- •А. С. Малин, в. И. Мухин исследование систем управления
- •Введение
- •Часть 1.
- •Элемент системы
- •Связь, взаимодействие и структура системы
- •Понятие внешней среды
- •Понятия, определяющие функционирование системы
- •Состояние системы
- •Входы и выходы системы
- •Функционирование (движение) системы
- •1.3 Характеристика процессов системы
- •Понятие процессов системы
- •Формы входных и выходных процессов
- •Функции обратной связи
- •Функция ограничения системы
- •1.4 Классификация систем
- •Признаки классификации и классы систем
- •Классификация систем
- •Характеристика различных классов систем
- •1.5 Система управления
- •Понятие системы управления
- •Цель системы управления
- •Закон управления системой
- •Эффективность управления системой
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •2.Методологические основы исследования
- •Сущность системного подхода
- •2.2 Анализ систем управления
- •Понятие, цели и задачи анализа
- •Решение задач анализа систем управления
- •2.3 Синтез систем управления
- •Понятие, цели и задачи синтеза
- •Решение задач синтеза систем управления
- •2.4 Принципы анализа и синтеза систем управления
- •Принцип физичности и его постулаты
- •Принцип моделируемости и его постулаты
- •Принцип целенаправленности и его постулаты
- •2.5 Виды анализа и синтеза систем управления
- •Структурный анализ и синтез систем управления
- •Функциональный анализ и синтез систем управления
- •Параметрический анализ и синтез систем управления
- •2.6 Уровни исследования и структура показателей систем управления
- •Уровни исследования систем управления
- •Структура показателей систем управления
- •Оценка информативности показателей анализируемой системы управления
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •3.Особенности анализа и синтеза различных систем управления
- •3.1 Особенности анализа и синтеза технических систем управления
- •Особенности технических систем управления
- •Специфика анализа и синтеза технических систем управления
- •Основы синтеза новой технической системы управления
- •3.2 Особенности анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Особенности эргатических (человеко-машинных) систем управления
- •Специфика анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Типовые противоречия в процессе создания новых эргатических систем управления
- •Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых эсу
- •Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации эсу
- •3.3 Особенности анализа и синтеза организационных систем управлениия
- •Особенности организационных систем управления
- •Методология анализа и синтеза организационных систем управления
- •Специфика анализа и синтеза организационных систем управления
- •Основные черты организационного управления
- •Основные требования к организационному управлению
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •4. Системный анализ и синтез проблемы
- •4.1 Обшая характеристика проблемы как системы
- •Понятие проблемы и проблемной ситуации
- •Классификация проблем
- •Представление проблемы как системы
- •Этапы решения проблемы
- •4.2 Исходная постановка (формулирование) проблемы
- •Цель постановки проблемы
- •Этапы постановки проблемы
- •4.3 Формирование целей и условия решения проблемы
- •Условия формирования целей
- •Выявление и систематизация подцелей
- •Последовательная декомпозиция целей
- •Установление условий решения проблемы
- •4.4 Структуризация проблемы и систематизация путей достижения целей
- •Основные понятия и этапы структуризации проблемы
- •Уточнение структуры системы
- •Критический анализ функционирования системы управления
- •Систематизация путей достижения целей, оценка их значимости
- •4.5 Выявление и выбор альтернатив решения проблемы
- •Этапы выделения альтернатив решения проблемы
- •Выбор альтернатив
- •4.6. Принятие решения и выбор оптимальных решений
- •Выявление и выбор вариантов решения проблемы (подпроблемы)
- •Выбор оптимальных решений
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Часть 2
- •Методы, средства и уровни научного исследования
- •5.2 Методы эмпирического исследования
- •Наблюдение
- •Сравнение
- •Измерение
- •Эксперимент
- •5.3 Методы эмпирического и теоретического исследования
- •Абстрагирование
- •Анализ и синтез
- •Индукция и дедукция
- •Моделирование и использование приборов
- •Исторический и логический методы научного познания
- •5.4 Методы теоретического исследования
- •Восхождение от абстрактного к конкретному
- •Идеализация
- •Формализация
- •Аксиоматический метод
- •5.5 Основные формы научного исследования
- •Проблема
- •Идея, принцип, закон
- •Гипотеза, предположение, математическая гипотеза
- •Классификация моделей
- •5.6 Фактологическое обеспечение исследования
- •Философские аспекты фактологического обеспечения исследования
- •Понятие факта
- •Сбор и анализ фактов
- •Особенности использования фактов в исследовании систем управления
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Специфические методы исследования систем управления
