Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Аналіз систем управління вступ

Скачати 249.62 Kb.

Аналіз систем управління вступ




Скачати 249.62 Kb.
Сторінка1/2
Дата конвертації28.04.2017
Розмір249.62 Kb.
  1   2

АНАЛІЗ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ
ВСТУП 

Сучасний системний аналіз - прикладна наука, яка орієнтована на прояснення причин виникнення проблем і на формування варіантів їх усунення.
Система керування, також Система управління (англ. control system) - систематизований набір засобів впливу на підконтрольний об'єкт для досягнення цим об'єктом певної мети. Об'єктом системи керування можуть бути як технічні об'єкти так і люди.
Прикладні́ науко́ві дослі́дження - наукова і науково-технічна діяльність, спрямована на одержання і використання знань для практичних цілей - розробка нових виробів, нових матеріалів, технологій та технологічного обладнання, нових методів лікування хвороб, медичних препаратів та медичного обладнання, нових сільгоспкультур, нових порід свійських тварин та промислових риб, нових технологій сільгоспвиробництва, пошук покладів корисних копалин.
 
Системний аналіз - сукупність методологічних засобів, які використовуються для підготовки та обгрунтування рішень зі складних проблем політичного, військового, соціального, економічного, технічного і наукового характеру. Основою є системний підхід і ряд методів, математичних дисциплін та сучасної теорії управління. Основна процедура - побудова узагальненої моделі, що відображає взаємозв'язки реальної ситуації. Технічною основою є ЕОМ та інформаційні системи. 
Виникнення «системного аналізу» пов'язане з необхідністю проведення комплексних досліджень при: 
• створенні складних технологічних і виробничих комплексів; 
• створенні складних систем управління ними; 
• аналізі економічної ситуації і т.д.
Інформацíйна систéма (англ. Information system) - сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів.
Теорія керування (управління) (англ. Control theory) - наука про принципи і методи керування різними системами, процесами і об'єктами.
Систе́мний підхі́д (англ. Systems thinking - системне мислення) - напрям методології досліджень, який полягає в дослідженні об'єкта як цілісної множини елементів в сукупності відношень і зв'язків між ними, тобто розгляд об'єкта як модель системи.
Складна́ систе́ма - система, поняття, що широко використовується в сучасній науковій літературі і вказує на специфічні особливості об'єктів дослідження практично в усіх розділах природничих та гуманітарних наук.
Еконо́міка або економічні науки (від дав.-гр. οἶκος, oíkos - «дім» та дав.-гр. νόμος - «закон») - комплекс суспільних наукових дисциплін про господарство, а саме - про організацію та управління матеріальним виробництвом, ефективне використання ресурсів, розподіл, обмін, збут і споживання товарів та послуг.
 
Системний аналіз - дисципліна, яка займається проблемами прийняття рішень в умовах, коли вибір альтернативи потребує аналізу складної інформації різної фізичної природи. Результатом системних досліджень є вибір конкретної альтернативи, наприклад, план розвитку, параметри конструкції, структура і т.д. 
Основне завдання дисципліни: показати, як різні знання (математика, теорія управління, методи оптимізації ...
Оптиміза́ція (англ. optimization, optimisation) - процес надання будь-чому найвигідніших характеристик, співвідношень (наприклад, оптимізація виробничих процесів і виробництва). Задача оптимізації сформульована, якщо задані: критерій оптимальності (економічний - тощо; технологічні вимоги - вихід продукту, вміст домішок в ньому та ін.)
), можуть служити вирішення складних прикладних задач, а системний інтегратор стає однією з головних дійових осіб, архітектором, конструктором складних систем.
Систе́мна інтегра́ція в інженерії - поєднання компонентів підсистем в єдину систему та забезпечення роботи окремих підсистем як єдиної системи. В області інформаційних технологій системна інтеграція є процесом об'єднання різних обчислювальних систем і програмних застосунків фізично або функціонально.
Для конструювання і дослідження складних систем немає наборів рецептів, є лише методологія.
 
