Kafe-sviaz.ru

Финансовый журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Анализ и синтез систем управления

Анализ и синтез систем управления

Системный подход посвящен решению системных задач, в которых объект исследований представляется в виде систем. Системные задачи могут быть двух типов: системного анализа или системного синтеза. Задача анализа предполагает определение свойств системы по известной ее структуре, а задача синтеза — определение структуры системы по ее свойствам.

Под анализом систем управления понимается процесс исследования, основанный на декомпозиции системы управления с последующим определением ее статических и динамических характеристик составляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами системы и окружающей среды.

Целью анализа системы управления являются:

¾ детальное изучение системы управления для более эффективного использования и принятия решения по ее дальнейшему совершенствования или замене;

¾ исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы пользования и принятия решения по ее дальнейшему совершенствования или замене:

¾ исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы управления с целью выбора наилучшего варианта.

К задачам анализа систем управления относятся:

¾ определение объекта анализа;

¾ определение функциональных особенностей системы управления;

¾ определение количественных и качественных показателей системы управления;

¾ оценивание и оценка эффективности системы управления;

¾ обобщение и оформление результатов анализа.

Под синтезом понимается процесс создания (совершенствования; организации; проектирования) систем управления. Синтез систем управления осуществляется путем определения, последующего согласования статических и динамических характеристик системы, обеспечивающих в совокупности максимальную степень соответствия системы поставленным задачам.

Целью синтеза системы управления являются:

¾ создание новой системы управления, на основе новых достижений пауки и техники;

¾ совершенствование существующей системы управления на основе вы явленных недостатков, появление новых задач и требований.

Синтез представляет собой многошаговый итеративный процесс. К задачам синтеза систем управления относятся:

¾ формирование замысла и цели создания системы;

¾ формирование вариантов облика новой системы;

¾ приведение описания варианта облика системы во взаимное соответствие;

¾ оценка эффективности вариантов и принятие решения о выборе облика новой системы;

¾ разработка требований к системе управления;

¾ разработка программ реализации требований к системе управления;

¾ реализация разработанных требований к системе управления.

Главная практическая задача системного подхода в исследовании систем новой системы:

¾ разработка требований к системе управления;

¾ разработка программ реализации требований к системе управления;

¾ реализация разработанных требований к системе управления.

Главная практическая задача системного подхода в исследовании систем управления состоит в том, чтобы, обнаружив и описав сложность, обосновать такие дополнительные физически реализуемые связи, которые бы, будучи наложенными на сложную систему управления, сделали ее управляемой в требуемых пределах, сохранив при этом такие области самостоятельности (следовательно, слабой предсказуемости), которые способствовали бы повышению эффективности системы. Включенные новые обратные связи должны усилить благоприятные и ослабить неблагоприятные тенденции поведения системы, сохранив и укрепив ее целенаправленность, но ориентируя ее на интересы надсистемы. Опыт исследования объектов различного состава, содержания и области применения (общественных, физических, технических, эрратических, биологических, мыслительных конструкций и т.д.) позволяет сформулировать три основных принципа системного подхода, которые можно положить в основу исследования, использования и создании сложных систем управления:

Принцип физичности гласит, что всякой системе (независимо от ее природы) присущи физические законы (закономерности), возможно уникальные, определяющие внутренние причинно-следственные связи, существование и функционирование.

Принцип физичности включает постулаты: целостности декомпозиции, автономности, действий и неопределенности.

Постулат целостности — система, как единое целое, обладает особым, системным свойством (свойствами), которого нет у подсистем (элементов) при любом способе декомпозиции.

Анализ и синтез систем

Системный подход способствует выработке правильного метода мышления о самом процессе управления, но любая система является частью большей системы и постоянно изменяется. В том случае, когда нет достаточной информации о существе проблемной ситуации, тогда для того, чтобы организовать процесс принятия решений, менеджер применяет системный анализ.

В общем виде процедуры системного анализа включают методики проведения исследования и организацию процесса принятия решения. Предмет же системного анализа представляют собой «органически целостные системы, в разряд которых попадают биологические, психологические, социальные, экономические, сложные технические системы, а также комплексные климатические, географические и геологические образования»[17]. Сам термин «системный анализ» появился в работах корпорации РЭНД, организованной в конце 1940-х гг. в США для решения глобальных военных задач и ряда слабоструктурированных общих проблем и социально-экономических процессов.

