По билетам

7)Прогнозирование – это средство снятия неопределенности относительно возможной структуры, свойств или закона функционирования системы в будущем.

8)Планирование состоит в последовательном снятии неопределенности относительно требуемой структуры, свойств, закона функционирования системы или внешней среды.

9)Оперативное управление обеспечивает функционирование системы в рамках действующего плана. Заключается в решении задач стабилизации, слежения или выполнения программы управления. Иногда в эту функцию включают задачу оптимизации.

10)Организация заключается в установлении постоянных и временных связей между всеми элементами системы, в определении порядка и условий их функционирования, в объединении, компонентов и ресурсов системы таким образом, чтобы обеспечить эффективное достижение намеченных целей.

11)Координация – это согласование действий подсистем в соответствии с целями системы с управлением и поддержание этого согласования на протяжении цикла управления.

12)Доведение решений

Для учета человеческого фактора в отдельную группу выделяют функции стимулирование и мотивация.

Билет № 21

21. Аналитические и статистические методы моделирования.

Аналитические и статистические методы моделирования.

Эти группы методов получили наибольшее распространение в практике проектирования и управления.

Аналитическими в рассматриваемой классификации названы методы, которые отображают реальные объекты и процессы в виде точек (безразмерных в строгих математических доказательствах), совершающих какие-либо перемещения в пространстве или взаимодействующих между собой.

Основу понятийного (терминологического) аппарата этих представлений составляют понятия классической математики (величина, формула, функция, уравнение, система уравнений, логарифм, дифференциал, интеграл и т.д.).

Аналитические представления имеют многовековую историю развития, и для них характерно не только стремление к строгости терминологии, но и к закреплению за некоторыми специальными величинами определённых букв (например, удвоенное отношение площади круга к площади вписанного в него квадрата 3,14; основание натурального логарифма – е 2,7 и т.д.).

При моделировании систем применяется широкий спектр символических представлений, использующих «язык» классической математики. Однако далеко не всегда эти символические представления адекватно отражают реальные сложные процессы, и их в этих случаях, вообще говоря, нельзя считать строгими математическими моделями.

Большинство из направлений математики не содержат средств постановки задачи и доказательства адекватности модели. Последняя доказывается экспериментом, который по мере усложнения проблем становится также всё более сложным, дорогостоящим, не всегда бесспорен и реализуем.

В то же время в состав этого класса методов входит относительно новое направление математики математическое программирование, которое содержит средства постановки задачи и расширяет возможности доказательства адекватности моделей.

Статистические представления сформировались как самостоятельное научное направление в середине прошлого века (хотя возникли значительно раньше). Основу их составляет отображение явлений и процессов с помощью случайных (стохастических) событий и их поведений, которые описываются соответствующими вероятностными (статистическими) характеристиками и статистическими закономерностями.

Статистические отображения системы в общем случае (по аналогии с аналитическими) можно представить, как бы в виде «размытой» точки (размытой области) в n-мерном пространстве, в которую переводит систему (её учитываемые в модели свойства) оператор Ф[Sx]. «Размытую» точку следует понимать, как некоторую область, характеризующую движение системы (её поведение); при этом границы области заданы с некоторой вероятностью p («размыты») и движение точки описывается некоторой случайной функцией.

Статистические закономерности можно представить в виде дискретных случайных величин и их вероятностей, или в виде непрерывных зависимостей распределения событий, процессов.

45. Типы управления.

Типы управления.

1.Управление простой системой или программное управление;

2.Управление сложной системой;

3.Управление по параметрам, или регулирование;

4.Управление по структуре;

5.Управление по целям;

6.Управление большими системами;

7.Управление при отсутствии информации о конкретной цели.

Первый тип управления – управление простой системой, или программное управление. Начнем с самого желательного случая – когда подача на вход системы воздействия ∙ ( ), обеспечивающего цель ∙ ( ) на выходе модели , приводит к такому же результату и на выходе управляемой системы . Это означает, что наша модель оказалась адекватной, так как система послушно отработала заданную цель. В этом случае систему будем называть простой. Простота системы есть следствие адекватности модели. Управляющее воздействие ∙ ( ) в этом случае называется программой, а данный тип управления – программным управлением.