Методи системного аналізу для вирішення складних комплексних проблем застосовуються з урахуванням того, що в процесі прийняття рішень вибір необхідно робити в умовах невизначеності. Процес системного аналізу по кожній проблемі можна розділити на чотири стадії: 
- постановка проблеми, визначення мети і критеріїв оцінки; 

- структурний аналіз досліджуваної системи; 

- розробка концепції розвитку системи та підготовка можливих варіантів; 

- безпосередній аналіз відібраних варіантів рішень та їх наслідків за допомогою ПЕОМ. 



Витоки системного аналізу, методичних концепцій лежать в дисциплінах, які займаються проблемами прийняття рішень - теорії дослідження операцій та загальної теорії управління.
Структурний аналіз - метод дослідження статичних (сталих) характеристик ієрархічно впорядкованої системи шляхом виділення в ній підсистем і елементів різного рівня і визначення відносин і зв'язків між ними.
Дослі́дження опера́цій (ДО) - це дисципліна, що займається розробкою й застосуванням методів знаходження оптимальних рішень на основі математичного моделювання у різних областях людської діяльності. ДО тісно пов'язане з системним аналізом, математичним програмуванням, теорією оптимальних рішень.
 
Проектування складних систем управління поділяють на дві стадії: макропроектірованіе (зовнішнє), коли методами системотехнічного і синтезу вирішуються завдання функціонально-структурного характеру; мікропроектування, коли розробляються технічні рішення в рамках проекту системи. 
Для фахівців з автоматизації виробництва часто найбільш відповідальним етапом є початок розробки систем - аванпроектірованіе (вибір структури, технічних засобів, програмного забезпечення ...).
Автоматиза́ція - один з напрямів науково-технічного прогресу, спрямований на застосування саморегульованих технічних засобів, економіко-математичних методів і систем керування, що звільняють людину від участі в процесах отримання, перетворення, передачі і використання енергії, матеріалів чи інформації, істотно зменшують міру цієї участі чи трудомісткість виконуваних операцій.
Від цього залежить цілий ряд аспектів в майбутньому, в тому числі вартість розробки та експлуатації.
 

МЕТОДОЛОГІЯ СИСТЕМНОГО АНАЛІЗУ 
У відповідності з сучасними уявленнями прикладний системний аналіз - наукова дисципліна, яка на основі системно організованих, структурно взаємопов'язаних і функціонально взаємодіючих процедур, методологічних засобів, математичного апарату, програмного забезпечення і обчислювальних можливостей комп'ютерних систем і мереж забезпечує в умовах невизначеності отримання і накопичення інформації про досліджуваний предметі для наступного формування знань про нього як єдиного, цілісного об'єкта з позицій поставлених цілей дослідження і прийняття раціонального рішення в умовах різнорідних багатофакторних ризиків.
Математичний апарат - сукупність математичних знань, понять і методів, що застосовуються в деякій області науки, а тому необхідних для її розуміння й успішної в ній роботи. Наприклад, математичним апаратом класичної механіки є математичний аналіз та теорія диференціальних рівнянь, математичним апаратом квантової механіки є функціональний аналіз, математичним апаратом статистики є теорія ймовірності тощо.
 
Під системою розуміють складні структури, які взаємодіють з навколишнім середовищем як єдине ціле, а великі системи і складні системи включають значну кількість елементів і підсистем. Часто поняття системи визначають через їх ознаки та властивості. 
Система - це сукупність взаємопов'язаних елементів, відокремлена від зовнішнього середовища, але яка діє з цим середовищем як єдине ціле.
Довкілля, або бюрократично навко́лишнє приро́дне середо́вище - всі живі та неживі об'єкти, що природно існують на Землі або в деякій її частині (наприклад, навколишнє середовище країни). Сукупність абіотичних та біотичних факторів, природних та змінених у результаті діяльності людини, які впливають на живий світ планети.
 