Основу системного анализа составляет общая теория систем, которая позволяет осуществлять исследование проблем, не решаемых аналитически. Как правило, подобного рода проблемы содержат неопределенность ситуации, которая затрудняет принятие решений. Системный подход объединяет формальные знания и интуицию специалистов и стимулирует целенаправленное аналитическое мышление. Он предусматривает разбиение процесса исследования на подпроцессы, моделирует процессы целеобразования и позволяет выработать алгоритм принятия решения, направленный на устранение накопившихся проблем.

В процессе системного анализа осуществляется не только системное формулирование проблем, но и установление между ними причинно-следственных связей и определение наиболее значимых среди них, для того чтобы затем сформулировать цель и определить способы ее достижения. При этом часто логический анализ сопровождается математическими, статистическими вычислениями и вербальными оценками как проблем, так и целей и вариантов их достижения.

Читать еще:  Критерии статистического анализа

Суть анализа (декомпозиции) состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде простых составляющих.

Особенность системного анализа – использование формальных и неформальных процедур определения целей и функций систем управления. Этот анализ применяется для решения проблем в ситуации неопределенности, когда следует использовать экспертные методы принятия решений.

Под анализом понимается процесс исследования систем, основанный на их декомпозиции с последующим определением статических и динамических характеристик элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами систем и окружающей средой. Цели анализа проявляются в стремлении повысить эффективность функционирования системы, а также в определении наилучшего варианта среди всех альтернативных.

В отношении систем управления задачи анализа сводятся к следующим процедурам:

• определение объекта анализа;

• определение функциональных особенностей системы управления;

• исследование информационных характеристик системы;

• определение количественных и качественных показателей системы управления;

• оценка эффективности системы управления;

• обобщение и оформление результатов анализа.

В этом процессе исследователь может избрать одно из двух направлений анализа: определение состояния системы, чтобы обозначить зоны, требующие улучшения, и стимулирование изменений либо исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы с целью выбора лучшего варианта.

Синтез (агрегирование) является центральным звеном создания систем, его суть состоит в соединении (мысленном или реальном) простых составляющих объекта в единое целое.

Рассмотрим аналитические и синтетические методы исследования систем.

Еще Р. Декарт, французский философ и математик, предлагал: расчлените изучаемую задачу на столько частей, чтобы легко и удобно было ее решать. Именно так и поступают математики: когда интеграл не «берется в лоб», – его «берут» по частям.

Другой подход известен из рассуждений древних философов: все люди смертны; Каин – человек, значит, Каин смертен.

В первом случае использовались методы анализа, во втором – синтетический метод исследования.

Основные этапы рассматриваемых методов приведены в табл. 12.

Структурный анализ и синтез систем управления;

Виды анализа и синтеза систем управления

Принцип целенаправленности и его постулаты

Целенаправленность системы функциональная тенденция, направленная на достижение системой некоторого состояния либо на усиление (или сохранение) некоторого процесса.

При этом система способна противостоять внешнему воздействию, а также использовать среду и случайные события.

Принцип целенаправленности включает постулат выбора.

Постулат выбора. Сложная система обладает способностью к выбору поведения, и, следовательно, однозначно предсказать и экстраполировать ее состояние невозможно ни при каком априорном знании свойств системы и ситуаций.

Сложная система строит свое поведение в существенной (хотя и неоднозначной) связи с ситуацией. Следовательно, на это поведение можно влиять. Наиболее распространенными являются эргатические системы, для которых постулат выбора выдвигается на передний план. Познание и практическое использование этого постулата имеет два аспекта.

Первый касается стимулирования или подавления «свободы» выбора. В исследовательских, поисковых, творческих системах возможность выбора должна быть максимальной — она расширяет диапазон деятельности. Исполнительные системы должны иметь возможность выбора в пределах поставленной задачи либо не иметь ее вовсе.

Второй аспект связан с количеством описаний выбора, его формальным представлением, качественной или количественной оценкой и использованием этой оценки при решении задач более общего характера.