Такой наиболее благоприятный случай иногда удается реализовать в практике. Примерами могут служить исправные бытовые приборы, различные автоматы, компьютеры, стрелковое оружие, исполнительный работник, идеальный солдат и т.п.

Второй тип управления – управление сложной системой. Рассмотрим другой крайний случай – когда на найденное на модели управляющее воздействие ∙ ( ) система откликается вовсе на так, как модель, ( ) не совпадает с ∙ ( ). Обозначим эту ситуацию соответствующей терминологией.

Третий тип управления – управление по параметрам, или регулирование. Рассмотрим теперь случай, промежуточный между первыми двумя. Подав ∙ ( ), мы можем наблюдать, что поначалу система идет по желаемой траектории ∙ ( ), но через некоторое время обнаруживается расхождение между ( ) и ∙ ( ). Конечно, это значит, что модель не совсем точна. Но часто оказывается, что внесение поправок в модель нецелесообразно.

Четвертый тип управления – управление по структуре. Когда система так быстро и так далеко отклоняется от целевой траектории, что не может быть возвращена на нее изменением параметров, перед нами два выхода: пессимистический и оптимистический. Пессимистический означает смирение перед невозможностью достичь конечную цель, иногда – гибель.

Пятый тип управления – управление по целям. Выход снова видится не в безнадежном опускании рук, а в том, чтобы признать факт и сделать оптимистический вывод. Факт теперь состоит в том, что никакое использование имеющихся ограниченных средств не может реализовать желаемое состояние: данная цель в данных условиях недостижима.

Остается сменить цель, понизив уровень притязаний, переориентироваться на достижимые сроки и (или) другие параметры конечного состояния. Это и есть пятый способ управления – управление по целям.

Шестой тип управления – управление большими системами. Два первых типа основаны на совершенствовании модели системы, третий и четвертый – на изменении самой системы, пятый – на смене цели. Существует еще один фактор, влияющий на качество управления и требующий нового способа управления. Это своевременность управляющего воздействия. «Поезд уже ушел», «После драки кулаками не машут», «Силен задним умом», «Остроумие на лестнице» – так отображает народный фольклор факт бесполезности запоздалого решения, даже самого лучшего во всех остальных смыслах.

Седьмой тип управления. Кроме первого типа управления, когда все нужное для реализации цели налицо, остальные рассмотренные типы управления связаны с преодолением факторов, мешающих достичь цель: нехватка информации об объекте управления (второй тип), сторонние мелкие помехи, слегка

отклоняющие систему от целевой траектории (третий тип), несоответствие между эмерджентными свойствами системы и поставленной целью (четвертый тип), нехватка материальных ресурсов, делающая цель недостижимой и требующая ее замены (пятый тип), дефицит времени для поиска наилучшего решения (шестой тип).

Билет № 22

22. Графические методы моделирования.

Графические методы моделирования.

Понятие графа первоначально было введено Л. Эйлером. Графические представления позволяют наглядно отображать структуры сложных систем и процессов, происходящих в них.

Граф – абстрактный математический объект, представляющий собой множество вершин графа и набор рёбер, то есть соединений между парами вершин. Например, за множество вершин можно взять множество аэропортов, обслуживаемых некоторой авиакомпанией, а за множество рёбер взять регулярные рейсы этой авиакомпании между городами.

С этой точки зрения они могут рассматриваться как промежуточные между методами формализованного представления систем и методами активизации специалистов. Действительно, такие средства, как графики, диаграммы, гистограммы, древовидные структуры, можно отнести к средствам активизации интуиции специалистов.

В то же время есть и возникшие на основе графических представлений методы, которые позволяют ставить и решать вопросы оптимизации процессов организации, управления, проектирования, и являются математическими методами в традиционном смысле. Таковы, в частности, геометрия, теория графов и возникшие на основе последней прикладные теории – PERT, сетевого планирования и управления (СПУ), а позднее и ряд методов статистического сетевого моделирования с использованием вероятностных оценок графов.

