Анализ и синтез систем управления с учетом особенностей их вида
Выделяют три основных вида систем управления:
1) технические – это системы, которые содержат в качестве элементов технические устройства и могут в течение некоторого интервала времени функционировать без участия человека (например, автоматические линии на производствах);
2) эргатические – это системы, которые включают в качестве элементов как технические системы, так и людей, взаимодействующих с этими системами (например, «ЭВМ - пользователь», «самолет - летчик»);
3) организационные – это система, состоящая из коллектива людей (студенческая группа, коллектив предприятия, население страны и т.д.) как объекта управления и управляющей подсистемы. Примеры организационных систем управления: СУ предприятиями, войсками, отраслями промышленности, государствами. Такой тип систем является наиболее сложным для исследования.
Особенности каждого типа систем управления можно проиллюстрировать на основании трех характеристик: присутствие или отсутствие человека в контуре управления; количество и определенность целей управления; возможность формализации процессов функционирования системы.
Технические системы управления (ТСУ) имеют следующие особенности, которые необходимо учитывать при анализе и синтезе систем данного типа:
1) функционирование системы может длиться некоторое время без участия человека, т.е. человек отсутствует в контуре управления;
2) ТСУ имеет четко поставленную, определенную цель управления;
3) исходные данные ТСУ имеют высокую степень определенности и поддаются формализации, в т.ч. путем создания математических моделей системы.
Эргатические системы управления (ЭСУ) отличаются следующими характеристиками:
1) человек присутствует в контуре управления, а значит, необходимо учитывать его социальные и психологические особенности;
2) ЭСУ имеет множество частных целей управления, которые формируются в зависимости от состояний объектов управления и обстановки. Кроме того, система имеет множество разнообразных подсистем;
3) исходные данные достаточно неопределенны, система плохо поддается формализации, практически невозможно адекватно описать процессы ее функционирования с использованием детерминированных математических моделей.
Организационные системы управления (ОСУ) имеют следующие особенности:
1) ОСУ – это система, основанная на коллективе людей, поэтому, безусловно, необходимо учитывать многочисленные политические, социальные и экономические факторы, влияющие на СУ. Наличие человека в контуре управления определяет субъективный характер процессов управления и, как следствие, возможность появления ошибок в управлении;
2) цели системы многообразны; существует возможность самостоятельного формулирования целей, а также самоорганизации;
3) высокая неопределенность исходных данных и невозможность прогнозирования факторов, влияющих на СУ, приводит к тому, что процессы функционирования не поддаются формализации, а применение математических моделей при принятии решений имеет низкую эффективность.
Далее рассматриваются основы синтеза новых систем управления, исходя из соотношения СУ к тому или иному типу.
Технические системы управления. На первом этапе синтеза новой системы управления (или совершенствования существующей) формулируются требования к этой системе. Для этого применяется техническое задание (ТЗ) на разработку и производство новой технической системы. ТЗ содержит:
1) формулировку цели и задач, выполняемых технической системой управления;
2) требования к схеме (порядку) применения;
3) требования к обеспечивающим элементам (компонентам);
4) условия эксплуатации;
5) показатели унификации составных частей системы управления;
6) требования к объему документации, предъявляемой заказчику;
7) число изделий, предназначенных для испытаний.
ТЗ формулируется заказчиком при участии разработчика. Создание технической системы проходит в несколько этапов:
1) проектирование ТСУ;
2) разработка технического предложения;
3) разработка эскизного проекта (на этом этапе заказчик обеспечивает контроль за соответствием эскизного проекта техническому заданию);
4) разработка рабочей документации;
5) производство опытных образцов ТСУ;
6) испытание (тестирование) образцов ТСУ;
7) внедрение ТСУ в производство (использование ТСУ на практике).
Особенностью разработки таких ТСУ, как программные средства, является то, что следует учитывать их жизненный цикл, состоящий из 8 основных этапов:
· системный анализ проекта;
· эскизное (предварительное) проектирование типовой, базовой версии ПС;
· техническое (детальное) проектирование типовой, базовой версии ПС;
· кодирование (программирование), отладка и разработка документации компонентов типовой, базовой версии ПС;
· интеграция (комплексирование) и комплексная отладка типовой, базовой версии ПС;
· испытание и документирование типовой, базовой версии ПС;
· внедрение и поддержка разработчиками процесса эксплуатации типовой, базовой версии ПС;
· сопровождение и развитие типовой, базовой версии ПС.
Таким образом, уже на этапе создания технической системы разработчик должен учитывать возможность выполнения всех указанных этапов жизненного цикла, чтобы обеспечить нормальное функционирование этой системы.
Эргатические системы управления. При разработке сложных ЭРУ(например, автоматизированных систем управления – АСУ) наиболее ответственным этапом является процесс принятия решения о целесообразности того или иного нововведения и обоснованного выбор направлений и методов предпроектных исследований. Под нововведением понимается деятельность, направленная на изменение ЭСУ на всех стадиях ее жизненного цикла и приводящих при этом к разнообразным последствиям в различных видах окружения ЭСУ [10]. Принятие решения непосредственно связано с преодолением противоречий (таблица 3.1).
