книги из ГПНТБ / Большие системы и управление

3

О МЕТОДАХ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА БСЙГЬПИХ СИСТЕМ.

Общая теория систем, или, иначе, теория больших систем, предлагает новый подход к постановке и решению задач управле­ ния такими сложными комплексами, как энергетические системы, промышленные комбинаты, системы ПВО, транспортные системы,управ­ ление военным потенциалом страны, управление научными исследо­ ваниями в масштабе страны или на достаточно высоких уровнях, управление социологическими процессами и т .д . Процессы разра­ ботки и осуществления крупных научных экспериментов и инженер­ но-технических проектов также входят в число объектов, подле­ жащих изучению с позиций общей теории систем*

Научные эксперименты и инженерно-технические проекты (про­ граммы) достигли в настоящее время таких масштабов, когда даль­ нейшее эффективное использование сил и средств требует научнообоснованной системы управления всем комплексом работ* Напри­ мер, ныне реализуемый американский проект "Аполлон" по посадке человека на поверхность Луны оценивается в 30 млрд, долларов, что в 15 раз превышает сумму, затраченную на создание атомной бомбы (Манхеттенский проект).

Однако в настоящее время вопрос о научном обосновании си­ стемы управления комплексными разработками (КР) и синтезе их оптимальной структуры еще не изучался. Чтобы подойти к решению проблемы синтеза оптимальной структуры управления КР, необхо­ димо рассмотреть весь комплекс проблем и условий, возникающих при КР. Ясно, что любое достижение в области, в которой ведут­ ся КР, связано с решением определенного комплекса научных, ин­ женерно-технических и организационных вопросов.

Однако можно указать достаточно общую классификацию науч­ ных проблем, частичные вопросы которых решаются в каждом кон­ кретном случае. Это позволит, с одной стороны, более точно ко-

4

ординировать усилия ученых различных областей науки в целях концентрации усилий на наиболее важных направлениях* С другой стороны, единая сеть научных проблем позволит более правильно подойти к проблеме штематического моделирования в такой "боль­ шой системе", как КР.

По определению, "большая система" (БС) есть система, пред­ ставляющая собой совокупность взаимосвязанных управляемых под­ систем, объединенных общей системой управления, характерной особенностыо которой является наличие выделяемых частей, причем для каждой части можно определить цель функционирования, подчи­ ненную общей цели всей системы, участие в системе людей, ма­ шин и природной среды, существование внутренних материальных, энергетических и информационных связей между частями системы, а также внешних связей рассматриваемой системы с другими.

Общих методов анализа и синтеза БС в настоящее время нет» Практические задачи, возникающие при анализе и синтезе БС, ре­ шаются специалистами по математическим методам исследования операций построением моделей БС, учитывающих.специфику рассмат­ риваемой системы и специфику исследуемых вопросов. Только та­ кое целенаправленное моделирование приводит к практическим ре­ зультатам, так как при этом можно пренебрегать многими факто­ рами. При построении математической модели для решения задачи синтеза оптимальной системы управления КР следует придерживать­

3)выяснить общий критерий функционирования всей системы управления КР в целом;

4)построить математическую модель информационной динамики системы управления КР в целом и определить на ее основе част­ ные критерии оптимальности функционирования подсистем;

5)получить практические рекомендации по оптимизации ис­ следуемой системы КР из общих теоретических положений, получен-

I\J ных в результате моделирования.

В качестве принципа моделирования предлагается принцип по­ следовательного уточнения и усложнения модели, когда в начале строится грубая, но простая и легко обозримая модель, позволяю-

5

щая получить необходимую информацию о главных действующих фак­ торах. Затем последовательно усложняется модель и уточняются результаты. Этот принцип позволяет практическим путем найти предел сложности модели, после которого дальнейшее усложнение может привести кроме ненужных затрат времени на моделирование еще и к искажению результатов из-за погрешностей в исходных данных и в ходе моделирования.

Внастоящем пособии приводятся и обобщаются результаты ис­ следований по вопросам анализа и синтеза больших систем, а так­ же по решению частных операционных задач, возникающих при раз­ работке автоматизированных систем управления.

Всоответствии с проблематикой статьи объединены в пять разделов.

Вразделе I рассматривается проблема управления, оценки сложности и эффективности в больших системах. Этому вопросу посвящены статьи 1 ,3 ,4 . В статье 2 исследуется специальная ин­ формационная модель сложной системы.

Раздел П посвящен вопросам управления запасами в больших системах. В статьях I и 3 ставятся задачи экономической оцен­ ки функционирования больших систем. Другие статьи этого раз­ дела посвящены частным операционным задачам, возникающим при оптимизации процессов управления запасами в больших системах.

Встатьях раздела Шрассматриваются вопросы оптимизации . распределения ресурсов. Достаточно подробно исследуется транс­ портная проблема, предлагается новый критерий оптимизации для транспортных задач; приводится алгоритм решения задачи кош и- вояжера. В статье 7 рассматривается применение вложенных цепей Маркова к анализу некоторых систем массового обслуживания.

Вразделе 1У представлены исследования, посвященные теории автоматического управления. Рассматриваются вопросы возможно­ сти автономного демпфирования инерциальных навигационных си­ стем, учета некоторого класса возмущений, действующих на си­ стемы управления, применения дифференциальных игр при выборе оптимальных параметров систем стабилизации.

Вводная статья написана доктором технических наук, профес­ сором В.И. Чернецким.