Система - це засіб досягнення мети. Відповідність мети і системи неоднозначне, а саме: різні системи можуть орієнтуватися на одну мету, а одна система може мати різні цілі.  
Перших два визначення об'єднуються в третє. 
Система - це функціонально певний структурно впорядковане з адаптивною реорганізацією безліч елементів. Зовнішні та внутрішні функції систем, їх ієрархічні або однорівневі структури характеризуються відповідними обмінними потоками, адаптивна організація і дезорганізація систем є визначальним для їх існування властивістю. 
Елемент - це найпростіша неподільна частина системи, а її властивості визначаються конкретним завданням. Елемент завжди пов'язаний з самою системою. Елемент складної системи може бути в свою чергу складною системою в іншій задачі. 
Підсистема - компонент системи - об'єднання елементів, але за масштабом менше, ніж система в цілому. 
Якщо розглядати технологічний комплекс, то елементом може бути технологічний процес, технологічний апарат або конкретна конструкція.
Технологі́чний апара́т - технологічне устаткування, що призначене для здійснення в ньому хімічних, фізичних або фізико-хімічних процесів (хімічна реакція, теплообмін без зміни агрегатного стану, випаровування, конденсація, кристалізація, розчинення, випарювання, ректифікація, абсорбція, адсорбція, сепарація, фільтрація тощо) а також для зберігання чи переміщення в них різноманітних речовин.
Технологі́чний проце́с - це впорядкована послідовність взаємопов'язаних дій та операцій, що виконуються над початковими даними до отримання необхідного результату.
Підсистемами виступають об'єднання технологічних процесів або апаратів на рівні технологічних відділень або цехів.
 
З точки зору завдань управління завжди існує оптимальна кількість підсистем, яке призводить до найвищих техніко-економічними показниками.
Аспект (лат. aspectus - вигляд, погляд) - поняття філософії (онтології, теорії пізнання). У філософії аспект розглядається
Кількість підсистем залежить від структури загальної системи управління: децентралізовані, централізовані, розподілені системи управління. Кількість підсистем залежить також від кількості технологічних операцій.
Опера́ція технологі́чна (рос. операция технологическая, англ. production operation, нім. technologische Operation f) - окрема частина технологічного процесу, сукупність робочих дій (прийомів), що характеризується однорідністю технологічного змісту і єдністю предмету праці, застосовуваного інструмента (устаткування) і робочих пристосувань.
 
Структура - це зображення елементів і зв'язків між ними. Тут розглядається функціональна, алгоритмічна, технічна, організаційна структура. Передбачається, що система має два і більше рівнів управління. 
Зв'язок - найбільш важливим є те, що тут використовуються узагальнені оцінки (наприклад, зв'язку: спрямована або ненаправленої, сильна або слабка, позитивна чи негативна). Зв'язок однозначно характеризує структуру системи. 
Стан - Це миттєва оцінка або фаза розвитку системи. 
Рівновага - це певне усталене стан, а перехід з одного стану в інший називають поведінкою системи. 

КЛАСИФІКАЦІЯ СИСТЕМ 

У системному аналізі класифікація займає особливе місце, враховуючи безліч критеріїв, що характеризують структуру системи, її призначення, особливості функціонування і т.д. Найбільш часто застосовуються при класифікації систем такі критерії. 
За субстаціональниму ознакою системи діляться на три класи: 
- природні, що існують в об'єктивній дійсності (нежива і жива природа, суспільство). Приклади систем - атом, молекула, жива клітина, організм, популяція, суспільство
- концептуальні, або ідеальні системи, які відображають реальну дійсність, об'єктивний світ. Сюди відносять наукові теорії, літературні твори, тобто системи, які з різним ступенем повноти відображають об'єктивну реальність;
Науко́ва тео́рія - це система узагальненого знання, пояснення різнобічності подій, ситуацій, що відбуваються у природі чи суспільстві.
 