- •6.1 Методы появления системной идеи
- •Сущность идеи
- •Первый цикл проявления идеи
- •Второй цикл проявления идеи
- •6.2 Эвристические методы исследования систем управления
- •Методы активизации технологии творчества
- •Ассоциативные методы
- •Метод "мозгового штурма"
- •Метод синектики
- •6.3 Формализованные методы исследования систем управления
- •Параметрический метод
- •Морфологический метод и его модификации
- •Комбинаторный метод
- •Методы логического поиска
- •Метод "букета проблем"
- •Методы поиска новых технических решений
- •6.4 Статистические методы анализа систем управления Сущность и область применения
- •Регрессионный анализ
- •Корреляционный анализ
- •Дисперсионный анализ
- •Ковариационный анализ
- •Метод временных рядов
- •Метод главных компонентов
- •Факторный анализ
- •6.5 Детерминированные методы анализа систем управления
- •Сущность и область применения
- •Инфлюентный анализ
- •6.6Cинтез систем управления методами оптимизации
- •Синтез систем управления методами безусловной оптимизации
- •Синтез систем управления с помощью многокритериальной оптимизации
- •6.7 Синтез систем управления методами математического программирования
- •Сущность и содержание математического программирования
- •Общая характеристика методов математического программирования
- •Методы решения задач линейного программирования
- •Методы решения задач нелинейного программирования
- •Методы решения задач дискретного (целочисленного) программирования
- •Методы динамического программирования
- •Методы стохастического программирования
- •6.8 Анализ и синтез систем управления с помощью математических теорий
- •Теория принятия решений
- •Теория массового обслуживания
- •Теория эффективности
- •Теория игр
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •7. Экспертные оценки решения проблем
- •7.1 Сущность и содержание метода экспертных оценок
- •Сущность метода экспертных оценок
- •Подготовка экспертизы
- •Проведение опроса экспертов
- •Виды и типы вопросов
- •7.2 Методы обработки информации, получаемой от экспертов
- •Сущность экспертного ранжирования
- •Метод непосредственной оценки
- •Перевод оценок в ранги
- •Оценка факторов
- •Метод последовательных сравнений
- •Метод парных сравнений
- •Матрица предпочтений для ранжирования с помощью парного сравнения
- •Матрица р: доля случаев, когда фактор I предпочтительнее фактора j
- •7.3 Метод Дельфи
- •Классический метод экспертных оценок Дельфи
- •Метод структуризации принятия решений
- •Показатели оценки элементов "дерева решений" на уровне подпроблем
- •Экспертные оценки целенаправленности тем научных исследований
- •7.4 Метод анализа иерархий
- •Сущность и содержание анализа иерархий
- •Средние согласованности матриц
- •Пример применения метода анализа иерархий
- •Покупка дома: матрица попарных сравнений для уровня 2, решение и согласованность
- •Покупка дома: матрицы попарных сравнений для уровня 3, решение и согласованность
- •Покупка дома: матрица глобальных приоритетов
- •Вопросы для повторения
- •Литература
- •Часть 1. 6
- •Часть 2 187
- •Исследование систем управления
- •144003, Г. Электросталь Московской обл., ул. Тевосяна, 25.
Специфика анализа и синтеза эргатических систем управления
Задачи анализа ЭСУ решаются, как правило, на стадиях их эксплуатации, транспортировки, снятия с эксплуатации и списания. Анализ используется также для исследования вариантов вновь создаваемых ЭСУ с целью выбора лучшего варианта.
Задачи синтеза ЭСУ решаются на этапах их проектирования и создания.
К задачам синтеза ЭСУ относится процесс принятия решения о целесообразности того или иного нововведения и обоснованного выбора направлений предпроектных исследований.
Структурный анализ и синтез ЭСУ направлен на решение следующих задач: описание состава организации (ЭСУ) и построение ее структурной схемы; формирование рационального числа уровней управления; определение 'состава и мест размещения звеньев управления; определение функций отдельных подразделений, их структурной схемы; создание рациональной сетевой структуры, обеспечивающей требуемые характеристики устойчивости и оперативности управления; исследование отдельных технических устройств, входящих в состав ЭСУ; учет психологических характеристик человека-оператора при создании структур ЭСУ; построение обобщенной структурной информационной модели ЭСУ; описание материальных, вещественных и информационных связей.
Функциональный анализ и синтез ЭСУ направлен на решение следующих основных задач: анализ функций управления в структурных подразделениях, выбор состава автоматизируемых функций и определение их взаимодействий; определение способов сбора, хранения и отображения информации, необходимой для функционирования системы управления; определение порядка обработки информации с целью принятия управленческих решений и доведения их до исполнителей; создание системы контроля за доведением решений и их исполнением, а также оценка результатов выполненных решений; учет психологических факторов оператора при управлении сложными ЭСУ.