46. Структура системы управления.

Структура системы управления.

На промышленных предприятиях применяются четыре основные организационные структуры систем управления: линейная, функциональная, линейно-функциональная (штабная) и матричная.

При линейной структуре во главе производственного звена любого уровня стоит руководитель – единоначальник, который осуществляет все функции управления и подчиняется по всем вопросам вышестоящему начальнику. Так складывается подчиненность руководителей различных уровней по вертикали (линия), которые осуществляют административное и функциональное управление одновременно (см. рис. 5.1).

Эта структура имеет ряд преимуществ, которые дают возможность оперативно и эффективно управлять. Она наиболее простая: имеет один канал связи (по вертикали), каждый подчиненный имеет только одного начальника. Это способствует четкому и оперативному управлению, повышает ответственность руководителя за эффективность работы возглавляемого им звена.

Но эта структура характерна для малых предприятий, где круг решаемых вопросов незначителен и производственных связей немного. Когда же масштабы производства больше, а круг решаемых проблем все

возрастает, повышается технический и организационный уровень, линейная структура оказывается неэффективной, так как руководитель не может знать все и поэтому не может управлять хорошо. Управление широкомасштабным производством со сложными связями строится по функциональной структуре (рис. 5.2).

Ее сущность заключается в том, что выполнение отдельных функций по конкретным вопросам возлагается на специалистов. Специалисты одного профиля объединяются в структурные подразделения системы управления и принимают решения, которые обязательны для производственных подразделений.

Таким образом, наряду с линейной действует и функциональная организация. Исполнители находятся в двойном подчинении. Так, рабочий обязан выполнять одновременно указания своего линейного начальника и функционального специалиста. При функциональной структуре управления линейный руководитель имеет возможность больше заниматься вопросами оперативного управления, так как функциональные специалисты высвобождают его от решения специальных вопросов. Но команды управления поступают от многих функциональных служб в одно производственное подразделение или к одному исполнителю, и поэтому возникает проблема взаимного согласования этих команд, что создает определенные трудности. Кроме того, снижается ответственность исполнителей за выполнение своих обязанностей вследствие обезлички.

Недостатки как линейной, так и функциональной структуры в значительной степени устраняются в линейно-функционалъной (штабной) (рис. 5.3).

Специалисты образуют при линейном руководстве штаб, который готовит для него данные в целях компетентного решения специальных вопросов. В этом случае функциональные органы находятся в подчинении линейного руководителя. Их распоряжения отдаются производственным подразделениям только после согласования с последним. Это дает возможность решать вопросы более компетентно. Но при линейнофункциональной структуре управления резко увеличивается нагрузка на линейного руководителя, который должен исполнять роль посредника между функциональными службами и подчиненными ему производственными подразделениями. Он воспринимает потоки информации от подчиненных подразделений, дает задания функциональным службам, вырабатывает решения, отдает команды сверху вниз.

В настоящее время линейно-функциональная (штабная) структура в промышленности играют ведущую роль. Основу этой структуры составляет линейное управление. Роль же функциональных органов меняется в зависимости от уровня управления. Чем выше уровень, тем большую роль играют функциональные органы. На уровне управления участком влияние функциональных служб незначительно, но на уровне управления предприятием они выполняют огромную работу по планированию, технической подготовке производства, выработке управленческих решений.

При всех своих положительных сторонах линейно-функциональная структура управления имеет и ряд недостатков, которые становятся особенно ощутимыми в связи с укрупнением производства и усложнением производственных связей. Чем крупнее производство и разветвленное аппарат управления, тем сложнее координировать работу линейному руководителю. Кроме того, в структуре нет прочных связей между функциональными службами, в результате чего наблюдается плохое взаимодействие и параллелизм в работе.