- штучні, які створені людиною для досягнення конкретної мети (технічні або організаційні). 



При використанні системного аналізу для задач синтезу та аналізу складних систем управління використовують класифікацію систем по: 
- увазі об'єкта - технічні, біологічні, організаційні та ін; 

- науковим напрямком - математичні, фізичні, хімічні й ін


- увазі формалізації - детерміновані, стохастичні; 
- типом - відкриті та закриті; 
- складності структури і поведінки - прості і складні; 
- ступеня організованості - добре організовані, погано організовані (дифузні), з самоорганізацією. 

Добре організовані системи - це такі, для яких можна визначити окремі елементи, зв'язки між ними, правила об'єднання в підсистеми і оцінити зв'язки між компонентами системи і її цілями. У цьому випадку проблемна ситуація може описуватися у вигляді математичних залежностей, які пов'язують мета і засоби її досягнення, так званих критеріїв ефективності або оцінок функціонування.
Проблема - складне теоретичне або практичне питання, що потребує розв'язання, вивчення, дослідження. Проблема - об'єкт (питання, недолік чи потреба чогось,завада від надлишку чи наявності чогось, процес) явище збуджуючого характеру як стимул діяльності спонукаючого характеру - незадоволений попит чи нереалізовані потреби (нестача або відсутність, надлишок або наявність чого-небудь), дефект, вада, чи загроза що змушує цілеспрямовано ліквідувати проблему шляхом уникнення взаємодії чи зміни стану об'єкту, себе чи свого ставлення до подій.
Рішення задач аналізу і синтезу в добре організованих системах здійснюється аналітичними методами. Приклади: опис роботи електронного пристрою за допомогою системи рівнянь, які враховують особливості роботи;
Електро́нний при́стрій (англ. electronic device) (також ра́діоелектронний при́стрій) - пристрій, виготовленний з використанням електронних компонентів, принцип дії якого забезпечує переважно електрика.
аналітичні моделі об'єктів управління та ін
 
Для відображення досліджуваного об'єкта у вигляді добре організованої системи виділяють найбільш істотні фактори і відкидають другорядні.
Аналітична модель (англ. analytical model) - один з класів математичного моделювання.
У добре організованих системах використовується, в основному, кількісна інформація.
 
Погано організовані системи. Для таких систем характерним є відображення і дослідження не всіх компонентів, а лише деяких наборів макропараметрів і закономірностей за допомогою певних правил вибірки. Наприклад, при отриманні статистичних закономірностей їх переносять на поведінку систем з деякими показниками ймовірності. Характерним для цих систем є використання багатокритеріальних задач з численними припущеннями та обмеженнями. Приклади: системи масового обслуговування, економічні та організаційні системи.  
У погано організованих системах використовується, в основному, якісна інформація, зокрема нечіткі множини. 
Системи з самоорганізацією. Такі системи мають ознаки дифузних систем: стохастічностьсть поведінки і нестаціонарність параметрів. У теж час вони мають чітко визначену можливість адаптації до зміни умов роботи. Окремим випадком системи з самоорганізацією для управління технічними об'єктами є адаптивні системи з еталонними моделями або ідентифікатором, які розглядаються в дисципліні «Теорія автоматичного керування». 
Існує ряд підходів до виділення систем за складністю і масштабом. Наприклад, для систем управління зручно користуватися класифікацією по числу (кількістю) елементів: 
- малі (10-10 3 елементів); 

- складні (10 4 - 10 7 елементів); 



- ультраскладні (10 8 - 10 30 елементів); 
- суперсистеми (10 30 - 10 200 елементів). 