Особенности информационного анализа и синтеза ЭСУ заключаются в исследовании и поиске рациональных способов сопряжения оперативного персонала с техническими средствами и решаемыми задачами управления.
При этом исследуются способы предоставления, ввода и вывода информации, определяется необходимый и достаточный состав формализованных сообщений (указаний, приказов, подтверждений, донесений), обеспечивающих эффективное управление.
Наряду с этим решаются общие задачи анализа и синтеза информационного обеспечения, включающего способы классификации и кодирования информации, языковые средства описания данных, унифицированную систему документации, программные средства обработки информационных массивов, базы и банки данных.
Параметрический анализ и синтез ЭСУ связаны с исследованием и количественной оценкой разнообразных свойств и различных условий Функционирования оперативного персонала и используемых технических средств управления. Поэтому процедура выбора показателей, достаточно полно отражающих свойства подобных систем, довольно сложна, и в настоящее время нет четко установленного перечня подобных показателей. На практике для исследования свойств данных систем и их элементов используется несколько сотен различных показателей: количественные, качественные, экономические, технические, общие, комплексные, частные, основные, вспомогательные, специфические, исходные, производственные и т.п.
Из большого количества показателей качества работы людей в ЭСУ наиболее часто используют быстродействие, напряженность, экономичность, надежность.
Быстродействие оператора характеризуется длительностью рабочего цикла
при а = 0,2 с; l/R0 = 0,15 + 0,35с/бит, т.е. в предположении, что в среднем начало работ запаздывает относительно момента выдачи задания на 0,2 с, при средней производительности оператора, равной I/0,15 — I/0,35 бит/с.
Быстродействие конкретного оператора может быть определено с использованием тренажера или хронометрирования на реальном рабочем месте.
Напряженность работы оператора определяется степенью функционального напряжения его организма, нервного или физического, по формуле
где уi, уimax - физиологические количественные показатели напряженности работы в реальных и экстремальных условиях соответственно.
Экономичность оператора определяется как отношение количественного результата его работы к затратам на подготовку и поддержание квалификации оператора.
Надежность оператора характеризует его свойство выполнять заданные функции в течение определенного времени при заданных условиях работы. Показатели надежности человеко-машинных систем должны учитывать свойства и человека, и машины. Однако если методы оценки надежности машин достаточно хорошо разработаны, то расчет надежности людей-операторов представляет известные трудности и составляет в настоящее время одну из актуальных проблем в теории ЭСУ.
Функциональным понятием теории надежности является понятие отказа — случайного события, состоящего в том, что элемент (оператор) полностью или частично утратил свою работоспособность, в результате чего заданные ему функции не выполняются.
Устойчивые отказы операторов называют биологическими, а временные — психологическими. Причиной первых являются болезни, чрезмерное утомление, засыпание на рабочем месте и т.п.; причиной временных отказов являются случайные ошибки нормального рабочего оператора.
Одним из показателей надежности операторов служит вероятность безотказной работы, определяемая как
Pon(t}=KonPб(t) + Pn(t)
где Рб,Рп— вероятности биологической и психологической надежности оператора соответственно;
Коп - коэффициент готовности оператора.
Т0 — время отсутствия оператора на рабочем месте;
T- общее время работы.
С учетом Рon вероятность безотказной оперативной работы человеко-иинной системы определяют мультипликативным показателем
,
где Ртехн(t) - вероятность безотказной работы машины;
PCB(t) - вероятность своевременного выполнения работы.
Выделенные показатели качества работы операторов позволяют определить следующие основные пути повышения эффективности их работы:
¨ обеспечение необходимой степени профессиональной подготовки операторов;
¨ проектирование аппаратуры в соответствии с требованиями инженерной психологии;
¨ обеспечение контроля за правильностью действий операторов;
¨ правильный выбор режимов труда и отдыха операторов;
¨ исключение информационных перегрузок операторов;
¨ обеспечение хорошего психологического климата в коллективе операторов и т.п.
Экспериментально установлено, что определенная часть операторов, обладающих соответствующей квалификацией, часто обнаруживают свою несостоятельность при возникновении аварийных (критических) ситуаций.
Статистика указывает также на значительный процент аварий из-за неправильных действий операторов (человеческого фактора), (например, в строительстве — больше 70%, в авиации — больше 80%). Таким образом, очень часто ошибочные действия операторов приводят к лавинообразному развитию аварийных ситуаций, к порче и потере дорогостоящей техники, а также к гибели людей.