Статьи настоящего пособия не претендуют на исчерпывающую полноту по всем затронутым вопросам, однако они могут оказать­ ся полезными научным работникам, преподавателям, адъюнктам и слушателям старших курсов при дипломном и курсовом проектирова­ нии..

е

7

Р А З Д Е Л *1

ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ БОЛЬШИХ СИСТЕМ

Доктор технических наук ♦ профессрр В.И. ЧЕРНЕЦКИЙ

ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ И РУКОВОДСТВА КОМПЛЕКСНЫМИ РАЗРАБОТКАМИ

I . СТРУКТУРА ГРАФ-СЕТИ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНЫХ РАЗРАБОТОК (КР)

Для того чтобы решать задачи анализа и синтеза систем управ­ ления КР, необходимо общую проблему КР расчленить на ряд отно­ сительно независимых составляющих проблем различных рангов * Если эти проблемы соединить стрелками в порядке их взаимозави­ симости и подчиненности, то в результате получим граф-сеть про­ блемы КР. В этом случае любая КР будет заключаться в решении определенного набора проблемных вопросов, входящих в проблемы того или иного уровня. Представление в виде граф-сети позволит более правильно сформулировать критерии оптимальности и крите­ риальные ограничения, которыми следует руководствоваться при управлении КР.

Группу научных проблем первого уровня можно подразделить на следующие пять взаимосвязанных проблем.

1. Проблему определения и уточнения целей (задач) КР, сте­ пени важности и срочности их достижения,, а также необходимых материальных, экономических, научных и т .д . затрат и усилий для достижения выбранных целей, что невозможно осуществить без общей оценки достижения науки, техники и производства. Кратко эту проблему будем называть "цели и средства1*.

2. Проблему определения тактико-технических требований (ТТТ) и характеристик отдельных частей системы и системы в целом. Ясно, что эту проблему можно ставить и решать, если указаны це­ левое назначение системы, важность и срочность разработки и

8

определены необходимые материальные,-экономические, научные и т .д . усилия, т .е . решен конкретный вариант проблемы опреде­ ления цели и средств* Кроме того, для определения ТТТ необхо­

димо иметь информацию о существующих технических характеристи­ ках возможных элементов или узлов системы и об их перспектив­ ных возможностях, что определяется в результате исследования проблем второго уровня (управление, связь, измерения и обра­ ботка информации, материалы, производство и строительство),

3 . Проблему проектирования элементов и частей системы. Эта проблема включает в себя не только теоретические вопросы, свя­ занные непосредственно с разработкой того или иного техниче­ ского проекта в соответствии с заданными ТТТ и характеристиками, но также и процессы практической реализации проектов различных масштабов.

4. Проблему оценки показателей эффективности, экономично­ сти и надежности проектируемой системы (проблема оценки систем). Эта проблема может возникать и при решении проблем I - 3 в фор­ ме ориентировочных расчетов. Однако на этапе разработки и реа­ лизации проектов возникают задачи анализа и синтеза определен­ ных параметров системы. В этих случаях требуется решать общую задачу оценки системы.

5. Проблему управления КР. Исходным пунктом при разработ­ ке теории управления КР является определение критериев опти­ мальности хода разработок и научное обоснование ограничений, при которых реализуется процесс управления.

Исходя из выбранного критерия, можно решать задачу синтеза целесообразной структуры КР, а затем в рамках определенной структуры системы проводить оптимизацию процессов управления. Отметим, что единая научная теория решения всех проблем перво­ го уровня в настоящее время еще не создана. По этой причине в ходе практической реализации КР вскрывается много противоречи­ вых требований, которые на этапе практической реализации проек­ тов приводят к большим невосполнимым экономическим потерям и увеличению фонов реализации проектов.

Проблемы второго уровня представляют собой относительно не­ зависимые классы специализированных проблем, квалифицированная формулировка которых возможна лишь специалистами различных об­ ластей науки и техники. Однако без решения этих проблем невоз­ можно решение проблем первого уровня. Поэтому, несмотря на то, что проблемы второго уровня менее общи, чем проблемы первого

9

уровня, их значение в общей системе во многом является опреде­ ляющим. С другой стороны, недостаточное внимание к проблемам первого уровня приводит из-за их общности к большим экономиче­ ским потерям.

ЗАКОН ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Процесс управления КР заключается в непрерывном обновлении управляющей информации научного, инженерно-технического, произ­ водственного и эксплуатационного характера.

Необходимость непрерывного обновления информации есть след­ ствие принципа концентрации имеющихся сил и средств на дости­ жение единой цели, которая и составляет сущность КР. При этом главными процессами в системе являются процессы обмена инфор­ мации. Поэтому предлагаемая математическая модель БС носит ин­ формационный характер и называется моделью информационной дина­ мики. Модель состоит из совокупности подмоделей информационных узлов системы, каждый из которых принимает, обрабатывает и пе­ редает информацию. Мощность информационного узла характеризует­ ся приведенным числом п информационных элементов (люди, авто­ маты, устройства, машины), их пропускными способностями, изме­

&выхинформаций в единицу времени выражается дифференциальным уравнением в частных производных .

Для системы, состоящей из нескольких информационных узлов, вместо указанного дифференциального уравнения получится замкну­ тая система дифференциальных уравнений, устанавливающая зависи­ мости между объемами входной и выходной информации для каждого элемента рассматриваемой системы.

Если теперь указать критерий оптимальности, то, исходя из заданной системы дифференциальных уравнений, можно установить оптимальные значения для мощности каждого информационного узла