Велика система - це завжди сукупність матеріальних та енергетичних ресурсів, засобів одержання, передачі та обробки інформації, людей, які приймають рішення на різних рівнях ієрархії.
Приро́дні енергети́чні ресу́рси - гідроенергія, геотермальна, ядерна, сонячна енергія, вітроенергія, енергія морських припливів і відливів, енергія біомаси та енергія, вироблена іншими нетрадиційними джерелами.
Обробка інформації́ - вся сукупність операцій (збирання, введення, записування, перетворення, зчитування, зберігання, знищення, реєстрація), що здійснюються за допомогою технічних і програмних засобів, включаючи обмін по каналах передачі даних [6.
 
В даний час для понять «складна система» і «велика система» використовують такі визначення: 
- складна система - впорядкована множина структурно взаємопов'язаних і функціонально взаємодіючих різнотипних систем, які об'єднані структурно в цілісний об'єкт функціонально різнорідними взаємозв'язками для досягнення заданих цілей в певних умовах; 

- велика система об'єднує різнотипні складні системи. 

  • Тоді визначення системи можна записати як 
    Система - впорядкована множина структурно взаємопов'язаних і функціонально взаємодіючих однотипних елементів будь-якої природи, об'єднаних у цілісний об'єкт, склад і межі якого визначаються цілями системного дослідження.  
    Характерні особливості великих систем: 
    - значна кількість елементів

- взаємозв'язок і взаємодія між елементами; 
- ієрархічність структури управління; 
- наявність людини в контурі управління та необхідність прийняття рішень в умовах невизначеності. 


ЗАКОНОМІРНОСТІ ВЕЛИКИХ (СКЛАДНИХ) СИСТЕМ  

Закономірності великих або складних систем дозволяють розглянути їх основні властивості незалежно від фізичної природи (стійкість, розвиток, адаптація, саморегулювання та ін.) 
Цілісність системи. Тут розглядається дві взаємозалежних сторони: 
- властивості системи, як цілого, не є сумою властивостей елементів або підсистем; 
- властивості системи, як цілого, залежать однозначно від властивостей елементів, підсистем. 

  • У цьому виявляється складність системи, її поведінку щодо зовнішнього середовища і внутрішній розвиток. При виділенні окремих елементів чи підсистем вони також можуть бути складними системами, але для інших завдань. При оцінці цілісності виділяється два фактори: 
    - прогресуюча факторизація, тобто прагнення системи до такого стану, коли окремі частини здобувають незалежність
    - прогресуюча систематизація, тобто зменшення системою певної автономності елементів або систем. 

  • Інтегрованість системи - ця закономірність з'єднана однозначно з попередньою (цілісністю), але інтегрованість підкреслює внутрішні процеси системи. Головним у інтегрованості є системоутворюючі та системозберігаючий фактори.  

    Для складних систем управління та комп'ютерно-інтегрованих структур цими факторами є ЕОМ і мікропроцесорні засоби, об'єднані у відповідні мережі. У технічних системах, особливо комп'ютерно-інтегрованих структурах, розглядаються такі види інтеграції: 
    - програмна інтеграція;
    Техні́чна систе́ма (ТС) - це штучно створена сукупність елементів і відношень (зв'язків) між ними, які утворюють цілісну структуру об'єкта, що має властивості, які не зводяться до властивостей елементів і призначена для виконання корисних функцій.
     
    - технічна інтеграція; 
    - алгоритмічна інтеграція;
    - організаційна інтеграція. 


Комунікативність системи. Ця закономірність характеризує особливі зв'язки системи із зовнішнім середовищем, дає можливість виділити елементи, як системи нижчих порядків. Для КІСУ комунікативність проявляється в потоках інформації, а також в структурах, тобто в мережах різного рівня і призначення, в тому числі корпоративних. 
Корпоративна мережа - це обчислювальна мережа на підприємствах, фірмах або їх об'єднаннях, в якій одночасно циркулює інформація різного призначення, тобто технологічна та техніко-економічна. 
Ієрархічність системи - це закономірність, яка показує, що жива природа і технічні системи завжди мають декілька рівнів організації, прийняття рішень, завдань і т.д. Для автоматизованих технологічних комплексів виділяють різні види управління: технологічний апарат, відділення, підприємство. Тут головними є такі сторони: 
- за допомогою ієрархічних уявлень можна відображати системи з різними невизначеностями; 
- визначення кількості рівнів, побудова всієї ієрархічної системи завжди залежить від завдання і від мети системи.
Ієрархічна структура - множина будь-чого, частково упорядкована так, що існує тільки один елемент цієї множини, який не має попереднього, а всі інші елементи мають тільки один попередній; багаторівнева форма організації об'єктів з чіткою приналежністю об'єктів нижнього рівня певному об'єкту верхнього рівня.
 

У теорії систем визначальним є поняття функції або завдання, які розподіляють по рівнях на підзадачі, тобто утворюється ієрархічна структура підзадач. Ієрархічній структурі підзадач відповідає своя структура математичних моделей і обмежень.
Математи́чна моде́ль - система математичних співвідношень, які описують досліджуваний процес або явище. Математична модель має важливе значення для таких наук, як: економіка, екологія, соціологія, фізика, хімія, механіка, інформатика, біологія та ін.
Ці дві структури знаходять відображення в технічній структурі, тобто в ієрархії технічних засобів.
 
Закон необхідної різноманітності. Доведено, що для створення системи, яка може вирішити складну проблему, що має різноманітність, необхідно, щоб система управління мала ще більшу різноманітність. Важливо, щоб це різноманітність могло створюватися в самій системі. У ТАУ існує принцип складності, згідно з яким для управління складним об'єктом повинна використовуватися також складна система управління. 
Узагальнення понять складних систем. 



  1. Загальними ознаками складних систем (біологічних, технічних, соціально-економічних) є те, що кожна з них являє собою структурно організовану сукупність більш простих частин (підсистем), взаємопов'язаних і взаємодіючих в процесах цілеспрямованого функціонування системи. 

  2. Кожна з систем входить як підсистема до складу більш великої системи (старшого рангу); в свою чергу підсистеми (крім елементарних), можуть представлятися як системи молодшого рангу. 

  3. Системи взаємодіють із зовнішнім середовищем, яка реалізується через зовнішні зв'язки: вхідні і вихідні. 

  4. Процес функціонування системи у вузькому сенсі - процес перетворення ресурсів на вході в цільові кінцеві результати основної діяльності на виході. 

  5. Ефективність основної діяльності системи характеризується відношенням цільових кінцевих результатів до витрат ресурсів на досягнення цих результатів і на усунення (або обмеження в допустимому діапазоні) негативних наслідків функціонування. 

  6. Цілеспрямованість процесів функціонування проявляється в намірі підтримувати і підвищувати ефективність системи, адаптуючись до змін зовнішнього середовища. 

  7. Процеси функціонування системи (в широкому сенсі) - сукупність процесів основної діяльності в різних за масштабами процесів розвитку й удосконалення систем. 

  8. Математичний опис процесів функціонування системи - математична модель, але при дії нестаціонарних випадкових сигналів процеси функціонування часто не можна описати математично, тобто формалізувати. 

  9. Процеси функціонування систем потребують управління, яке реалізується за рахунок цілеспрямованих дій і зворотних зв'язків. 

  10. Процес управління: збір інформації; її аналіз і контроль; виготовлення керуючого дії; її реалізація. 

  11. Сукупність органів управління системи і підсистем усіх рівнів разом з інформаційними зв'язками (внутрішні та зовнішні) - це ієрархічна система управління. 
  1   2


Скачати 249.62 Kb.

  • МЕТОДОЛОГІЯ СИСТЕМНОГО АНАЛІЗУ
  • Система
  • КЛАСИФІКАЦІЯ СИСТЕМ
  • ЗАКОНОМІРНОСТІ ВЕЛИКИХ (СКЛАДНИХ) СИСТЕМ