Современный этап развития экономики сопровождается увеличением масштабов, усложнением и быстрыми изменениями, происходящими в производстве. Дальнейшее совершенствование управления в области структур идет в.направлении их комбинирования. В промышленности широко применяются структуры, в которых функциональные службы отдают приказы хозяйственным подразделениям по своему узкому кругу вопросов непосредственно, без согласования с линейным руководителем. Но в этих условиях могут возникнуть противоречия в решении линейных руководителей и функциональных служб, так как вторые в первую очередь обеспечивают свои интересы. Тогда координация действий функциональных органов ложится на управляющие органы высшего уровня.

На предприятиях многоцелевой деятельности требуется создание специального органа по управлению целевой программой. В этих случаях, помимо линейно-функциональных органов, осуществляющих управление по вертикали, создаются органы горизонтального целевого управления. Такая структура управления носит название матричной (см. рис. 5.4).

В матричной структуре совмещается два вида структур: линейная и программно-целевая. По вертикали (линейная структура) строится правление по отдельным сферам деятельности (производство, снабжение, сбыт и др.). По горизонтали (программно-целевая структура) осуществляется управление программами, проектами, темами. При определении горизонтальных связей назначается руководитель программы (проекта) и его заместители по отдельным темам, ответственный исполнитель в каждом специализированном подразделении и организуется специальная служба управления программой.

Работа обеспечивается путем создания целевых подразделений, где объединяются ведущие специалисты для совместной разработки программы. Руководитель программы определяет, что и когда должно быть сделано, а кто и как будет выполнять ту или иную работу решает линейный руководитель.

Таким образом матричная структура управления дополнила линейно-функциональную организационную структуру новыми элементами. Это создало качественно новое направление в развитии программно-целевых и проблемно-целевых форм управления. Эти формы способствуют подъему творческой инициативы менеджеров в деле повышения эффективности производства. Матричные структуры управления способствуют перестройке производства на основе новейших технологических процессов и более производительного оборудования.

Матричная структура управления состоит из проектной и программно-целевой структуры управления.

Проектная структура управления предусматривает обеспечение централизованного управления всем ходом работ по каждому крупному проекту и активизацию деятельности функциональных подразделений. Под проектом понимается комплекс работ, реализация которого требует участия десятков промышленных фирм и создания централизованной системы управления. Для выполнения проекта создается координационная группа. Во главе группы стоит координатор. Выделенные в координационную группу специалисты продолжают работать в своих функциональных подразделениях, периодически встречаясь для обмена информацией.

Программно-целевая структура имеет различное построение, так как каждая промышленная фирма разрабатывает свою программно-целевую структуру управления применительно к специфике производства.

Временные целевые группы создаются из ведущих специалистов для решения разнообразных задач:

-разработки маркетинговых программ;

-повышения качества продукции;

-подготовки особо сложных решений по вопросам технической политики;

-активизации творческой активности специалистов на создание новой продукции и др.

Широкое распространение получила и дивизиональная или отделенческая структура управления.

При этой структуре управляющий производственным отделением обязан вести подготовку производства, рационально организуя труд, при оптимальном использовании сырьевых, материальных и энергетических ресурсов и осуществлять контроль за работой подчиненных. В структуре используются элементы программно-целевого управления. Ответственность за производственное планирование и контроль возлагается на руководителя производственного отделения. Он отвечает за определение основных показателей плана своих заводов, уровня издержек производства и реализации, совершенствование системы сбыта, координацию деятельности функциональных служб.

Билет № 23

23. Методы «мозговой атаки».

Методы «мозговой атаки» или коллективной генерации идей.

Концепция мозговой атаки или мозгового штурма получила широкое распространение с начала 1950-х гг. как «метод систематической тренировки творческого мышления», направленный на «открытие новых идей и достижение согласия группы людей на основе интуитивного мышления».

Мозговая атака основана на гипотезе, что среди большого числа идей имеется по меньшей мере несколько хороших, полезных для решения проблемы, которые нужно выявить. Методы этого типа известны также под названием коллективной генерации идей, конференций идей, метода обмена мнениями.

