Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ (начальные понятия)

Раков В И,

Лекция 18. Позиционирование среды в структурах управления

Оценивая отмеченную содержательность среды [см. лекцию 17], можно говорить о её важной роли для каждого конкретного проявления сложного объекта в виде многообразия его функциональных систем [см. лекции 4, 16] в каждом системокванте жизнедеятельности, во всех мероприятиях, обеспечивающих требуемое функционирование, и тем самым во всём процессе функционирования сложного объекта.

По самому своему существу локально организованная среда (ЛОС) сложной системы не может не восприниматься и не рассматриваться как некий конгломерат:

– сред её инженерных объектов,

– сред её интеллектуальных объектов,

– всего того, что препятствует и способствует каждому компоненту и каждому фрагменту структуры системы,

– а также всего того, что не относится непосредственно к самой сложной системе.

При этом, именно такой конгломерат разноплановых, разноуровневых, пересекающихся и непересекающихся сред по своим проявлениям и воздействиям не может не относиться к сложным объектам по всему спектру взаимоотношений вещества, энергии и организованности.

1. Модельные составляющие контура управления.

Следуя кибернетической концепции управления, можно утверждать, что всякий раз, когда необходимо решать проблему улучшения качества функционирования устройств, прежде всего можно (и нужно) ставить и решать соответствующую задачу управления. Поэтому не теряют своей актуальности вопросы о том, что изменять и посредством чего проводить эффективные воздействия на объект для существенного улучшения качества функционирования устройства, то есть на какие составляющие контура необходимо оказывать воздействия.

Процесс управления – это процесс взаимодействия управляемого объекта, управляющего устройства и среды, в ходе которого происходит целенаправленное и прогнозируемое изменение поведения управляемого объекта в рамках его возможного функционирования. Под системой управления можно понимать минимальную по своим вещественно-энергетическим возможностям систему, в которой реализуется процесс управления.

Традиционно различают несколько компонентов процесса и, соответственно, функциональных частей системы управления[136].

Существенные параметры. Существенные параметры можно разделить на две группы. К одной отнести те, которые участвуют в формировании управляющих воздействий и определяют их значения, то есть посредством которых и осуществляется управление. Назовем эти параметры управляющими существенными параметрами. К другой группе – те существенные параметры, по которым оценивается содержание объекта, его состояние, поведение, то есть качество функционирования. Назовем их для определенности регулируемыми существенными параметрами.

Очевидно, что в зависимости от выбранной для управления элементарной единицы из базового набора характеристик объекта (базы объекта) [см. лекцию 2], будут различаться обобщенные существенные параметры и, возможно, созданные системы управления. Более того, каждая ВЭО составляющая объекта, выбранная для целей управления, будет определяться своим набором существенных параметров. В этой относительности существенных параметров заключены возможности их широкого выбора. Но в этом кроются и значительные трудности априорного формулирования состава каждой группы существенных параметров для организации требуемого процесса управления.

Поэтому важна роль и потребность в компонентах по определению значений регулируемых и управляющих параметров, а также выделению и изменению состава этих параметров [рис. 40]. При этом язык информационно-энергетического взаимодействия (IL) [рис. 40] может выступать в двух вариантах: для связи с управляющими воздействиями и для связи с устройством управления посредством регулируемых параметров.

Рис. 40. Существенные параметры в структуре процесса управления,
где IL – язык информационно-энергетического взаимодействия (язык связи),
W(Q, s) – локально организованная среда объекта Q

Формирование моделей. Средства формирования моделей для компонентов контура управления [рис. 41] могут быть представлены по-разному: в виде некоторой взаимодействующей группы специальных объектов, в виде лингвистических конструкций и языка формирования, в виде определенного программно-аппаратного комплекса. Существенным является не только то, что при любых реализациях в них всегда можно выделить аналог лингвистических конструкций, из которых формируется модель и аналог языка, осуществляющего процесс формирования (изменения, коррекции) моделей. Наиболее важным, по нашему мнению, является стратегия построения моделей. Именно стратегия определяет то, что изменять, когда корректировать, к чему стремиться.

