- •Часть 1. Имитационное моделирование. Факторный эксперимент
- •Часть 1. Имитационное моделирование. Факторный эксперимент
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава I. Системное моделирование – инструмент управления в больших системах
- •1.1. Понятия системного подхода и большой системы
- •1.2. Эффективность больших систем
- •1.3. Управление в больших системах
- •1.4. Структура систем управления
- •1.5. Основные понятия системного моделирования
- •Глава II. Моделирование систем методом статистических испытаний
- •2.1. Принципы построения математических моделей
- •2.2. Требования, предъявляемые к математическим моделям
- •2.3. Моделирование больших систем методом статистических испытаний. Сущность метода статистических испытаний. Точность метода
- •Вопрос 1.
- •2.3.1. Формирование непрерывных случайных величин с заданным законом распределения
- •2.3.2. Приближенные методы формирования случайных величин с заданным законом распределения вероятностей
- •2.3.3. Моделирование системы массового обслуживания
- •1,07 1,09 1,14 Моделируемое время t
- •2.3.4. Получение наблюдений при моделировании
- •Прикладные задачи имитационного моделирования
- •Ориентированный процесс случайного блуждания как метод прогнозирования
- •2.4.2. Модифицированный имитационным моделированием метод экспоненциального сглаживания
- •Глава III. Оценка качества моделей и планирование статистических испытаний
- •3.1. Оценка качества моделей
- •3.1.1. Методы повышения качества оценок показателей эффективности
- •3.1.2. Пассивные методы повышения качества оценивания показателя эффективности
- •3.1.3. Активные методы повышения качества оценивания показателя эффективности
- •3.1.4. Косвенные методы повышения качества оценивания показателя эффективности
- •3.2. Планирование имитационных экспериментов
- •3.2.1. Общая схема испытаний
- •3.2.2. Полные факторные планы испытаний
- •3.2.3. Дробные факторные планы испытаний. Планирование испытаний
- •3.2.4. Анализ результатов испытаний
- •3.2.5. Оптимальные планы
- •Методы принятия решений по результатам испытаний
- •Общая процедура принятия решений
- •3.3.2. Проверка гипотез о параметрах
- •Принятие решений о стабильности условий испытаний
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •Глава I. Системное моделирование – инструмент управления в больших системах 6
- •Глава II. Моделирование систем методом статистических испытаний 43
- •Глава III. Оценка качества моделей и планирование статистических испытаний 147
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5
1.4. Структура систем управления
Структура системы управления имеет исключительно важное значение для эффективного функционирования системы.
Под структурой системы понимается организация системы из отдельных элементов с их взаимосвязями, которые определяются целями системы и распределением функций между ее элементами. Другими словами, это способ, которым части системы связаны между собой в одно целое и подчинены общей задаче.
Под структурой организационной системы понимается форма распределения задач и полномочий между лицами или группами лиц (структурными подразделениями), составляющими систему, направленную на достижение общесистемных целей.
Структуры систем управления можно классифицировать по следующим основным признакам:
по числу уровней управления – одноуровневые и многоуровневые, иерархические;
по принципам управления и подчиненности – централизованные, децентрализованные и смешанные.
В централизованной системе все существенные решения принимаются центральным органом, осуществляющим функции управления и координации деятельности всех подсистем.
Но централизованная структура управления требует сосредоточения и переработки в центральном органе огромного объема информации, относящейся к функционированию всей системы и необходимой для принятия решения. Может оказаться, что полностью централизованный сбор и обработка информации либо технически невозможны, либо приводят к значительному запаздыванию в принятии решения, то есть к принятию решений по устаревшей информации. В обоих случаях это приводит к увеличению неопределенности при принятии решения, а следовательно, к снижению эффективности системы управления.
В децентрализованных системах решения принимаются отдельными подсистемами независимо и не корректируются подсистемой более высокого уровня.
В смешанных системах управление выполнением некоторых действий происходит централизованно, а некоторых – децентрализовано.
По выполняемым функциям и целевому назначению различают структуры систем планирования, оперативного управления, формационных систем и др.
По принципу разбиения систем на подсистемы различают структуры систем, в которых элементы объединяются по функциональному или объектному принципу.
Большие организационные системы обычно имеют иерархическую структуру со смешанным управлением.
В иерархических системах трудности, вызванные большим объемом информации и сложностью ее обработки, преодолеваются распараллеливанием процедур обработки информации, то есть разделением системы управления на звенья, каждое из которых работает только с небольшой частью общего объема информации. Для принятия решений в отдельных звеньях необходимо уже иметь значительно меньший объем информации, следовательно, эти решения будут приниматься в условиях значительно меньшей неопределенности. Иерархическая структура управления – это прежде всего разделение функций обработки информации и принятия решений.
Таким образом, иерархическая структура управления приводит к некоторой децентрализации управления, так как отдельные решения получают право самостоятельно принимать решения по тем или иным вопросам.
Наиболее характерными особенностями иерархической структуры являются:
автономность отдельных подсистем;
уплотнение (агрегирование) информации при движении вверх по иерархии;
наличие целей для каждой подсистемы и общесистемных целей;
взаимовлияние и взаимозависимость подсистем из-за наличия общих ограничений.
С иерархической структурой управления логически связан метод декомпозиции целей (задач).
Управление большими системами требует достижения многих конечных и промежуточных целей, учета многих разнообразных связей и ограничений. В связи с этим находит широкое применение метод декомпозиции, сущность которого заключается в том, что исходная цель разбивается на цели меньшей сложности. Из целей всей системы вытекают цели для звеньев второго уровня. Из целей второго уровня, в свою очередь, вытекают цели третьего уровня и т. д.
Метод последовательного расчленения основных целей позволяет построить так называемое дерево целей. Дерево целей строится таким образом, что достижение цели нижестоящего уровня обеспечивает достижение целей более высокого уровня.
Построение дерева целей обеспечивает согласованность целей для различных подсистем и элементов, входящих в систему. Причем, если для верхних уровней цели носят общий, иногда (для очень крупных систем) качественный характер, то по мере понижения уровня они конкретизируются, доходя до количественно определяемых характеристик, которые должны быть достигнуты.
Для построения дерева целей необходимы следующие данные: четко определенные цели на всех уровнях; оценки относительной важности целей каждого уровня.
Построение дерева целей рассмотрим на следующем примере.1 Пусть требуется разработать новый комплекс летательных аппаратов (ЛА).
Система ЛА
(комплекс)
1-й
Составные части
Сооружения
ЛА
Наземное оборудование
2-й
Основные элементы
Конструкция
корпуса
Двигательная
установка
Система
управления
3-й
Составляющие элементы
Турбонасосный
агрегат
Камера сгорания
Система газогенерации
4-й
Комплектующие элементы
Камера
Сопло
Форсунка
5-й
Рис. 1.1. Агрегатирование по уровням иерархии
Расчленение общей цели на подцели по иерархическим уровням и построение дерева целей видно из рис. 1.1. На рисунке расчленение показано только для одной составной части – ЛА. Аналогичным образом расчленяются цели и для остальных составных частей.
Дерево целей помогает увязать перспективы проблемы с планом работы на текущий период, облегчает разбиение процесса выполнения всей программы на ряд последовательных во времени этапов.
Оценка относительной важности целей на высоких уровнях представляет сложную задачу, ибо, как правило, она трудно формализуема или вообще неформализуема. Цели могут быть определены количественно или качественно. Чтобы оценить их относительную важность или степень их достижения, нужно найти для их общую меру измерения. Если это сделать не удается, задача решается методом экспертных оценок. На нижних уровнях, где цели сводятся к решению конкретных научных или технических задач, они (цели) формализуются и сравнительную оценку можно произвести формальными же методами.
Рассмотрим обобщенную структурную схему автоматизированной системы управления (рис. 1.2). Каналы связи и передачи информации показаны стрелками. Жирными стрелками обозначена командная информация.
В ПЭВМ поступает информация о внешней среде, о состоянии управляемых объектов и с каждого уровня управления. С помощью математического обеспечения ПЭВМ поступившая информация врабатывается и направляется на хранение в информационную базу. Математическое обеспечение АСУ использует эту информацию для решения задач управления. С его помощью на ЭВМ осуществляется поиск оптимальных решений и выдаются варианты решений на каждый уровень управления. Чем выше уровень математического обеспечения АСУ, тем более сложные задачи управления можно решать с применением ПЭВМ.
К руководителю системы (1-й уровень управления) поступает информация о внешней среде, состоянии управляемых объектов и количественные данные и варианты решений, выработанные ПЭВМ. На основании этих данных, а также целей системы и критериев выбора руководитель принимает решение, которое поступает в инстанции 2-го уровня управления. Здесь осуществляются функции планирования, организации и управления процессом реализации решения. Разработанные здесь решения передаются на управляемые объекты и ПЭВМ.
Цели
системы
Критерии
Руководитель
Математическое
обеспечение АСУ
о внешней
Количественные
данные варианты решений
Принятые решения
ПЭВМ
Промежуточ-
ные
инстанции
2-й уровень
управления
Математическое
обеспечение ПЭВМ
Принятые
решения
Информационная
база
Управляемые
объекты
3-й уровень
управления
Рис. 1.2. Структура автоматизированной системы управления
Управляемые объекты могут, в свою очередь, состоять из двух подсистем – управляемой и управляющей, причем они могут иметь свои промежуточные уровни и собственные ПЭВМ.
На схеме с целью ее упрощения изображена одна ПЭВМ. Реально же в силу иерархической структуры системы ПЭВМ и другие средства обработки информации могут быть на каждом уровне управления.