Сложные системы управления имеют возможность выбора и обладают способностью выбирать поведение, т.е. реагировать на внешние воздействия в зависимости от внутренних критериев целенаправленности; никакое априор-е знание не позволяет ни подсистеме, ни самой системе однозначно предсказать этот выбор.

Постулат выбора позволяет сложной системе управления, в соответствии с ее целенаправленностью, использовать редкие благоприятные события, возникающие во взаимодействии со средой, блокируя остальные благоприятные) события и процессы.

Принципы физичности, моделируемости, целенаправленности и их -постулаты полно отражают методологию системного подхода исследования систем управления.

§ структурный анализ и синтез систем управления

§ функциональный анализ и синтез систем управления

§ информационный анализ и синтез систем управления

§ параметрический анализ и синтез систем управления

Структурный анализ систем управления

Прежде чем раскрыть сущность структурного анализа, необходимо еще раз вернуться к понятию «структура».

Структура — это внутренняя организация системы, которая способствует связи составляющих систему элементов. Она определяет существование системы как целого и ее качественные особенности. Структура определят упорядоченность элементов системы. Таким образом, структура — это относительно устойчивый, упорядоченный способ связи элементов, придающий их взаимодействию в рамках внутренне расчлененного объекта целостный характер.

Сущностью структурного анализа является определение статических характеристик системы по ее структуре.

Структурный анализ проводится с целью исследования статических характеристик системы путем выделения в ней подсистем и элементов различного уровня и связей между ними.

Объектами исследования структурного анализа являются различные варианты структур системы управления, которые формируются в процессе ее декомпозиции.

В качестве показателей исследуемых структур целесообразно использовать:

§ множество выделенных элементов, отношений и связей;

§ характеристики элементов и связей;

§ обобщенные показатели структур, характеризующие их влияние на эффективность системы управления (число уровней управления, структурная устойчивость, экономические затраты на поддержание требуемых структурных характеристик и др.).

При выборе и оценке показателей структуры применяются различные методы описания и моделирования, которые зависят от вида структуры, степени неопределенности исходных данных и требований, предъявляемых к точности и достоверности результатов анализа. Процедура определения показателей структуры включает следующие этапы:

Читать еще:  Визуальный анализ сканворд

§ определение исходных данных для оценки структуры;

§ вычисление значений характеристик элементов структуры и связей между ними;

§ вычисление значений характеристик (показателей эффективности) структуры.

Исходные данные включают:

§ модель исследуемой структуры, задаваемую в графической, матричной или аналитической форме;

§ перечень определяемых обобщенных показателей эффективности (характеристик) структуры ql, l = 1, 2, . L;

§ перечень определенных показателей (характеристик) элементов hi, i, j = 1, 2, . п;

§ значения характеристик (х) воздействий окружающей среды, условий функционирования системы управления, частных технических, экономических, эксплуатационных, организационно-штатных и других характеристик элементов и связей, указанных в соответствующей документации или определяемых в ходе измерений и наблюдений.

На основании исходных данных вычисляются значения показателей элементов и связей:

Затем определяются значения показателей эффективности:

Оценка эффективности анализируемых структур производится, как вило, на основе установленного критерия пригодности, который для минимизируемых показателей эффективности будет иметь вид

Задачи анализа и синтеза систем. Анализ и синтез в проектировании систем.

Системный подход предполагает решение системных задач, в которых объект исследования представляется в виде систем, причем системный задачи могут быть двух типов:

1) Системного анализа

2) Системного синтеза

Задача анализа предполагает определение свойств системы по известной структуре; а задача синтеза определение структуры по ее свойствам.

Под анализом систем управления понимается процесс исследования, основанный на изучении системы управления с последующим определением ее статистических и динамических характеристик, составляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами и с окружающей средой.

Целью анализа систем управления является:

· детальное изучение систем управления для более эффективного использования и принятия решения по дальнейшему совершенствованию или замене.

· исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы с целью выбора наилучшего варианта (при проектировании системы).

Задачи анализа систем управления:

· Определение объекта анализа.

· Определение функциональных особенностей системы управления.

· Определение количественных и качественных показателей системы управления.

· Оценка эффективности систем управления

· Обобщение и оформление результатов анализа.

Под синтезом понимается процесс создания (совершенствования, организации, проектирования) систем управления.

Целью синтеза систем управления является:

· создание новой системы управления на основе известных свойств.