Рис. 41. Компоненты контура управления

Новые данные об объекте, среде, качестве функционирования системы управления – исходный материал для стратегии формирования. В этом плане стратегия построения моделей является ядром всего комплекса, обеспечивающего формирование моделей. По-видимому, одним из сложно реализуемых мест стратегии является, вероятно, невозможность создания стратегии, способной начать работу с «пустыми» моделями (с пустого места). Априорно человек должен создать некую начальную модель, начальную ситуацию, с которой и начнется развиваться процесс управления. В таком случае становится несомненной полезность средств диалогового формирования начальных моделей и стратегий (как обучение или идентификация объекта) в структуре процесса управления [рис. 42].

Рис. 42. Модели в структуре процесса управления

Языки моделирования и имитации. Моделирование и имитация являются центральными событиями во всей структуре процесса управления. В них вырабатываются наиболее подходящие управляющие воздействия, оценивается качество управления, проводится экспериментирование на моделях объекта, среды и устройства управления, принимаются превентивные меры защиты от нежелаемых последствий процесса управления и т.д. В настоящее время в структурах управления при моделировании и имитации оперируют описаниями, представленными на языках, близких к естественным языкам, оперируют с нечетко выраженными понятиями, целями, ситуациями и критериями. В составе средств для моделирования и имитации основная нагрузка ложится не на языки моделирования и имитации функционирования объектов, а на стратегию моделирования. Какие эксперименты с моделями и в какой последовательности, с какими наборами существенных параметров – это основное содержание стратегии моделирования. Сюда же можно отнести средства коррекции и формирования конструкций языков имитации и моделирования, а также средства диалогового формирования начальных стратегий [рис. 43].

Полнота инструментальных средств процесса управления. Создаваемые человеком процессы (технического) управления в любом случае обуславливаются целеположением более охватывающих организационных или организационно-технических систем [см. лекция 9]. Причинно-следственное содержание цели в бoльшей степени связано с функцией контроля, чем с функцией оперативного управления, с оценкой контролируемой деятельности в целом, чем отдельных технологических процессов. Функция контроля, прежде всего, находит свою реализацию в прогнозирующих процессах экспертной технологии оценивания качества функционирования. Поэтому полнота структуры процесса управления, несомненно, достигается учетом моделей экспертных технологий [рис. 7, лекция 6]. И в таком случае не может быть достаточности инструментальных средств без учета инструментария для процессов экспертного оценивания качества функционирования.

Рис. 43. Моделирование и имитация в контуре управления

Таким образом, каждый контур управления в известной степени базируется на своей среде и именно ею определяются стратегии управления. Можно сказать и по-другому: для каждой «среды» в сложной системе – свои модельные составляющие в соответствующих контурах управления и, соответственно, свои взаимоотношения с иными «средами», участвующими в функционировании сложной системы.

Естественность различий контуров и сред обусловлена ВЭО существом собственно сигналов и явлений объективной реальности. Взаимодействие «управляющее устройство – объект управления» – предполагает наличие двух (или нескольких) целостных материальных образований (объектов), которые взаимодействуют посредством того, что вкладывается в понятие вещества, энергии, организации. Например, смазывание машинным маслом механически подвижных частей швейной машины поддерживает требуемый уровень качества функционирования швейного агрегата – это воздействие веществом; вместо создания радиоэлектронных элементов (микросхем) с широкими температурными границами их функционирования можно обычные микросхемы на печатных платах располагать в металлических оболочках со встроенными в них ТЭНами или морозильниками – это воздействие энергией; изменение конфигурации схем электронных устройств можно проводить посредством подключения и отключения внутренних отрицательных и положительных обратных связей – это воздействие организацией (структурой) и т.п.

