Тема 4. Логические основы и модели системного анализа и синтеза

Цель: сформировать представление об анализе и синтезе систем управления, об их логических основах и моделях

План:

1. Анализ и синтез систем управления

2. Принципы анализа и синтеза систем управления

3. Виды анализа и синтеза систем управления

4. Уровни исследования и структура показателей систем управления

1. Анализ и синтез систем управления

Под анализом понимается процесс исследования системы управления, ос­нованный на ее декомпозиции с последующим определением статических и динамических характеристик составляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами системы и окружающей средой. Цели анализа системы управления:

• детальное изучение системы управления для более эффективного использо­вания и принятия решения по ее дальнейшему совершенствованию или замене;

• исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы управления с целью выбора наилучшего варианта.

К задачам анализа системы управления относятся:

• определение объекта анализа;

• структурирование системы;

• определение функциональных особенностей системы управления;

• исследование информационных характеристик системы;

• определение количественных и качественных показателей системы

• управления;

• оценка эффективности системы управления;

• обобщение и оформление результатов анализа.

Кратко рассмотрим содержание названных составляющих системного анализа.

Решение задач анализа систем управления

Определение объекта анализа

При решении этой задачи нужно выполнить следующие действия:

• выделить анализируемую систему управления;

• определить цели и задачи управления;

• произвести первичную декомпозицию системы с выделением уп­равляющей подсистемы (органов управления), объектов управления (ис­полнителей) и окружающей среды.

Как отмечалось ранее, исследователь может избрать одно из двух на­правлений анализа: первое — определение состояния системы управления (в менеджменте — определение точки отсчета), чтобы обозначить зоны, требующие улучшения, и стимулирование изменений; другое — исследо­вание альтернативных вариантов вновь создаваемой системы с целью вы­бора лучшего варианта. В менеджменте выделяют следующие группы опре­деления точки отсчета:

1. работа конкурентов — систематический анализ их работы позволяет улучшать собственную;

2. лучшая практика — поиск лучшей практики, связанный с методами работы компании;

3. качество работы — оценка качества работы компании и ее отделов;

4. установление стандарта — создание инструкции для выработки адекватных или повышенных рабочих стандартов.

Логика, лежащая в основе определения точки отсчета, четкая — как ты можешь поставить перед собой разумные цели совершенствования, если не знаешь, что делает конкурент и как клиенты оценивают твои усилия? Оп­ределение точки отсчета помогает установить задачи, которые дадут компа­нии возможность достигнуть устойчивого преимущества в соревновании с конкурентами.

При необходимости выделяются подсистемы и факторы окружающей среды, оказывающие положительное (обеспечивающие подсистемы) и отрицательное (конкурент противник, климатические, территориальные и другие условия) влияние на функционирование системы.

Устанавливаются виды и формы воздействий управляющей подсисте­мы и реакций объектов управления, а также воздействий окружающей среды. Определяются основные требования, предъявляемые к системе, и формулируется общий алгоритм функционирования.

Структурирование системы

Определение функциональных особенностей системы

Задача определения функциональных особенностей системы строго связа­на с задачей структурирования. С учетом структурирования определяются перечень частных задач и функции каждого элемента системы, порядок их взаимодействия, необходимые входные и выходные данные.

Исследование информационных характеристик системы

Информационные связи между подсистемами различных уровней принято называть вертикальными, а между подсистемами одного уровня — гори­зонтальными.

Определение количественных и качественных показателей системы

После уяснения поставленной задачи, определения объекта анализа и со­ставления его многоуровневого описания производятся:

• предварительный выбор перечня показателей каждого уровня;

• разработка моделей и методов определения показателей различных уровней;

• уточнение условий определения показателей, включающих предпо­лагаемые воздействия надсистемы, возможность интегрирования с други­ми системами управления и наличие дублирующих систем.

В результате решения данной задачи:

систематизируются частные качественные и количественные показате­ли структур, процессов функционирования и информации;

определяются обобщенные показатели, характеризующие внешние свойства анализируемой системы и ее отдельных элементов.

Оценка эффективности

Данная задача решается с целью определения достигнутых в процессе фун­кционирования системы управления результатов и затраченных на дости­жение этих результатов материальных и временных ресурсов.

Обобщение и оформление результатов анализа

Задача документального обобщения и оформления результатов анализа включает:

• краткое описание структуры, процессов функционирования и ин­формационных потоков системы;

• обобщенное значение показателей и результатов оценки эффектив­ности системы (приводятся значения показателей);

• обобщенные выявленные недостатки и предварительные рекоменда­ции по дальнейшему использованию системы, совершенствованию или ее замене.

Понятие, цели и задачи синтеза

В отличие от анализа исследование заданной системы управления, под син­тезом понимается процесс создания новой системы путем определения ее рациональных или оптимальных свойств и соответствующих показателей. Цели синтеза системы управления:

• создание новой системы управления на основе новых достижений науки и техники;

• совершенствование существующей системы управления на основе выявленных недостатков, а также появления новых задач и требований.

В общем виде задачи синтеза систем управления заключаются в опреде­лении структуры и параметров системы исходя из заданных требований к значениям показателей эффективности ее функционирования, а также способов обеспечения целей функционирования системы.

Синтез, или структурный синтез, является центральным звеном созда­ния системы управления. Он включает следующие компоненты.

1. Синтез структуры управляемой системы, т.е. определение оптималь­ного состава и взаимосвязей элементов системы, оптимальная разбивка множества управляемых объектов на отдельные подмножества, обладаю­щие заданными характеристиками связей.

1. Синтез структуры управляющей системы:

а) выбор числа уровней и подсистем (иерархии системы);

б) выбор принципов организации управления, т.е. установление между уровнями правильных взаимоотношений (это связано с согласованием целей подсистем разных уровней и оптимальным стимулированием их ра­боты, распределением прав и ответственности, созданием контуров при­нятия решений);

в) оптимальное распределение выполняемых функций между людьми и средствами вычислительной техники;

г) выбор организационной иерархии.

3. Синтез структуры системы передачи и обработки информации. В том числе:

а)синтез структуры системы передачи и обработки информации;

б)синтез структуры информационно-управляющего комплекса (в том числе размещение пунктов обслуживания).

Синтез представляет собой многошаговый итеративный процесс, вклю­чающий последовательное решение следующих основных задач:

• формирование замысла и цели создания системы управления;

• формирование вариантов новой системы;

• приведение описаний вариантов системы во взаимное соответствие;

• оценка эффективности вариантов и принятия решения о выборе варианта новой системы;

• разработка требований к системе управления;

• разработка программ реализации требований к системе управления;

• реализация разработанных требований к системе управления.

Решение задач синтеза систем управления

Формирование замысла и цели создания системы управления

Формирование вариантов новой системы

Варианты системы формируются на основе анализа общей цели создания системы, изучения общественных потребностей, предполагаемого объема удовлетворения этих потребностей, изучения состояния и перспектив раз­вития аналогичных отечественных и зарубежных систем.

Процесс формирования каждого варианта новой системы может быть описан концептуальной и математической моделями.

Приведение описаний варианта системы во взаимное соответствие включает:

• сопоставление описаний (структурного, функционального, инфор­мационного, параметрического);

• устранение противоречий;

• объединение названных описаний.

Оценка эффективности вариантов и принятия решения о выборе варианта новой системы

Разработка требований к системе управления

Разработка программ реализации требований к системе управления

Реализация разработанных требований к системе управления

Целью задачи является реализация разработанных требований к системе управ­ления в заданные сроки, в соответствии с разработанной программой. Процесс непосредственного создания новой системы управления очень сложен.