· совершенствование существующей системы управления на основе выявленных недостатков, появления новых задач и требований.

· Формирование цели создания системы.

· Формирование вариантов облика новой системы.

· Приведение описания варианта облика системы во взаимное соответствие.

· Оценка эффективности вариантов и принятие решения о выборе облика новой системы.

· Разработка требований к системе управления.

· Реализация разработанных требований.

Проектирование систем автоматического регулирования можно вести двумя путями: методом анализа, когда при заранее выбранной структуре системы (расчетным путем или моделированием) определяют ее параметры; методом синтеза, когда по требованиям, к системе сразу же выбирают наилучшую ее структуру и параметры. Оба эти способа получили широкое практическое применение.

Определение параметров системы, когда известна ее структура и требования на всю систему в целом, относится к задаче синтеза.

Развитие методы синтеза получили на основе принципов максимума и динамического программирования, когда определяется оптимальный с точки зрения заданного критерия качества закон регулирования, обеспечивающий верхний предел качества системы, к которому необходимо стремиться при ее проектировании. Однако решение этой задачи практически не всегда возможно из-за сложности математического описания физических процессов в системе, невозможности решения самой задачи оптимизации и трудностей технической реализации найденного нелинейного закона регулирования.

Формирование систем автоматического регулирования, как правило, выполняют на основе аналитических методов анализа или синтеза. На этом этапе проектирования систем регулирования на основе принятые допущений составляют математическую модель системы и выбирают предварительную ее структуру. В зависимости от типа модели (линейная или нелинейная) выбирают метод расчета для определения параметров, обеспечивающих заданные показатели устойчивости, точности и качества. После этого уточняют математическую модель и с использованием средств математического моделирования определяют динамические процессы в системе. Снимают характеристики точности. На основании математического моделирования составляют технические требования на аппаратуру системы.

Задачи морфологического синтеза отличаются большим разнообразием и классифицируются по различным признакам, характеризующим количество и качество доступной информации.

В общем случае задачи морфологического синтеза можно представить следующим набором информации:

Здесь приняты следующие обозначения :

Т— постановка задачи (t1 — синтезировать и выбрать наилучший вариант системы; t2 — упорядочить весь набор синтезированных вариантов; t3 — синтезировать и выбрать вариант, наиболее близкий по свойствам к заданному техническому заданию или прототипу; t4 — синтезировать и упорядочить весь набор вариантов по степени сходства к заданному объекту);

А — множество допустимых альтернатив для реализации функций (обобщенных функциональных подсистем), a1 — альтернатива реализует одну функцию из рассматриваемой морфологической таблицы, a2 — альтернатива реализует более одной функции);

K — множество критериев оценки альтернатив и выбора варианта системы (k1 — множество содержит один критерий (скалярный критерий); k2 — множество содержит несколько критериев (векторный критерий)) ;

X— множество методов измерения предпочтений альтернатив (x1 — использование номинальной — классификационной шкалы; x2 — использование ранговой шкалы; x3 — использование количественной шкалы; x4 — экспертная оценка с помощью комментариев; x5 — экспериментальная оценка; x6 — оценка на основе продукционных правил);

Читать еще:  Сравнительный анализ мотивов и стимулов

F — отображение множества допустимых альтернатив, реализующих функции, в множество критериальных оценок (отображение А в К может иметь детерминированный вид (f1); вероятностный (f2); неопределенный (f3);

G — система предпочтений решающего элемента (g1 — формирование предпочтений одним лицом; g2 — формирование предпочтений коллективом);

L — способы исследования системы (l1 — исследование целостной системы ; l2 — исследование системы по частям);

М — методы оценки вариантов (m1, — оценка варианта в целом после его синтеза из частей; т2 — оценка отдельных подсистем, альтернатив и их сочетаний до начала процедуры синтеза);

N — процедуры выбора вариантов (n1 — последовательный перебор всех вариантов по принципу лексикографического упорядочения; n2 — последовательный перебор; п3 — случайное зондирование морфологического множества; n4 — детерминированное зондирование);

С — вид целевой функции (c1 – аддитивная; с2 — мультипликативная; c3 — целевая функция на основе мер сходства и различия);

Р — число рассматриваемых уровней системы (p1 — один; p2 — более одного);

Y — уровень формализации постановки и решения задачи (у1 — неформализованный эвристический подход; у2 — формально-эвристический подход; у3 — полностью формализованный подход);

Q — Уровень компьютеризации процедур (q1 — отсутствует информационно-программная поддержка процедур метода; q2 — часть или все процедуры реализованы в виде диалоговой компьютерной системы; q3 — метод реализован в виде интеллектуальной системы);

D — решающее правило, отражающее систему предпочтений.