Таблица 3.1.
Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых ЭСУ
| Тип противоречия | Смысл противоречия |
| Потребность - возможность | С одной стороны, существует потребность в создании новой системы, а с другой – отсутствует возможность ее создания. Это может быть вызвано различными причинами, например, отсутствием материальной базы. |
| Необходимость предвидеть будущее – неопределенность будущего | При создании ЭСУ необходимо спроектировать ее облик, однако человеку не дано видеть то, чего еще нет в природе (в частности, невозможно предвидеть все последствия от производства и применения создаваемой системы). |
| Срок создания – темп морального старения | Новизна и сложность создаваемой системы требуют увеличения срока создания, но с другой стороны, высокий темп НТП ведет к ее быстрому моральному старению. |
| Темпы роста сложности систем – темпы развития методов их проектирования | Темпы роста сложности технических систем (ТС) преобладают над развитием методов их проектирования. В среднем по всем отраслям техники число подсистем ТС удваивается каждые 15 лет. При этом производительность труда в проектировании с начала века выросла всего на 20% (в производстве – на 1000%). |
| Сложность - надежность | С повышением степени сложности создаваемых ТС падает их надежность. |
| Уникальность ЭСУ – необходимость индустриального подхода | Большинство ЭСУ являются единственными в своем роде, но требование высокой надежности вынуждает применять индустриальный подход к их созданию, основанный на массовости, стандартизации, унификации комплектующих изделий и технологических операций. |
Синтез эргатической системы может выражаться в совершенствовании существующей системы через нововведения в отдельные ее подсистемы или в создании принципиально новой ЭСУ (таблица 3.2.). Подобный подход был сформулирован В.И.Мухиным [10].
Таблица 3.2.
Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации ЭСУ
| Уровень реорганизации | Содержание нововведения |
| Параметрическая реорганизация | Изменение свойств, параметров системы или ее элементов. |
| Функциональная реорганизация системы | Изменение функций, содержания решаемых задач, состава целей, оперативных направлений для отдельных элементов существующей системы. |
| Структурная реорганизация системы | Изменение организационного или пространственного построения элементов существующих систем (структуры системы, характера и количества связей). |
| Полная реорганизация системы | Создание более перспективных систем, комплексов и отдельных образцов техники, предполагающих формирование новых или преобразование существующих организационных подразделений, осуществляющих обслуживание и применение систем подобного типа. |
Прежде чем внедрить синтезированную систему управления, исследователь должен ответить на три вопроса: нужно ли это нововведение? Возможна ли его реализация? Каковы возможные последствия этого нововведения?
Организационные системы управления. Методология системного подхода к конструированию ОСУ главную роль отводит конкретной цели деятельности и совокупности системных задач. Выделяют основные этапы анализа (1-7 этапы) и синтеза (8-10 этапы) ОСУ:
1) уяснение задач, поставленных руководителем, и цели функционирования системы;
2) определение подсистемы задач, обеспечивающих наиболее успешное достижение цели;
3) определение подсистемы мероприятий, обеспечивающих выполнение каждой задачи;
4) разработка технологии выполнения мероприятий, обеспечивающих выполнение каждой задачи;
5) установление факторов внешней и внутренней сред, влияющих на функционирование системы;
6) определением требуемых видов ресурсов;
7) определение количества и качества наличных ресурсов;
8) установление порядка выполнения мероприятий с учетом технологических и ресурсных ограничений;
9) определение минимального количества ресурсов, необходимых для выполнения работ в срок или изменения режима использования ресурсов;
10) доклад руководителю результатов моделирования и утверждение одного из вариантов действий;
11) оформление решения (разработка плана) и утверждение его руководителем;
12) подготовка исполнителей, получение недостающих средств, реализация решения (плана).
Выходом из 10-го этапа является утвержденный вариант действий по достижению цели, а, значит, новая (усовершенствованная) синтезированная система управления.
К организационному управлению предъявляются требования, которые необходимо учитывать при проведении системного анализа и синтеза.
Устойчивость – свойство процесса управления сохранять и восстанавливать свое качество в условиях внешних и внутренних возмущений, т.е. способность решать все задачи, требуемые обстановкой при целенаправленных внешних воздействиях.
Оперативность – свойство процесса управления обеспечивать завершение цикла управления в требуемые сроки.
Гибкость – способность изменять формы и методы управления в зависимости от обстановки, т.е. вносить оперативные изменения в организационный процесс в ходе его осуществления.
Наконец, непрерывность, определяющая свойство процесса управления не допускать перерыва между последовательно выполняемыми этапами или другими действиями, приводящими к снижению качества управления.
Учет требований к анализу и синтезу СУ, а также особенностей каждого из рассмотренных типов, позволяет эффективно решать задачи исследования систем управления и достигать поставленных целей.