- •Исследование систем управления
- •Учебник
- •Москва 2003
- •Глава 1. Концептуальные основы исследования систем управления
- •1.1. Понятия, определяющие структуру системы
- •Понятие структуры системы
- •Понятие внешней среды
- •1.2. Понятия, определяющие процесс функционирования системы состояние системы
- •Движение (функционирование) системы
- •1.3. Характеристика процессов системы понятие процессов системы
- •Процессов
- •I подсистема-j |
- •I подсистема-l
- •I подсистема-n
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Функции процесса обратной связи
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Обратная связь
- •Функция процесса ограничения системы
- •Системный
- •1.4. Классификация систем характеристика различных классов систем
- •Классификация систем
- •1.5. Понятие системы управления
- •Положительная сторона
- •Отрицательная сторона
- •1.6. Цель системы управления
- •1.7. Закон управления системой
- •У правляющий орган (управляющая система)
- •1.8. Критерии эффективности управления системой
- •Глава 2. Методологические основы исследования систем управления
- •2.1. Системный подход как общеметодический принцип исследования систем управления понятие и основные черты системного подхода
- •Сущность системного подхода
- •Порядок выделения исследуемой задачи (объекта) из внешней среды
- •2.2. Задачи анализа и синтеза систем управления задачи анализа систем управления
- •Определение объекта анализа
- •Структурирование системы
- •Определение функциональных особенностей системы управления
- •Исследование информационных характеристик систем
- •Формирование замысла и цели создания системы управления
- •Формирование вариантов облика новой системы
- •Приведение описаний варианта облика системы во взаимное соответствие
- •Разработка требований к системе управления
- •Реализация разработанных требований к системе управления
- •2.3. Принципы анализа и синтеза систем управления
- •Принцип физичности и его постулаты Принцип физичности
- •Принцип моделируемости и его постулаты Принцип моделируемости
- •Принцип целенаправленности и его постулаты Целенаправленность системы
- •2.4. Виды анализа и синтеза систем управления структурный анализ и синтез систем управления Структурный анализ систем управления
- •Структурный синтез систем управления
- •Функциональный анализ и синтез систем управления
- •Функциональный анализ систем управления
- •Функциональный синтез систем управления
- •Информационный анализ и синтез систем управления
- •Коммуникационная (информационная) схема передачи информации в системе управления
- •Классификация информационных процессов
- •Структура информационного процесса
- •Информационный анализ систем управления
- •Информационный синтез систем управления
- •Параметрический анализ систем управления
- •Параметрический синтез систем управления
- •2.5. Уровни исследования и структура показателей систем управления уровни исследования систем управления
- •Структура показателей систем управления
- •Оценка информативности показателей анализируемой системы управления
- •Глава 3. Особенности анализа и синтеза различных видов систем управления
- •Зл. Особенности анализа и синтеза технических систем управления особенности технических систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза технических систем управления
- •Основы синтеза облика перспективной технической системы управления Цели и характер обоснования облика новой технической системы управления
- •Общая процедура обоснования облика перспективной тсу
- •3.2. Особенности анализа и синтеза эргатических систем управления особенности эргатических (человеко-машинных) систем управления
- •Инженерно-психологические проблемы, требующие решения в процессе создания и эксплуатации эргатических систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза эргатических систем управления
- •Типовые противоречия разрешаемые в процессе создания новых эргатических систем управления
- •Типовые противоречия, разрешаемые в процессе создания новых эсу
- •Содержание нововведений в зависимости от глубины реорганизации эсу [10]
- •Основные вопросы, решаемые в цикле исследования [10]
- •3.3. Особенности анализа и синтеза организационных систем особенности организационных систем управления
- •Методология анализа и синтеза организационных систем управления
- •Специфика отдельных видов анализа и синтеза организационных систем управления
- •Параметрический анализ и синтез организационных систем управления
- •Основные черты организационного управления
- •Основные требования к организационному управлению
- •Глава 4. Системный анализ и синтез проблемы
- •4.1. Общая характеристика проблемы как системы понятие проблемы и проблемной ситуации
- •Представление проблемы как системы
- •Этапы процесса решения проблемы Характеристика этапов процесса решения проблем
- •Этапы системного анализа проблем совершенствования и развития систем
- •Этапы системного анализа инновационных проблем
- •Системный синтез и анализ проблемы
- •4.2. Исходная постановка (формирование) проблемы
- •4.3. Формирование целей и условий решения проблемы условия формирования целей
- •Выявление и систематизация подцелей
- •Построение «дерева целей»
- •Состав подцелей
- •Последовательная декомпозиция целей
- •«Дерево целей» промышленного предприятия [6]
- •Установление условий решения проблемы
- •4.4. Структуризация проблемы и систематизация путей достижения целей основные понятия и этапы структуризации проблем Основные понятия структуризации проблемы
- •Этапы структуризации проблемы
- •Уточнение структуры системы
- •Уточнение структуры объекта управления
- •Уточнение функционально-информационной структуры системы управления
- •Критический анализ функционирования системы управления Цели анализа функционирования системы
- •Анализ причинно-следственных связей
- •Пример. Анализ причинно-следственных связей нарушений технологической дисциплины [6]
- •«Дерево путей достижения целей»
- •Пример. Построение «дерева достижения целей» применительно к проблеме управления качеством продукции
- •Оценка значимости проблем
- •4.5. Выявление и выбор альтернатив решения проблемы этапы выделения альтернатив
- •Решения, зависящие от области их использования
- •Принятие решения на основе исходной информации различной полноты
- •Формирование решения проблемы в целом
- •Выбор оптимальных решений Постановка и решение задачи оптимизации
- •Решение задачи и анализ результатов
- •Глава 5. Методы исследования систем управления
- •5.1. Системный подход к проявлению идеи
- •Сущность идеи
- •Первый цикл проявления идеи
- •5.2. Эвристические методы исследования систем управления методы активизации техологии творчества
- •Ассоциативные методы
- •Метод мозгового штурма
- •Метод синектики
- •5.3. Формализованные методы исследования систем управления параметрический метод
- •Морфологический метод и его модификации
- •Метод организующих понятий
- •Метод десятичных матриц поиска
- •Комбинаторный метод
- •Методы логического поиска Метод и — или — дерево
- •Метод логического мышления
- •Алгоритм решения изобретательских задач (ариз)
- •Обобщенный алгоритм поиска новых технических решений
- •5.4. Статистические методы анализа систем управления сущность и область применения
- •Корреляционный анализ
- •Дисперсионный анализ
- •Ковариационный анализ
- •Метод временных рядов
- •Метод главных компонентов
- •Факторный анализ
- •5.5. Детерминированные методы анализа систем управления сущность и область применения
- •Инфлюентный анализ
- •5.6. Синтез систем управления методами оптимизации синтез систем управления методами безусловной оптимизации Сущность и область применения
- •Методы нулевого порядка
- •Методы первого порядка
- •Методы второго порядка
- •Синтез систем управления с помощью многокритериальной оптимизации
- •5.7. Синтез систем управления методами математического программирования
- •Общая характеристика методов математического программирования
- •Методы решения задач линейного программирования
- •Методы решения задач нелинейного программирования
- •Методы решения задач дискретного (целочисленного) программирования
- •Методы динамического программирования
- •Методы стохастического программирования
- •5.8. Анализ и синтез систем управления с помощью математических теорий теория принятия решений
- •Теория массового обслуживания
- •Теория эффективности
- •Теория игр Сущность синтеза игровых задач управления
- •Содержание
- •Глава 1. Концептуальные основы исследования
- •Глава 2. Методологические основы
- •Глава 3. Особенности анализа и синтеза
- •Глава 4. Системный анализ и синтез проблемы 209
- •Глава 5. Методы исследования систем управления 297
1.8. Критерии эффективности управления системой
Эффективность управления (управляющих воздействий) есть степень соответствия (фактического или ожидаемого) результата требуемому (желаемому) или, иными словами, степень достижения цели.
Для оценки эффективности управления необходимо формализовать и измерить реальный (фактический или ожидаемый) результат У и требуемый (желаемый) результат Ymp, которые включают множество частных показателей, позволяющих всестороннее оценить результат функционирования системы управления. Как правило, для многих практических задач принимается, что значение показателей, определяющих цель Ymp, является фиксированным, а реальный результат Y будет зависеть от варьируемых частных показателей h, т.е. Y = Y(h).
Степень соответствия реальных результатов Y(h) поставленной цели Ymp. предлагается оценить с помощью функции соответствия q = fXYQi), Ymp), которая в общем случае может представлять собой вектор-функцию или характеризовать, например, расстояние между точками Y и Ymp или другую степень соответствия данных величин
q(h) с Gmp,
где Gmp — множество требуемых (эффективных) значений показателей эффективности q, которым соответствуют значения определяемых характеристик h исследуемого объекта (системы, решения и т.п.).
При использовании критерия оптимальности требуется получить наилучшие (максимальные или минимальные) значения показателя. Однако в случае векторного показателя стремление максимизировать одни и минимизировать другие альтернативные компоненты вектора q может привести к множеству его значений, не различимых по предпочтению. В связи с этим наибольшее распространение получили два способа задания множества Gmp[40]:
выделение множества значений векторного показателя q, не различимых по предпочтению;
определение оптимального (минимального или максимльного) значения одного из частных показателей вектора q при ограничениях, накладываемых на остальные показатели.
В первом случае выделяемое множество Gn значений показателя называется множеством Парето, и критерий оптимальности будет иметь вид [40]:
q(hn) с G„, К <= Я,
где h„ — паретно-оптимальные значения характеристик исследуемого объекта.
Множество Парето G„ может представлять собой дискретную или непрерывную совокупность точек в соответствующем л-мерном пространстве и его определение производится с помощью специальных методов, используемых при поиске паретно-оптимальных решений многокритериальных задач.
Во втором случае при минимизации частного показателя q\ задается следующим образом [40]:
qx (ht) = rmnql (h),
q0j < qfh) < qmj,j =1,2,..., n;j # i; h* с H, где h — оптимальное значение характеристик исследуемого объекта.
В случае применения единственного скалярного показателя g(h) критерий оптимальности принимает вид:
q(h*) = mnql (К).
hcH
Множество Gmp в этом случае вырождается, как правило, в единственную точку, соответствующую минимальному значению данного показателя.
Основные требования по выбору критерия [21]:
поскольку критерий предназначен для сравнения, то он должен определять некоторый порядок на множестве альтернатив. Если критерий представляется функционалом, то это выполняется автоматически;
каждый критерий должен иметь четкий физический смысл и отражать целевое предназначение системы.
РЕЗЮМЕ
Система — это множество, составляющее единство элементов, связей и взаимосвязей между ними и внешней средой, образующее присущую данной системе целостность, качественную определенность и целеполагание.
Системой можно назвать только такое множество избирательно вовлеченных элементов, у которых взаимодействие и взаимоотношение приобретает характер взаимосодействия элементов на получение конкретного результата. В систему входят только те элементы и только в таких взаимоотношениях, которые имеют значение в получении требуемого результата.
Система характеризуется состоянием и движением системы.
Состояние системы — совокупность состояний ее элементов, связей, взаимосвязей, взаимосодействий между ними. Состояние элемента — совокупность всех различных (конкретных) свойств элементов.
Движение системы — процесс последовательного изменения состояния системы под влиянием внешней среды (путем воздействия внешней среды на входы системы).
Входы системы — различные точки приложения влияния (воздействия) внешней среды на систему.
Входами системы являются информация, вещество, энергия, которые подлежат преобразованию. Входные воздействия, изменяющиеся с течением времени, образуют входной процесс.
Выходы системы — различные точки приложения (воздействия) системы на внешнюю среду. Выходные величины, изменяясь с течением времени, образуют выходной процесс.
Процесс системы (переходный процесс системы) — множество преобразований начального состояния и входных воздействий в выходные величины, которые изменяются с течением времени по определенным правилам.
Обратная связь — то, что соединяет выход со входом и используется для контроля за изменением выхода. Единственное назначение обратной связи — изменение идущего процесса.
Ограничение системы — то, что определяет условия реализации процесса. Ограничения системы определяются целями и принуждающими связями, которые определяют границу системы и дают возможность точно установить условия и требования, по которым она должна действовать. Под требованиями понимается условие, положение, предписание, отражающие закономерности, порядок, отношение и взаимодействие характеристик, обязательных для выполнения.
Потребность является причиной создания системы, а альтернативный вариант ее реализации — конкретной целью ее достижения, то есть потребность первична по отношению к цели. Система образуется после того, как выбран альтернативный вариант удовлетворения потребности, то есть определена цель.
Цель — это конкретное представление о некоторой модели будущего результата, способного удовлетворить исходную потребность при имеющихся реальных возможностях, оцененных по результатам прошлого опыта. Цель выбирается из некоторого множества альтернатив, исходя из знаний исследователя, то есть цель несет в себе элементы неопределенности. Наличие неопределенности в исходной модели требует оценки будущего результата.
Управление — непрерывный и целенаправленный процесс воздействия на объект управления, которым может быть отдельная личность, коллектив, технологическая установка и т.д. Управление есть процесс, а система управления — механизм, который обеспечивает этот процесс.
Система управления — совокупность двух взаимодействующих подсистем (управляющей и управляемой — объекта управления), образующих новую систему — систему управления. Этими составляющими могут быть руководитель и подчиненный, диспетчер и заводские цеха, человеческий мозг и управляемые им через нервную систему органы и т.д.
Управляющая подсистема — подсистема, формирующая управляющие воздействия.
Управляемая подсистема (объект управления) — подсистема, испытывающая на себе управляющие воздействия (управления).
Сущность выработки управляющих воздействий (управлений) — выявление отклонений параметров системы от нормы, которые затрудняют достижение цели управления.
Отклонения параметров системы от нормы образуются за счет воздействия внешней и внутренней среды. Без отклонения нет информации, а следовательно и процесса управления.
Под законом управления понимают формирование (выработку решения) и реализацию управляющих воздействий (управлений), выбранных из множества возможных на основании определенной информации, обеспечивающей желаемое движение (функционирование, поведение) объекта, приводящее к поставленной цели.
Эффективность управления системой рассматривается как мера степени достижения цели функционирования. Эффективное решение выбирается из множества решений с помощью правила, которое называется критерием (мерой) выбора решения.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
Дайте определение понятия система.
Какие элементы включает система?
Определите такие понятия, как связь (взаимосвязь) отношения, взаимодействия.
Дайте определение понятия внешней среды.
Опишите взаимодействие системы со средой.
Дайте определение понятия состояния и движения системы.
Что такое входы, выходы системы?
Опишите понятие процесса в системе.
Дайте определение обратной связи.
Что такое ограничения системы?
Формы входных и выходных процессов.
Функции подсистемы обратной связи.
Функции ограничения системы.
Дайте классификацию систем по признакам.
Сущность понятия управления системой.
Определите понятие цель.
Раскройте варианты трансформации требований в цель.
Сущность закона управления системой.
19. Что такое критерий эффективности управления систе- мой и способы его задания?
ЛИТЕРАТУРА
Абрамова Н.Т. Целостность и управление. — М.: Наука, 1974.
Акофф Р. Эмери М. О целеустремленных системах. — пер. с ант. М.: Советское радио, 1974.
Анохин П.К. Избранные труды: Философские аспекты теории функциональной системы. М: Наука, 1978.
Афанасьев В.Г. Общество: Системность, познание и управление. М.: Политиздат, 1981.
Берталанфи Л. Общая теория системы: Критический обзор. — В кн. Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс, 1969.
Белман Р., Глинсберг И., Гросс О. Некоторые вопросы математической теории процессов управления. — М.: Сов. Радио, 1974.
Бир Ст. Наука управления: Пер. с англ. М.: Энергия, 1971.
Бурков В.Н. Человек. Управления. Математика. — М.: Просвещение, 1989.
Бунш Г. Теория систем. — М.: Сов. Радио, 1978.
Гиг Дж., Ван. Прикладная общая теория систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1981, к. 1,2.
Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. — М.: Энергоиздат, 1982.
Директер С, Рорер Д. Введение в теорию систем. — М.:Мир, 1974.
13. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Проблемы системоло- гии. М.:Мир, 1974.
14. Каган М.С. Человеческая деятельность. (Опыт сис- темного анализа). М.: Политиздат, 1974.
Калман Р., Фалб П., Арбаб М. Очерки по общей теории систем. — М.: Мир, 1971.
Клиланд Д., Кинг В. Системный анализ и целевое управление. — М.: Сов. радио, 1979.
Каста Дж. Большие системы. М.: Мир, 1982.
Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990.
Кузьмин В.П. Принципы системности в теории и методологии К.Маркса. М.: Политиздат, 1976.
Карташов В.А. Система систем. Очерки общей теории и методологии. — М.: "Прогресс-Академия", 1995.
Ларин А.А. Теоретические основы управления. — ч. 1: Процессы, системы и средства управления. Учебное пособие. — М.:РВСН, 1998.
Месарович М., Маго Д, Тахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. Пер. с англ. М.: Мир, 1973.
Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. — М.: Наука, 1981.
Мухин В.И. Основы исследования систем. — Курс лекций. — Новогорск: АГЗ, 1997.
Негойце К. Применение теории систем к проблеме управления: Пер. с англ. Таржова В.Б. (Под редакцией Орловского С.А.) М.: Мир, 1981.
Ниолаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. Л.: Машиностроение, 1985.
Основы общей теории систем. — ч. 1. Попов А.А., Телушкин И.М., Бушуев С.Н. Учебное пособие. С.-П.: ВАС, 1992.
Оптнер СЛ. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. Пер. с англ. М.: Сов. Радио, 1969.
Павлов В.И. Методические основы системных исследований военно-космических средств. Учебное пособие. — М.:РВСН, 1998.
Партер У. Современные основания общей теории систем. — М.: Наука, 1971.
Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. — М.: Наука, 1981.
Растригин Л.А. Современные принципы управления сложными системами. — М.: Наука, 1980.
Рогожин СВ. Исследование систем управления. Учебное пособие. — М.: Национальный институт бизнеса, 1999.
Смирнов Э.А. Основы теории организации. Учебное пособие. — М.: Юнити, 1998.
Садовский В.Н. Основы общей теории систем. М.: Наука, 1978.
Теория управления. Терминология. (Сб. рекомендуемых терминов). — М.: Наука, 1988, вып. 107.
Усмов А.И. Системный подход и общая теория систем. М.: Мысль, 1978.
Холл А. Опыт методологии для системотехники. — М.: Сов. радио, 1975.
Черняк Ю.И. Системный анализ в управлении экономикой. М.: Экономика, 1975.
Хохлачев Е.Н. Теоретические основы управления. — Ч. 2. Анализ и синтез систем управления. Учебное пособие. — М.: РВСН, 1996.
Цвиркун А.Д. Структура сложных систем. — М.: Сов. радио, 1975.
Шилейко А.В., Кочнев В.Ф., Химушин Ф.Ф. Введение в информационную теорию систем. — М.: Радио и связь, 1985.