Любой элемент данного набора может служить классификационным признаком для задач комбинаторно-морфологического синтеза.

В последующих разделах рассмотрены различные процедуры обработки информации в созданной автоматизированной системе морфологического синтеза.

Декомпозиция систем. Основные варианты декомпозиции систем. Декомпозиция систем в их проектировании.

Декомпозиция (структуризация) — расчленение системы на части при ее исследовании или проектировании.

Сложность присуща системе, состоящей из многих элементов, имеющих различные свойства, либо ведущих себя не типичным для остальных элементов образом. В случае, когда элементы, составляющие систему, обладают элементарными (не сложными) свойствами, сложность системы тем не менее может быть высокой.

Чтобы справиться с колоссальной сложностью необходимо сформировать определенный подход к разбиению системы на части и к созданию общей архитектуры системы на основе критериев декомпозиции. После выполнения декомпозиции информационной системы каждую подсистему допустимо разрабатывать независимо. Т.о., сутью декомпозиции является уменьшение сложности информационной системы, а назначением — обеспечение возможности ее наилучшего осмысления с целью воплощения в заданной техническими требованиями форме.

Существует три основных варианта декомпозиции:

· простая декомпозиция (trival),

Вопрос об использовании того или иного типа декомпозици решается исходя из структуры самой задачи. Причем, в зависимости от условий, можно использовать сразу несколько типов.

Тривиальная (простая) декомпозиция

Тривиальная декомпозиция наиболее простой тип декомпозиции. Применяется она в том случае, когда различные копии линейного кода могут исполняться независимо друг от друга и не зависят от результатов, полученых в процессе счета других копий кода. Проиллюстрировать подобный вариант можно на примере решения задачи методом перебора или Монте-Карло.

При функциональной декомпозиции исходная задача разбивается на ряд последовательных действий, которые могут быть выполнены не зависимо от промежуточных результатов, но строго последовательно.

Предположим наша задача сводится к применению некоего функционального оператора к большому массиву данных: S[i]=F(a[i]). Предположим также, что выполнение функции F над одним элементом массива занимает достаточно большое время и нам хотелось бы это время сократить. В этом случае мы можем попытаться представить исходную функцию как композицию нескольких фунуций: S[i]=I(H(R(a[i]). Произведя декомпозицию мы получим систему последовательных задач:

В отличие от функциональной декомпозиции, когда между процессорами распределяются различные задачи, декомпозиция данных предполагает выполнение на каждом процессоре одной и той же задачи, но над разными наборами данных. Части данных первоначально распределены между процессорами, которые обрабатывают их, после чего результаты суммируются некоторым образом в одном месте. Данные должны быть распределены так, чтобы объем работы для каждого процесора был примерно одинаков, то есть декомпозиция должна быть сбалансированной.

В случае, когда область данных задачи может быть разбита на отдельные непересекающиеся области, вычисления в которых могут идти независимо, мы имеем регулярную декомпозицию.

Декомпозиция систем в их проектировании.
Создание диаграммы того или иного типа ведет к рассмотрению системы под той или иной проекцией, или, как обычно говорят, под определенным углом зрения. Рассматривая различные диаграммы разработчик тем самым полнее осознает структуру и поведение системы, что ведет к более обдуманным проектным решениям. Т.о.:

1) по возможности создать и проанализировать как можно больше проекций рассматриваемой системы;

2) перед началом декомпозиции или уже в процессе ее проведения, наметить рамки (границы) декомпозиции, по достижению которых декомпозиция будет считаться проведенной.

3) нахождение и локализация в одном или нескольких классах или модулях абстрактной функциональности с целью использования ее в других, более специфичных классах/модулях. Абстрактная функциональность, как правило, мало связана с прикладной задачей и выполняет вспомогательные (служебные) функции.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 107 ; Нарушение авторских прав

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector