и управлении централизации и децентрализации
.
Этот принцип рекомендует, чтобы управляющие воздействия и
принимаемые решения исходили не только из одного центра – главенствующего элемента. Ситуация, когда все управляющие воздействия исходят из одного места, называется полной централизацией.
Полная централизация оправдывается только при особой ответственности за все, происходящее в системе, и при неспособности частей
системы самостоятельно
реагировать на внешние воздействия. В такой системе связи, ведущие к главному элементу, будут перегружены, и, как следствие, система с большой вероятностью начнет выдавать неправильные решения. Однако чем выше степень децентрализации решений в системе, тем сложнее они согласовываются при реализации глобальной цели. Достижение общей цели в децентрализо
-
ванной системе возможно: а) устойчиво работающим механизмом регуляции; б) при использовании жесткой обратной связи. Вывод: степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей
выполнение сформулированной цели.
Принцип неопределенности: учет неопределенностей и слу-
9.
чайностей в системе
.
66
Принцип неопределенности утверждает, что система может
иметь неизвестные исследователю функции, свойства и управления.
Это может быть система с невыясненной структурой, с непредсказуемым ходом процессов, со значительной вероятностью отказов в
работе элементов, с неизвестными внешними воздействиями и т.д.
Частный случай неопределенности – случайность, т.е. ситуация, когда вид события известен
, но оно может либо наступить, либо не наступить. На основе этого вводится полное поле (множество) событий,
про которое известно, что одно из них наступит. Существуют следующие способы учета неопределенности:
• Оценивают «наихудшие» или «крайние» возможные ситуации
и рассматривают их. В этом случае определяется ограниченное поведение системы и на его основе делаются выводы о поведении вообще.
Такой способ называется методом гарантируемого результата.
• Анализируют информацию о вероятностных характеристиках
случайностей (математическое ожидание, дисперсия, корреляция и
т.д.). Исходя из результатов анализа, определяют вероятностные характеристики выходов в системе. При этом рассматриваемая система
строится на усредненных характеристиках совокупности ее входов и
выходов.
• Вводят дублирующие элементы в систему либо заменяют не-
надежные элементы на достаточно надежные. Математическая реализация такого приема построения систем основана на теории вероятностей, которое носит название теории надежности.
Предлагаем методологию системных исследований организационных объектов, учитывающую принципы системного проектирования систем управления.
Выявление главных функций (свойств, целей, предназначе-
1.
ния) системы. Формирование (выбор) основных предметных понятий,
используемых в системе. Определяется тип выхода в системе: материальный энергетический, информационный, они должны быть отнесены к каким-либо физическим или другим понятиям.
Выявление основных частей (модулей) в системе и функ-
2.
ций. Понимание единства этих частей в рамках системы. Первоначальное определение внутреннего содержания системы, выявление,
из каких крупных частей состоит и какова роль каждой части в сис-
67
теме. На первоначальной стадии должны быть получены первичные
сведения о структуре и характере основных связей.
Выявление основных процессов в системе, их роли, условий
3.
осуществления; выявление стадийности, скачков, смен состояний и
т.п. в функционировании системы; выделение основных управляющих факторов в системах управления. Здесь изучается динамика важнейших изменений в системе, ход событий в ней, вводятся параметры
состояния, рассматриваются факторы, изменяющие эти параметры и
обеспечивающие течение процессов, а
также условия начала и конца
процесса. Для управляемых систем уясняются основные управляющие воздействия, их тип, источник и степень влияния на систему.
4.
Выявление основных элементов «не системы», с которыми
связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. Исследуются основные внешние воздействия на систему (входы). Определяются их тип (вещественные, энергетические, информационные),
степень влияния на систему, основные характеристики.
5. (Для стохастических систем).
стей и случайностей
в ситуации их определяющего влияния на сис-
Выявление неопределенно-
тему.
6.
Выявление разветвленной структуры, иерархии, форми-
рование представлений
о системе как о совокупности модулей, свя-
занных ходами-выходами.
7.
Выявление всех элементов и связей, важных для целей
рассмотрения
Учет изменений и неопределенностей в системе. Исследует-
8.
. Ранжирование элементов и связей по их значимости.
ся нежелательное изменение свойств системы, а также возможность
замены отдельных частей (модулей) на новые для повышения качества системы по сравнению с первоначальным состоянием. Здесь в отличие от пункта 5 учет неопределенностей определяется исследованиями чувствительности к ним важнейших свойств (выходов) системы. Чувствительность системы – это степень
влияния изменения вхо-
дов на изменение выходов.
9.
Исследование функций и процессов в системе с целью
управления ими. Введение управления и процедур принятия решения.
Рассмотрение управляющих воздействий как системы управления.
68
Здесь в отличие от пункта 3 исследуются вопросы: где, когда и как (в
каких точках системы, в какие моменты, в каких процессах, скачках,
выборах из совокупности, логических переходах и т.д.) система
управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо. Исследуются варианты перевода входов и постоянных
параметров в управляемые, допустимые
пределы управления и способы их реализации.
10.
Введение совокупности моделей для описания системы с
целью удобного отражения ее свойств, а также для предсказания ее
поведения и вывода неочевидных свойств. Здесь, в отличие от ранее
описанных этапов, модель и система отделяются друг от друга, что
позволяет четко представить огрубление и приближенность, которые
несет модель. Существует два метода моделирования: дедуктивный и
индукционный.
Первый предполагает использование какой-либо общей модели для вывода из нее конкретной. Второй основывается на
формировании общей модели системы из частной. Точность моделирования должна быть минимальной и обеспечивать отражение всех
важных особенностей системы.
11.
Накопление опыта работы с системой и ее моделью. Уточ-
нение сведений о системе, доводка и совершенствование моделей, т.е.
при выявлении несоответствия между предсказанием поведения системы и результатами ее функционирования должны быть пересмотрены структура и иерархия системы для нахождения недостатков или
неверно определенных элементов и связей.
12.
Оценка предельных возможностей системы. Исследование
отказов, выходов из строя, отклонений от нормы. Постоянное и периодическое тестирование работоспособности и ресурсов системы.
Отказы и другие незапланированные (нетабельные) явления изучаются с точки зрения вероятности их возникновения, мер предупреждения и вариантов реагирования на них.
13.
Расширение функций (свойств) системы, изменение требо-
ваний к ней, возникновение новых задач, новых условий работы.
Включение системы элементом в систему более высокого уровня. На
этой стадии определяется возможность частичной перестройки функционирования (назначения) системы или изменения задач ее исследо-
69
вания. При включении системы элементом в некоторую макросистему требуется пересмотреть пункт 4, где изучаются основные связи
системы с «не системой», и пункт 6, где исследуются основные и существенные связи с внешней средой. Однако выдвижение требований
к системе со стороны макросистемы может привести к необходимости пересмотра всех основных системных понятий (входы
, выходы,
управление и т.д.) и тем самым затронуть все стадии исследования
системы.
Проектирование новых систем начинается с подгонки друг к
другу простейших элементов, далее согласуется работа модулей все
более высоких иерархических уровней, и наконец, обеспечивается
функционирование системы в целом. Такой процесс также включает
все перечисленные этапы с многократным проходом
по стадиям 1–13,
а достижение конечной цели имеет вид итеративного приближения.
В сфере организационного управления выделяют следующие
системы управления:
• децентрализованные;
• централизованные;
• централизованные рассредоточенные;
• иерархические.
Рациональный выбор этих систем управления для конкретной
технической системы или технического объекта позволяет снизить
риски от неправильных действий управляющих воздействий и более
качественно отработать цель системы.
2.3. Децентрализованная система управления
Такая система представляет собой совокупность нескольких независимых систем со своей информационной и алгоритмической базой. Для выработки управляющего воздействия на каждый объект
управления необходима информация о состоянии только этого объекта (рис. 13).
70
ОРУ
ОУ
1
1
…
…
ОРУ
ОУ
n
n
Рис. 13. Децентрализованная система управления:
ОРУ – орган управления; ОУ – объект управления
Построение системы с такой структурой эффективно при автоматизации объектов управления, технологически независимых по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам.
2.4. Централизованная система управления
Эта система управления реализует все процессы управления в
едином органе (устройстве) управления, который собирает и обрабатывает информацию об управляемых объектах или субъектах и на основе их анализа в соответствии с критериями системы вырабатывает
управляющие сигналы или нормативные акты (рис. 14).
ОРУ
ОУ
1
…
ОУ
n
Рис. 14. Централизованная система управления
Появление этой структуры управления связано с увеличением
числа контролируемых, регулируемых и управляемых параметров и,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]