В зависимости от принятых правил и жёсткости их выполнения различают прямую мозговую атаку, метод обмена мнениями, методы типа комиссий, судов (в последнем случае создаются две группы: одна группа вносит как можно больше предложений, а вторая старается максимально их раскритиковать).

Мозговую атаку можно проводить в форме деловой игры, с применением тренировочной методики «стимулирования наблюдения», в соответствии с которой группа формирует представление о проблемной ситуации, а эксперту предлагается найти наиболее логичные способы решения проблемы.

47. Принципы создания систем управления: разомкнутое и компенсирующее управление, управление с обратной связью.

Принципы создания систем управления: разомкнутое и компенсирующее управление, управление с обратной связью.

При разомкнутом управлении программа управления жестко задана в УУ и влияние возмущений на параметры процессов не учитывается. Примерами таких систем являются часы, магнитофон, компьютер, и т. п. Разомкнутое регулирование применяется при наличии двух условий:

-достаточной информации о свойствах объекта и их постоянстве в процессе работы;

-незначительном уровне помех или их полном отсутствии.

В простых разомкнутых системах (рис.) управляющее воздействие u(t) формируется управляющим устройством как функция задающего или возмущающего воздействия. Если известна модель объекта у = G(u, x) в алгебраической или дифференциальной форме и известна необходимая реакция у(t), то решается обратная задача u(t) = Y(у(t), x(t)) и определяется управление, которое необходимо для реализации реакции объекта 2. Найденный закон управления u(t) реализуется регулятором 1. Однако такое управление можно реализовать в том случае, если x(t) = const.

Для уменьшения или устранения отклонения управляемой величины от требуемого значения, вызываемого влиянием того или иного фактора, необходимо, чтобы управляющее воздействие было определенной функцией этого фактора и характеристик объекта.

На рис. представлена структура, реализующая принцип управления по возмущению, которая применяется при x(t) = var, но величина x(t) поддается измерению и ее значение может подаваться на вход управляющего устройства, обеспечивая соответствующую реакцию воздействия u(t) на изменения значения x(t).

Принцип управления по возмущению состоит в том, что для уменьшения или устранения отклонения sy(t) управляемой величины от требуемого значения, вызываемого возмущающим воздействием x(t), измеряется это воздействие и в результате его преобразования вырабатывается управляющее воздействие u(t), которое, будучи приложено к входу объекта управления 2, вызывает компенсирующее отклонение управляемой величины противоположного знака по сравнению с отклонением sy(t).

Основной недостаток разомкнутых систем – практическая невозможность иметь идеально точную модель системы у = G(u, x) с учетом всех действующих возмущений, равно как и измерять все регулярные и нерегулярные возмущения. Разомкнутые системы обычно не применяются для управления неустойчивыми объектами и объектами с изменяющимися параметрами.

Если воздействие возмущающих факторов может искажать выходную величину системы до недопустимых пределов, то применяют принцип компенсации с использованием корректирующего устройства. Для задания параметров коррекции должно проводиться изучение соответствующего возмущающего фактора или создаваться его математическая модель. Примеры систем компенсации: биметаллический маятник в часах, компенсационная обмотка машины постоянного тока и т. п. Принцип компенсации обеспечивает быструю реакции на возмущения и более высокую эффективность управления, но, как правило, используется для компенсации только определенных дестабилизирующих факторов и не может защитить от всех возможных возмущений.

Наибольшее распространение в технике получило управление с обратной связью, при котором управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t). Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Для выполнения данной операции выход ОУ соединяется с входом устройства управления главной обратной связью (ОС). Это самый дорогой вид управления, при этом канал обратной связи является наиболее уязвимым местом системы. При нарушении его работы система может стать неустойчивой или полностью неработоспособной.

Билет № 24

24. Методы сценариев.

Методы типа «сценариев»

Методы подготовки и согласования представлений о проблеме или анализируемом объекте, изложенных в письменном виде, получили название сценариев. Первоначально этот метод предполагал подготовку текста, содержащего логическую последовательность событий или возможные варианты решения проблемы, развёрнутые во времени. Однако позднее обязательное требование временных координат было снято, и сценарием стал называться любой документ, содержащий анализ рассматриваемой проблемы и предложения по её решению или по развитию системы, независимо от того, в какой форме он представлен. Как правило, на практике предложения для подготовки подобных документов пишутся экспертами вначале индивидуально, а затем формируется согласованный текст.

Сценарий предусматривает не только содержательные рассуждения, помогающие не упустить детали, которые невозможно учесть в формальной модели (в этом собственно и заключается основная роль сценария), но и содержит, как правило, результаты количественного технико-экономического или статистического анализа с предварительными выводами. Группа экспертов, подготавливающая сценарий, пользуется обычно правом получения необходимых сведений от предприятий и организаций, необходимых консультаций.

Роль специалистов по системному анализу при подготовке сценария – помочь привлекаемым ведущим специалистам соответствующих областей знаний выявить общие закономерности развития системы; проанализировать внешние и внутренние факторы, влияющие на её развитие и формулирование целей; провести анализ высказываний ведущих специалистов в периодической печати, научных публикациях и других

источниках научно-технической информации; создать вспомогательные информационные фонды, способствующие решению соответствующей проблемы.

Сценарий позволяет создать предварительное представление о проблеме (системе) в ситуациях, которые не удаётся сразу отобразить формальной моделью. Однако сценарий – это всё же текст со всеми вытекающими последствиями (синонимия, омонимия, парадоксы), обусловливающими возможность неоднозначного его толкования. Поэтому его следует рассматривать как основу для разработки более формализованного представления о будущей системе или решаемой проблеме.

48. Классификация систем управления.

Классификация систем управления.

Существуют различные способы классификации систем управления, раскрывающие разные аспекты содержания этого понятия. Достаточно подробно этот вопрос рассмотрен в учебнике Ф.И.Перегудова и Ф.П.Тарасенко. На основе предложенных там классификаций системы управления можно разделить:

-по описанию входных и выходных сигналов в чувствительной и активной компонентах, рассматриваемых как переменные системы;

-по свойствам управляющей компоненты системы;

-по типу управления;

-по способу управления;

-по обеспеченности управления ресурсами.

При классификации по переменным системы рассматривают три типа: качественные, количественные и смешанные переменные. Для качественных переменных различают содержательное и формализованное описание: количественные переменные делятся на дискретные и непрерывные, каждая из которых может быть детерминированной, стохастической и нечеткой.

При классификации по свойствам управляющей компоненты рассматривают инерционные (с памятью) и безинерционные (без памяти) системы – каждая из них может иметь замкнутый контур управления (с обратной связью) и разомкнутый (без обратной связи). По свойствам отображения, осуществляемого преобразователем различают линейные, квазилинейные и нелинейные системы.

При классификации по типу управления учитывают отношения между системой управления и управляемой системой (объектом управления). Различают:

-управление извне (система управления находится вне управляемой системы);

-самоуправление (система управления является частью управляемой системы);

-комбинированное управление (частично управляющая система входит в состав управляемой системы, частично находится вне ее).

Выделяются четыре основные способа управления в зависимости от степени известности алгоритма достижения цели управления и возможности управляющей системы привести управляемую систему к этой цели. Первые два способа характерны для технических систем, третий и четвертый относятся в большей степени к человеко-машинным системам и системам управления коллективами людей.

1.Программное управление (без обратной связи): способ управления известен и реализуется по заранее заданной программе (простейший пример системы с программным управлением – будильник; и вообще, системы с часовыми механизмами, например, стиральная машина-автомат).

2.Регулирование: использование информации о текущем состоянии управляемой системы (обратная связь) для корректировки управления, реализующего заданный алгоритм (примеры таких систем: регулятор уровня жидкости в резервуаре, автопилот на самолете и другие).

3.Параметрическая адаптация: используется, когда возникают существенные отклонения в поведении управляемой системы от заранее предполагавшегося, требующие для достижения цели изменения параметров системы управления;

4.Структурная адаптация: изменение структуры и состава системы управления в случаях, когда исходная система не может обеспечить достижение управляемой системой заданной цели.