Возможно несколько вариантов того, на «что» воздействуют и посредством «чего» проводится воздействие [табл. 12].

Таблица 12

Пример соответствия

Если учитывать взаимовлияние и взаимообусловленность ВЭО-составляющих объекта, то можно попытаться составить значительно более мощные таблицы соответствий того, «на что направлено воздействие» и того, «посредством чего проводится воздействие» на объект. Прежде всего, различие между воздействием объекта на объект, в том числе и при управлении, заключено в наличии определенной обратной связи, обусловленной актом воздействия, и наоборот: воздействие, обусловленное содержанием обратной связи.

Таким образом можно представить упрощенную трехмерную картинку вариантов ВЭО в контуре «объект управления – управляющее устройство – объект управления» [табл. 13].

Таблица 13

Варианты ВЭО-составляющих в структуре управления

Можно составить и обсуждать более мощные таблицы, если учитывать более сложные отношения, например, «вещество», «вещество-энергия», «энергия-организация», «вещество-организация». При проектировании систем анализ подобных таблиц может сыграть ключевую роль в выборе принципов управления, структуры управляющего устройства и при формировании содержательности среды.

2. Регулирование требуемого состояния среды.

Поскольку локально организованная среда (ЛОС) сложной системы – конгломерат разноплановых, разноуровневых, пересекающихся и непересекающихся сред по всему спектру взаимоотношений вещества, энергии и организованности [табл. 12, 13], то при организации требуемого функционирования сложного объекта нельзя не учитывать следующие факторы:

– состояния соответствующих сред сложной системы, при которых и обеспечиваются её требуемые качества и свойства (то есть достигаются цели функционирования),

– наличие различных взаимоотношений, в которых состоят среды конкретной сложной системы,

– согласованности (неконфликтность) соответствующих состояний взаимодействующих сред сложной системы.

Реальность учёта этих факторов определяется использованием соответствующих датчиков, чувствующих и измеряющих состояния сред и их взаимоотношений. Но при этом, несомненно, надо учитывать тот факт, что датчик сам по себе становится носителем качеств сложного объекта, носителем соответствующей среды и соответствующих воздействий на объект управления и среду этого объекта[137] [рис. 44].

Рис. 44. Пример сложной структуры датчика в системе управления:
ЭОУ – элемент объекта управления; УУ – устройство координации и управления;
ИМ – исполнительный механизм; ЧЭ – чувствительный элемент;
ЭЛОС – элемент локально организованной среды

Учитывая сформулированные факторы при организации требуемого функционирования сложной системы и руководствуясь презумпцией управления, понимаема потребность организации контуров управления и локально организованных сред сложной системы. В этом плане рассуждений для предупреждения проблемных обстоятельств и успешного разрешения конфликтных ситуаций организационная структура (руководящая вертикаль) [см. лекцию 5] обязана обеспечить не только соответствующую содержательность локально организованной среды, но и текущим образом регулировать её состояния.

Этот процесс должен быть аналогичен осуществлению мероприятий по поддержке требуемых состояний соответствующих элементарных структурных единиц системы посредством дополнительно организованных контуров регулирования или управления этими состояниями [см. лекцию 3] или при регулировании деятельности различных компонентов сложной системы [см. лекцию 5].

Контрольные вопросы по лекции 18:

1. Что составляет содержательность локально организованной среды?

2. Какую системную роль играют модельные составляющие контура управления?

3. Объясните рисунок 41.

4. Поясните смысл рисунка 42.

5. Поясните суть языков моделирования и имитации и их связи с локально организованной средой.

6. Чем обусловлена полнота инструментальных средств процесса управления?

7. Поясните на примере назначение различных сред одного сложного объекта.

8. Есть ли существенные отличия между средой датчика и средой сложной системы?

9. Почему необходимо регулировать состояния локально организованной среды или хотя бы пытаться это делать при организации требуемого функционирования сложной системы?